SE460807B - Anording foer att utsaenda en koherent frekvensmodulerad optisk signal - Google Patents

Description

i 460 807 10 15 20 en optisk fiber till en mottagare. Denna erhåller via ytterligare en optisk fiber ljus från den högstabila lasern och med hjälp av detta ljus kan de informations- bärande signalerna återskapas. Den visade anordningen har nackdelar, vilka består bla däri att det rader överhörning mellan Raman Nath-modulatorns utgångar. Denna modulator är ocksa relativt långsam och ger upphov till stora förluster av ljusenergin. i En anordning för att alstra en frekvensmodulerad koherent, optisk signalvisas i den brittiska patentansökningen nr 2131567. Anordningen har en optoelektronisk modulator som är ansluten till en högstabil laser och eo elektronisk styr- anordning. Modulatorn omfattar tre vågledararmar med huvudsakligen samma längd vilka har en gemensam “ingång och en gemensam utgång. De tre vagledararmarna har varsin fasförskjutare, vilka erhåller elektriska signaler från styranordningen. Ljuset från den högstabila lasern passerar fasförskjutarna och kan härvid påverkas så att ljus med endera av två skilda optiska frekvenser erhålles vid modulatorns utgång. Anordningen har nackdelen att överhörning är svår att undvika, så att bada de optiska frekvenserna förekommer samtidigt i det avgivna ljuset. Även övertoner med den modulerade frekvensen förekommer i det avgivna ljuset.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ovanstående nackdelar undvikes med en anordning' enligt uppfinningen, vilken kan utsända en koherent, frekvensmodulerad optisk signal med hög modulations- frekvens och ringa överhörning och övertonshalt.

Uppfinningen har de kännetecken som framgår av bifogade patentkrav.

F IGURFÖRTECKNING Föreliggande uppfinning skall beskrivas närmarenedan i anslutning till ritningar där Figur l visar ett blockschema över den uppfinningsenliga anordningen - Figur visar ett diagram med en frekvensfördelning* av det utsända ljuset och Figur 3 visar ett blockschema med ytterligare en ut-föringsform av den uppfinningsenliga anordningen. 10 15 20 25 30 ..,,, _,,_.. ._..,_. ,,__ ,_ - - - M-»N- ----~---.........M.«~.~av-w;:_; u,,,,_,.,,,.7-_..~....,...-.._...~,? _ _ 460 807 _ FUREDRAGEN uTr-'oRiNGsf-'ORM - i g :En utföringsform av den uppfinningsenliga frekvensmodulatorn visas i figur 1.

En första smalbandig laseranordning 1 är via en polarisationsbevarande optisk -fiber 2 ansluten till en optisk kopplingsanordning 3 med tva utgångar 4 och 5. En .andra smalbandig laseranordning 6 är vialen polarisationsbevarande fiber 70 ansluten till en optisk kopplingsanordning 8 med utgangar 9 och 10. Utgångarna 4 och 9 hos de optiska kopplingsanordningarna är med hjälp av polarisations- bevarande optiska fibrer ll och 12 anslutna till var sin ingång 13 respektive 14 hos en optisk riktkopplare 15, vars ena utgang är ansluten till en optisk fiber 16.

Den första laseranordningen 1 är ansluten till en första styrkrets 17, vilken häller laseranordningens optiska frekvens f l vid ett konstant värde. Utgångarna 5 och 10 hos de optiska kopplingsanordningarna 3 och 8 är anslutna till en optisk ingång 23 hos en fotodetektor 18, vilken har en elektrisk utang 19. Denna utgång är ansluten till en andra styrkrets 20, vars utgång i sin tur är ansluten till en andra laseranordningen 6. Så som skall beskrivas nedan haller den andra styrkretsen 2D den andra laseranordningens 6 optiska frekvens fz vid ett konstant värde. Den första laseranordningen l avger en ljusvag S1 av vilken en större del S2 passerar kopplingsanordningen 3 och når ingången 13 hos rikt- kopplaren 15. Den andra laseranordningen 6 avger en ljusvåg S3 av vilken en störrevdel Sliipasserar kopplingsanordningen 8Voch nar ingången 14 hos rikt- kopplaren 15. Ljusvågorna S2 och S4 kan med hjälp av riktkopplaren 15 växelvis kopplas till den utgående fibern 16 för att utgöra en frekvensmodulerad, koherent optisk signal.

