SE506798C2 - Förfarande och anordning för att överföra signaler i en optofiber - Google Patents

Description

506 798 10 15 20 25 30 35 2 där v är modulationsfrekvensen och L transmissionssträckan, vilket inför transmissionsnollor i det aktuella frekvens- bandet om L blir tillräckligt stort. Dessa nollor är orsaken till distorsionen av signalen.

Eftersom problemen ökar med den spektrala bredden av signalen som överförs skulle ett sätt att förbättra situationen vara att begränsa denna spektrala bredd. Spektral reducering utnyttjas inom radio och TV-domänen för att packa flera kanaler i de tillgängliga frekvensbanden och sker ofta medelst ensidbandsmodulering (SSB-modulering) med eller utan bärvågsundertryckning eller med restsidbandsmodulering (VSB- modulering). Problemet med bärvågsundertryckning består i att en mycket stabil, smalbandig lokaloscillator erfordras för att återvinna signalen. Detta liknar härvid koherenta modula- tionssystem (FM, PM), men kommersiella optoöverföringssystem utnyttjar för närvarande uteslutande amplitudmodulering (AM) eftersom en enkel, kvadratiskt detektor, exempelvis en foto- diod, därvid kan användas i mottagaren.

Andra sätt har tidigare föreslagits för att eliminera de av dispersion i fibrer förorsakade problemen. De två mest lovan- de metoderna tycks vara spektral inversion medelst fyrvågs- blandning samt användning av ett stycke fiber med motsatt förtecken på dispersionen. Problemet med spektral inversion består i att denna metod är tämligen komplicerad, har låg verkningsgrad, måste implementeras mitt i fiberlänken samt är svår att använda i ett våglängdsmultiplexsystem. Huvud- problemet med den kompenserande fibern består i de ytterli- gare dämpningarna som måste kompenseras med en optoförstär- kare och således förorsakar en degradering av signalbrusför- hållandet. nnnosönr-:Lsn rön uvrrnmxussn Ändamålet med uppfinningen är att på ett enkelt sätt och till en låg kostnad i den optiska domänen eliminera begränsningen i transmissionssträcka till följd av grupphastighetsdisper- sion i optofibrer. 10 15 20 25 30 35 3 506 798 Detta ernås medelst förfarandet enligt uppfinningen genom att åtminstone del av det ena sidbandet av den modulerade opto- bärvågen undertrycks i och för att minska effekten av grupp- hastighetsdispersion i optofibern. Ändamålet ernås också medelst anordningen enligt uppfinningen genom att denna innefattar ett undertryckningsorgan för att undertrycka åtminstone del av det ena sidbandet av den modu- lerade optobärvågen i och för att minska effekten av grupp- hastighetsdispersion i optofibern.

Sidbandsundertryckningen kan ske före överföringen i fibern eller alternativt efter överföring i fibern men före detek- tering av den optiska signalen.

En elektrisk krets för faskorrigering (och eventuell utjäm- ning) kan även adderas till mottagaren.

Förfarandet och anordningen enligt föreliggande uppfinning är enkla och kan implementeras till låg kostnad, vilket gör dem konkurrenskraftiga med förfaranden och anordningar som hittills föreslagits.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. 1 visar en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, Fig. 2a och 2b visar diagram för att illustrera den i fig. 1 visade anordningens funktion, Fig. 3 visar en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, Fig. 4a, 4b och 4c visar diagram för att illustrera den i fig. 3 visade anordningens funktion, 506 798 10 15 20 25 30 35~ 4 Fig. 5 visar en tredje utföringsform av anordningen enligt uppfinningen och _ Fig. 6a, 6b och 6c visar diagram för att illustrera den i fig. 5 visade anordningens funktion.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN För att ernå ändamålet med uppfinningen, dvs bibehålla kost- nads- och funktionssäkerhetsfördelarna med en enkel mottagare används enligt uppfinningen antingen enkel SSB eller VSB. och VSB-modulationsschemana tyder på en enbart reduceringen av signalens spekt- Vidare analys av SSB- ännu större fördel än rala utsträckning.

I ett rent SSB-system förefinnes emellertid endast ett sid- band och svaret blir: Hssßw) = (lxmexpfi F m2) <2) där j är kvadratroten som är en rent frekvensberoende fas. Denna kan kompenseras medelst en elektrisk krets som av -1, utför en faskorrigering.

Verklig SSB är svår att implementera i den optiska domänen.

Dessutom visar simuleringar av överföringen av pseudoslump- mässiga bitmönster med stort utsläckningsförhållande för moduleringen som är det sätt AM-modulering normalt sker i optiska system, att ren SSB-modulering kanske inte är den bästa lösningen.

De tre VSB-moduleringsutföringsformer av anordningen enligt uppfinningen som kommer att beskrivas nedan ger emellertid en signifikant förbättring av den ernåbara transmissions- sträckan.

De tre utföringsformerna av optiska VSB-modulatorer som kom- mer att beskrivas är baserade på användningen av ett inter- ferometriskt Mach-Zehnder-filter (fig. 1), ett Bragg-gitter- 10 15 20 25 30 35 5 506 798 filter (fig. 3) respektive ett Fabry-Perot-filter (fig. 5).

Andra utföringsformer av VSB-modulatorerna kan lätt åstad- kommas genom att använda något annat slags optiskt filter än något av de tre ovannämnda. Som exempel kan nämnas dielekt- riska flerskiktsfilter, interferensfilter, dubbla Fabry- Perot-filter och så vidare. Det enda kravet är att filtret undertrycker det mesta av det ena sidbandet och överför det mesta av bärvågen och det andra sidbandet.

Som ett alternativ till VSB-modulatorn är det även möjligt att i stället använda en normal amplitudmodulator enligt någon av de ovan beskrivna typerna och att utföra-filtre- ringen av den optiska signalen vid mottagaren efter överföring i fibern. Problemen och fördelarna med denna lösning diskuteras nedan.

I samtliga fall kan en elektrisk krets erfordras för fas- korrigering av den mottagna signalen såsom visas medelst ekvationen (2). Vissa av de optiska filtren såsom exempelvis Fabry-Perot-filtret adderar emellertid även en fas till den optiska signalen, vilket kan göra den elektriska faskorri- geringen onödig. Dessutom kan i vissa fall en utjämning av den elektriska signalen vara fördelaktig. Detta beror på att de flesta filter icke endast kommer att addera en fas såsom i det medelst ekvationen (2) beskrivna SSB-fallet utan även modifiera amplituden (jämför exempelvis ekvation (8) nedan för det asymmetriska Mach-Zehnder-filtret).

VBB-modulatorer De tre utföringsformer av VSB-modulatorer som kommer att beskrivas i detta sammanhang är samtliga baserade på använ- dandet av en amplitudmodulator och ett optiskt filter. Andra metoder för erhållande av en VSB- (eller SSB-) modulator är kända men är antingen svårare eller omöjliga att implementera vid mycket höga bitrater eller mer komplicerade och dyra.

Det antages nedan att själva modulatorn utför en ren AM- 506 798 10 15 20 25 30 35 40 6 modulering (inget våglängdsskift). Detta är möjligt både med elektro-absorbtionshalvledarmodulatorer och även med symmetriska Mach-Zehnder-modulatorer (implementerade i LiNb03 eller en halvledare).

Den i fig. 1 visade anordningen innefattar en amplitudmodu- lator 1 för amplitudmodulering av en optisk bärvåg IN av hög frekvens med signalerna som skall överföras i riktning mot mottagaränden. Enligt den första utföringsformen av anord- ningen enligt uppfinningen efterföljs modulatorn 1 av en asymmetrisk Hach-Zehnder-interferometer, allmänt betecknad 2, med två armar, en längre arm 3 och en kortare arm 4, mellan en delningsenhet 5 och en kombineringsenhet 6.

Tre parametrar som kommer att beskrivas nedan, är väsentliga för att denna anordning skall fungera korrekt: 1. Interferometerns 2 båda armar 3 och 4 måste ha nästan lika stor dämpning så att en ur-fas-rekombination i kombine- ringsenheten 6 resulterar i ett högt utsläckningsförhållande.

Till följd av absorbtion och spridning kommer den längre armen 3 att normalt ha högre dämpning. Åtskilliga kompense- ringsmetoder är möjliga i beroende av det material och den tillverkningsmetod som används för att tillverka anordningen.