Som nämnts ovan är laseranordningarna 1 och 6 smalbandiga. En enkel halv- ledarelaser avger ljus med ett relativt brett vaglängdsspektrum, vilket har ett centralt amplitudmaximum och flera sidobelägna maxima. En sådan kon- ventionell laser kan förses med vagreflekterande ytor på en halv vàglängds avstånd från varandra utmed laserns längd och benämnes DFB-laser som nämnts ovan. Denna laser avger ljus med våglängder huvudsakligen kring det centrala maximat. Bandbredden hos detta ljus kan ytterligare förminskas genom att DFB-lasern försesvmed en yttre kavitet. Laseranordningarna 1 och 6 är sådana DFD-lasrar med kavitet och finns utförligare beskrivna i ovannämnda re- ferensen i IEEE Communications 'Magazine 1985 av IW Stanley. Laser- styrkretsen 17, vilken styr frekvensen hos den första laseranordningen l, en 4eo sov konstantströmkälla av känt utförande, vilken haller laserns drivström Il vid ett konstant värde.

De optiska kopplingsanordningarna 3 och 8 omfattar vardera en skiva av elektrooptiskt material, exempelvis litiumniobat, med tva vagledare 21 och 22 5 indiffunderade i skivans yta. Vagledarna pa skivan ligger sa nära intill varandra längs en interaktionssträcka L att elektromagnetiska fält i den ena vagledaren 21 påverkar den andra vagledaren 22. Ljusvagen, 51 respektive S3, i den ena vagledaren kopplas härigenom delvis över till den andra vagledaren. Kopplings- anordningarna 3 och 8 avger fran utgangarna 5 respektive lflvarsin ljusvag, S5 10 respektive S6, till fotodetektorn 18 och riktkopplarens parametrar är sa valda att dessa ljusvagor är relativt svaga. Ljusvagorna S5 och S6 överlagras pa varandra och detekteras av fotodetektorn 18 vilken avger en elektrisk skillnads- signal Vl med en frekvens fs = fz - fl. Signalen Vl är ansluten till den andra styrkretsen 20, vilken ocksa är ansluten till en yttre referenssignal V2 med en 15 frekvens fo. Den andra styr-kretsen 20, som är en känd frekvens-till ström- omvandlare, avger en drivström l2 till lasern i laseranordningen 6 och styr därigenom frekvensen fz för ljusvagen S3. Styrkretsen 20, vilken avkänner skillnadssignalen V1, styr drivströmmen I2 till ett sadant värde att fs=f2-fl=f 0' Riktkopplaren 15 är en höghastighetsmodulator exempelvis av den typ som 20 beskrivas i IEEE Journal of Quantum Electronics,“Vol. DE-l5, No.l2, December 1979, sidorna 1415-1418, Peter S Cross och. Ronald V Schmidt: "A l Gbit/s integrated Optical Modulator". Den i figur 1 utritade riktkopplaren visar endast schematiskt en höghastighetsmodulator och ärvinte nagon avbildning av modu- latorn enligt denna referens. En informationsbärande signal V3 är ansluten till 25 riktkopplarens elektroder. Denna signal ställer riktkopplaren 15 växelvis i korskopplings - respektive genomkopplingstillstandet och kopplar växelvis signalerna S2 respektive S4 till den utgaende optiska fibern 16. Riktkopplaren 15 avger härigenom en signal S7 vilken utgör den önskade koherenta, frekvens- modulerade optiska signalen. 30 Frekvenserna hos signalerna S1 och S2 fran laseranordningarna l och 6 visas närmare i figur 2. l denna figur betecknas ljusets optiska frekvens med f och dess efektniva med P. Ljusfrekvenserna fl ochyfz är av storleksordningen 10 15 20 25 30 46o ao? 14 14 10 Hz, exempelvis omkring 2 x 10 är av storleken l X» 109 Hz (l GHz) och de bada 6 Hz. Sasom Hz för ljus med vaglängd omkring 1,5 mikron. Frekvensskillnaden fo i laseranordningarna 1 och 6 har en bandbredd av storleken A f = 10 nämnts inledningsvis är det ett önskemal att kunna överföra ett flertal frekvensmodulerade, koherenta optiska signaler pa en och samma optiska fiber.

Signalen S_7 kan överföras tillsammans med en optisk signal SB, vilken har utritats i figur 2. Signalen S8- har frekvenserna f; och fa vilka alstras pa det sätt som beskrivits i anslutning till figur l. Frekvensskillnaden mellan f3 och f 4 har enligt exemplet värdet fo, liksom frekvensskillnaden mellan fl och f2.

Ytterligare frekvensmodulerade signaler kan överföras pa samma optiska fibrer som signalerna S7 och S8. F rekvensskillnaden mellan fl och f3 har i exemplet ett värde F = 2 x 1010 Hz. De ovannämnda värdena för bandbredden Af och frekvenækillnaderna fo och F' utgör inget föremal för uppfinningen. Värdena väljes pa fackmannamässigt sätt sa att frekvenserna med säkerhet kan sär- Askiljas i en mottagare.