En metod som är generellt tillämpbar består i att använda ett asymmetriskt delningsförhållande i delningsenheten 5 i inter- ferometern 2 så att effekterna blir lika i kombineringsenhe- ten 3. En annan metod består i att ha en ytterligare dämpning eller förstärkning i den ena av armarna 3 och 4 i och för att utjämna de totala dämpningarna. 2. Den optiska vägskillnaden mellan de båda armarna 3 och 4 kommer att bestämma filteregenskaperna eftersom dess över- föringsfunktion kan skrivas: w) (3) TMZ(”)= % 1 + exp(j p1_p2 c där dämpningarna negligeras och w är ljusets vinkelhastighet, c är ljushastigheten och piär den optiska väglängden av 10 15 20 25 30 35 40 45 50 506 798 7 interferometerns 2 ena arm enligt formeln pi = fmi nqfsøds (4) där s är avståndet längs armen och :QR är det effektiva utbredningsindexet för ljuset i denna arm. Om nefi är detsamma och konstant överallt reduceras ekvationen (3) till: iTMz(“)= šli + ei” exp(j( .flåíAcflwH (s) där Ad är längdskillnaden mellan armarna och ø svarar mot varje ytterligare fasskillnad till följd exempelvis av en fasregleringsanordning 7 i den ena av armarna.

Av ekvationen (3) eller (5) framgår det att filtrets över- överföringsfunktion är periodiskt med w samt att perioden beror på den optiska vägskillnaden (eller Ad). 3. Det relativa läget av bärfrekvensen wo och transmissions- maxima och transmissionsminima enligt ekvation (3) är mycket viktigt för att anordningen skall fungera på ett bra sätt. Om 0 sammanfaller med ett minimum överförs ingen signal och om wo sammanfaller med ett maximum är sidbanden symmetriska och ingen förbättring erhålls i förhållande till fallet utan filtrering. De bästa lägena erhålles när: exempelvis w (%Aa)@+ø= (m+§)1r (s) där m är ett heltal. Detta motsvarar de lägen som antyds medelst streckade linjer i överföringsspektrumet enligt fig. 2a. Det finns två sätt att justera detta relativa läge, nämligen genom att avstämma bärfrekvensen wo eller avstämma filtret genom att justera fasen i den ena av armarna såsom föreslås i fig. 1, vilket ändrar ø. Vilken lösning som är bäst beror på den teknik som används för att tillverka filtret samt på systemkraven.

Om vi definierar tidsfördröjningen 1 som: f = nina (7) C 506 798 10 15 20 25* 30 35 40 8 och om moduleringssignalens bitrat är B framgår det av fig. 2b och ekvation (5) hur valet av 1 påverkar det sätt på vilket signalen filtreras. In fig. 2b antyder den streckade linjen ett typiskt modulerat, optiskt spektrum och dess läge relativt filtrets överföringsspektrum. Det kan visas att med ett asymmetriskt Mach-Zehnder-filter avstämt enligt ekvation (6) och visat i fig. 2a småsignalmodulationssvarsfunktionen efter detektering med en kvadratisk detektor blir: HMz(v)= å (cos(šv)cos(FLu2)tjsin(šv)sin(FLv2) (8) istället för ekvation (1). Av ekvation (8) framgår det att de nollor som uppträder i ekvation (1) kan undvikas genom korrekt val av f medan fasdistorsionen kan korrigeras genom en lämplig filtrering av den elektriska signalen (såsom i fallet med ren SSB enligt ekvation (2)). Dessutom är det även möjligt att utföra utjämning av amplituden eftersom det nu inte finns några nollor.

Den i fig. 3 visade utföringsformen av anordningen enligt uppfinningen innefattar en amplitudmodulator som betecknas 1 eftersom den kan vara densamma som den i fig. 1 visade modu- latorn 1. Enligt denna utföringsform efterföljs modulatorn 1 av ett Bragg-gitterfilter 8.

Funktionsprincipen för den i fig. 3 visade utföringsformen illustreras medelst de i fig. 4 visade diagrammen. Fig. 4a visar den optiska överföringsfunktionen, dvs transmissions- spektrumet, för ett typiskt Bragg-gitterfilter, där wc är filtermittfrekvensen. Fig. 4b visar ett typiskt modulerat, optiskt spektrum, där B är bitraten och wo är den optiska bärfrekvensen. Fig. 4c visar signalens optiska spektrum efter filtrering. Bragg-gitterfiltret 8 kommer att reflektera ett visst frekvensband och transmittera de andra frekvenserna, vilket gör det möjligt att undertrycka det mesta av det ena sidbandet i och för att erhålla en VSB-optosignal.

Tre parametrar är viktiga även för att denna anordning skall fungera korrekt, nämligen: 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 506 798 9 1. Spektralbredden av reflektionsbandet hos Bragg-gittret som huvudsakligen beror på gitterkopplingskoefficienten x. Som en första approximering ges reflektionsbandets helbreddshalv- maximum (Full-Width Half Maximum FWHM) (i våglängd) av: Äzx Fwrm= _9.._1+ 1 j <9) flflw' KLg där XC är gittermittvåglängden, Lg är gittrets längd och nqï är det effektiva indexet för ljusutbredning. 2. Överföringen genom gittret i reflektionsbandet, som är beroende av produkten xLg. I en första approximering ges fraktionen av den effekt som överförs genom gittret (bortseende från dämpningar) vid mittvåglängden av: PT = 1 - tanhzui. (io) 9) 3. Läget av mittfrekvensen wc hos Bragg-gittret (motsvarande XC) relativt mittsignalfrekvensen wo, varvid wc = 2¶ ÄL- Äc (11) x sznefizx (12) C fysikaliska period. Ett exempel på en dess effekt på det överförda 4. Såsom framgår av ekvation (12) kan där A är Bragg-gittrets dylik positionering och spektrumet visas i fig. mittvåglängden justeras framgå nedan att det finns flera sätt att åstadkomma detta (i beroende av det använda materialet). Alternativt kan bärfrek- vensen wo justeras. Vilken lösning som är bäst beror återigen om neß- kan regleras. Det kommer att på den specifika teknik som används samt på systemkraven.

För mer exakta beräkningar av Bragg-gitters egenskaper kan de metoder användas som beskrivs i J.-P. Weber och S. Wang, "A new method for the calculation of the emission spectrum of DFB and DBR lasers", IEEE J. Quantum Electronics, 27(10), Oktober 1991, pp 2256-2266, eller i A. Yariv och P. Yehp "Optical waves in crystals", Wiley, New York, 1984.

Den grundläggande uppbyggnaden av utföringsformen enligt fig. 506 798 10 15 20 25 30 35 40 10 5 liknar de två föregående utföringsformerna och innefattar en amplitudmodulatornl som kan vara identisk med de i fig. 1 och 3 visade modulatorerna 1. Enligt denna utföringsform av anordningen enligt uppfinningen efterföljs modulatorn 1 av ett filter, generellt betecknat 9, vilket filter 9 i detta fall är ett Fabry-Perot-filter med två reflekterande element eller speglar 10 och 11. Funktionsprincipen för denna utfö- ringsform visas i fig. 6. Fig. 6a visar den optiska överfö- ringsfunktionen, dvs transmissionsspektrumet, för ett typiskt Fabry-Perot-filter, där wc är filtermittfrekvensen. Fig. 6b visar ett typiskt, modulerat, optiskt spektrum, där b är bitraten och wo är den optiska bärfrekvensen. Fig. 6c visar signalens optiska spektrum efter filtrering. Fabry-Perot- filtret 9 är uppbyggt och positionerat så att endast ett sidband och ungefär halva bärvågseffekten överförs.

De tre väsentliga parametrarna för att denna anordning skall fungera korrekt är: 1. Transmissionsbandets helbreddshalvmaximum (FWHM). Detta skall normalt vara av samma storleksordning som bitraten. 2. Det fria spektralområdet som skall vara minst flera gånger bitraten. 3. Det relativa läget av bärfrekvensen wo och transmissions- bandets mittvåglängd wc, som skall justeras så att bärfrek- vensen befinner sig vid en halvmaximumstransmissionspunkt hos filtret såsom framgår av fig. 6.

Alla dessa parametrar kan bestämmas utifrån den välkända formeln för ett Fabry-Perot-filters transmission (jämför exempelvis M. Born och E. Wolf, Principles of Optics, Sixth Edition, Pergamon Press, Oxford, 1986): 1 - R ___:____. (13) 1 - Rexp(-j2å du) TFPW) = där R är intensitetsreflektionskoefficienten för plattorna i 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 506 798 11 FP-filtret, d är avståndet mellan de tvâ plattorna, n är brytningsindexet mellan plattorna och c är ljushastigheten i vakuum. Intensitetstransmissionen blir därvid: Trppowefíw) = ---1_-: 1+Fs1n2 (Eau) (14) där F ges av: 4R (1 - m: (15) Såsom framgår ges FWHM (i frekvens) av: 2G - 1 FWHM = arcsin (16) m WP ) och det fria spektralområdet Am av: Am = ä (17) I praktiken kan det relativa läget av filtret och bärfrekvensen justeras genom finavstämning av avståndet d.