Den uppfinningsenliga anordningen enligt figur l utsänder en signal med tva frekvenser sasom beskrivits ovan. Anordningen kan byggas ut för att kunna utsända en frekvensmodulerad signal med flera frekvenser. En anordning för tre frekvenser visas schematiskt i figur 3. Anordningen enligt figur l har försetts med ytterligare en laseranordning 25, tva kopplingsanordningar 26 och 27, en fotodetektor 28, en styrkrets 29 samt en riktkopplare 30 vars elektroder är anslutna till en informationsbärande signal V6. Styrkretsen 29 erhåller en signal V4 franjotodetektorn och är ansluten till en styrsignal V5 pa det sätt som beskrivits för styrkretsen 20. Styrkretsen 29 styr genom enstyrström laser- anordningen 25 vilken avger en ljussignal S9 med en frekvens fS sa att fs - fl = Zfo. Denna signal har antytts med streckade linjer i figur 2. Signalerna fran laseranordningarna 1, 6 och 25 omkopplas av riktkoppiarna 15 och 30 med hjälp av signaler V3 och V6 till en utgaende optisk fiber 31 och utgör pa denna fiber en koherent, frekvensmodulerad optisk signal med de tre frekvenserna fl, fz och fs.

I de ovan beskrivna utföringsformerna har lasrarnas frekvenser fl, fz ochfs styrts med hjälp av drivströmmen. Vid en alternativ utföringsform kan den frekvensbestämmande normalen utgöras av en gaslaser vilken styr frekvensen hos en halvledarlaser så som angivits i den ovannämnda artikeln i IEEE 460 807 Communications Magazine av l. Wi Stanley; F rekvenserna fz och f5 kan styras genom att lasrarnas temperaturer påverkas, exempelvis via Peltier-element som är anslutna till styrkretsarna 2Uoch^29. De optiska kopplingsanordningarna 3 och 8 har enligt Vutföringsexemplet kovan en skiva av elektrooptiskt material 5 med ljusvagledare. Dessa kopplingsanordningar kan vara utförda pa andra sätt och kan exempelvis basta av tvâ intill varandra belägna optiska fibrer. 4N I Å

Claims (1)

1. 0 15 20 460 807 ÉATENTKRAV l. Anordning för att utsända en koherent, frekvensmodulerad optisk signal, vilken anordning omfattar dels en laserförsedd ljuskälla vars spektrala band- bredd kring varje utsänd frekvens är) mindre än 100 MHz, dels en till den laserförsedda ljuskällan ansluten styrbar optisk omkopplare med elektriska styrorgan vilka kan anslutas till en informationsbärande signal, k änne- t ec kn a d därav att den laserförsedda ljuskällan omfattar åtminstone tva laseranordningar (l, 6, 25) med varsin optisk utgang, att laseranordningarnas (1, 6, 25) utgångar är anslutna dels till varsin optisk ingang (13, 14) hos den styrbara optiska omkopplaren (15, 30), dels till för laseranordningarna (l, 6, 25) parvis gemensamma fotodetektorer (18, 28), att åtminstone den ena laser- anordningen (1) har en laser vilken är ansluten till en frekvensbestämmande normal (17) vilken bestämmer ljusfrekvensen (f l) hos denna laser och de andra laseranordningarna (6, 25) är anslutna till varsin frekvensstyrande krets (20, 29) vilka styr ljusfrekvensen (fz, fs) hos sin laseranordning, och att foto- detektorerna (18, 28) är anslutna till varsin av de frekvensstyrande kretsarna (20,. 29), varvid fotodetektorerna (18, 28) avger mot laseranordningarnas (l, 6, 25) skillnadsfrekvenser (fZ-fl, f; - f 1) svarande skiilnadssignaler (Vl, V4) till de frekvensstyrande kretsarna (20, 29), vilka avger mot de nämnda skillnade- signalerna (Vl, V4) och yttre referenssignaler (V2, V5) svarande styrsignaler (I2) till 'de andra laseranordningarna (6, 25) sa att laseranordninganras (1, 6, 25) skillnadsfrekvenser är bestämd av de nämnda yttre referenssignalerna (V2, V5) och varvid den informationsbärande signalen (V3, V6) styr ljuset omväxlande fran laseranordningarna (1, 6, 25) till en utgång (16, Jil) hos den styrbara optiska omkopplaren (15, 30) för att utgöra den koherenta, optiska signalen. n.