Flera olika tekniker kan användas för att implementera dessa VSB-modulatorer med olika integrationsnivåer. En kort samman- fattning av vissa möjliga realiseringar ges för varje anord- ning. När anordningarna är integrerade bör det noteras att de kommer att fungera korrekt endast om enkelmodvågledare används. flach-Zehnder-baserad modulator Beakta först de olika tekniker som förefinnes för att till- verka de tre grundläggande elementen i en sändare, dvs la- sern, modulatorn och den asymmetriska Mach-Zehnder-inter- ferometern (som fortsättningsvis kommer att benämnas MZI).

Laser: En halvledarlaser (vanligtvis baserad på AlGaAs/GaAs eller InGaAsP/InP) kommer normalt att användas men även andra lasrar kan således användas såsom exempelvis en diodpumpad YAG-laser. Den måste drivas med konstant uteffekt, stabil frekvens samt smal linjebredd. 506 798 10 15 20 25 30 35 12 Hodulator: Endast två typer av modulatorer som används för närvarande har normalt den bandbredd som erfordras för ett högfrekvenstransmissionssystem. Den första typen är den symmetriska Mach-Zehnder-modulatorn som utnyttjar den elekt- ro-optiska effekten (i kristaller såsom exempelvis LiNbO3) eller den kvantbegränsade Stark-effekten (i halvledare) för att ändra fasen i en arm (eller båda armarna) hos interfero- metern genom en ändring av brytningsindexet. Den andra typen är elektroabsorbtionsmodulatorn i ett halvledarmaterial med bulkmaterial eller kvantbrunnar i absorbtionsskiktet. Båda dessa typer kan göras utan våglängdsskift eller med litet våglängdsskift.

Asymmetrisk MZI: Detta är det element för vilket det finns det största antalet möjligheter: fri rymd (under användande av speglar och strålknippesdelningsenheter), optofibrer (under användande av fiberdelningsenheter), integrerade, dielektriska optovågledare realiserade med SiO2 på kisel med diffunderade vågledare i LiNb03 eller med gittermatchade halvledare såsom exempelvis AlGaAs/GaAs eller InGaAsP/InP.

För att realisera fasregleringen är olika lösningar möjliga.

Bland andra kan följande nämnas: - piezoelektriska element kan användas för att ändra armlängdskillnaden med det erforderliga beloppet för fri- rymds- och fiberfallet. - användning av den termooptiska effekten för att ändra brytningsindexet i MZI:ns ena arm genom ändring av dess temperatur (exempelvis med en elektrisk motståndsvärmeanord- ning eller en termoelektrisk kylanordning). Detta kan använ- das för fibrerna och samtliga integrerade optovågledare. - för de gittermatchade halvledarna kan man även använda bärarinjicering eller -utarmning, BRAQWETS, eller den kvant- begränsade Stark-effekten för att ändra brytningsindexet.

För de integrerade optovâgledarna kan delningsenheten 5 och kombineringsenheten 6 framställas på flera olika sätt. Bland 10 15 20 25 30 35 506 798 13 dessa finns Y-förgreningar, kopplade vågledare och flermods- interferensdelningsenheter som samtliga kan ge godtyckligt önskat bildningsförhållande.

De olika möjligheterna till integrering kan nu diskuteras: 1. Ingen integrering eller hybridintegrering: varje element kan realiseras med skiljaktlig teknologi och förbindas med fibrer eller fri rymd eller eventuellt på ett bärarsubstrat realiserade vågledare. 2. Total integrering: lasern, modulatorn och MZI:n är alla framställda monolitiskt på samma chips. Detta är möjligt med halvledare såsom exempelvis AlGaAs/GaAs eller InGaAsP/InP samt även med LiNb03 (under användande av erbiumdopning för lasern). 3. Partiell integrering: här föreligger två möjligheter: 0 integrering av lasern och modulator: möjligt med halv- ledarna och LiNbO3 (liksom för fallet med total integre- ring) 0 integrering av modulatorn och MZI:n: även möjligt med halvledarna och LiNb03.

I vissa fall kan det vara nödvändigt att anbringa en optisk isolator på något ställe för att undvika ljusreflektioner tillbaka in i lasern, vilket skulle störa dess stabilitet. gragg-gitterbaserad modulator För lasern och modulatorn är möjligheterna desamma som för MZI-fallet ovan. Bragg-gitterfiltret 8 kan realiseras på flera sätt inkluderande: I 0 UV-ritat gitter i en fiber: ett UV-interferensmönster kan användas för att åstadkomma en periodisk indexändring i en fiber och därigenom åstadkomma ett Bragg-gitter. 506 798 10 15 20 25 30 35 14 0 Periodisk störning av geometrin eller sammansättningen av en dielektrisk vågledare, som kan vara tillverkad av halvledarmaterial eller SiO2/Si men även polymerer.

Eftersom mittvåglängden för Bragg-gittret ges av ekvationen (12) kan densamma ändras genom ändring av brytningsindexet i vågledaren. Samma förfaranden kan användas som i MZI-fallet ovan när indexet i interferometerns ena arm ändrades.

Om ett enda Bragg-gitter inte kan täcka det önskade spektral- området kan flera Bragg-gitter användas i serie med något förskjutna mittvåglängder eller ett våglängdskiftat Bragg- gitter, dvs med varierande period. Det kan även vara önskvärt att reducera sidoloberna i Bragg-gittrets reflektionsband.

Detta kan ske genom våglängdskiftning av gittret eller genom en variation av kopplingskoefficienten x längs gittret (jämför J.-P. Weber, M. Olofsson, B. Stoltz, "Report on filter optimization", report (deliverable CT3/D4), RACE 2028 MWTN (Multi-Wavelength Transport Network) project of the European Commission, 5 December 1994).

Integreringsmöjligheterna för den Bragg-gitterbaserade modu- latorn liknar MZI-fallet med undantag av att en isolator mås- te insättas mellan gittret och lasern i och för att störa laserns stabilitet med reflektionerna att undvika från gittret.

Eftersom optiska isolatorer inte kan integreras (åtminstone inte med den för närvarande tillgängliga tekniken) omintetgör detta total integrering, men de andra alternativen kan an- användas, eftersom isolatorn kan tilläggas före eller efter modulatorn.

Fabry-Perot-baserad modulator Samma möjligheter som ovan föreligger för lasern och modulatorn. Fabry-Perot-filtret 9 kan implementeras på flera sätt (vissa är kommersiellt tillgängliga) inkluderande: 0 bulkoptik under användande av parallella skivspeglar.

Denna anordning kan avstämmas mekaniskt, exempelvis med 10 15 20 25 30 35 506 798 15 piezoelektriska manövreringsorgan. 0 fiber-Fabry-Perot: i stället för fri rymd fortplantas ljuset i en fiber med hög reflektion vid vardera änden. Denna kan även avstämmas med ett piezoelektriskt element. 0 integrerad vågledare: ett vågledarstycke (enkelmod) med hög reflektion vid vardera änden. Reflektionerna kan exempel- vis åstadkommas medelst Bragg-gitter eller kluvna eller etsade facetter. Avstämning kan ske genom anordnandet av en fasregleringssektion (icke visad) i vågledaren liksom i MZI- fallet ovan.

Bulkoptikanordningen eller fiber-Fabry-Perot kan inte integreras men vågledaranordningen kan integreras med modulatorn (liksom i Bragg-gitterfallet). Observera att samma problem som i Bragg-gitterfallet existerar här: en isolator erfordras mellan lasern och filtret för att undvika av reflektioner förorsakade störningar. Samma begränsningar som i Bragg-gitterfallet gäller således här.

Implementeringsexempel Nedan kommer ett exempel-på en implementering av varje typ av anordning att beskrivas. De första två exemplen avser implementering i InGaAsP/InP med integrering av modulatorn och filtret på samma chips. För Fabry-Perot förutsättes en integrerad laser/elektroabscrbtionsmodulator och ett fiber- Fabry-Perot-filter. I samtliga fall antages ljusets våglängd vara cirka 1,55 um. Dessa realiseringar kräver icke några nya bearbetnings- eller tillverkningstekniker utan kan realiseras med befintlig teknik.

Integrerad modulator-MZ; I detta exempel kan strukturen enligt fig. 1 realiseras med modulatorn 1 i form av en elektroabsorbtionsmodulator under användande av Y-kopplingar för delningsenheten 5 och kombi- neringsenheten 6 och en framförspänd p-i-n-heterostruktur för att injicera bärare och styra brytningsindexet i fasregle- 506 798 10 15 20 25 30 35 16 ringssektionen 7. kärna av InGaAsP (bandgapsvåglängd av 1,38 pm), som är 0,2 um tjock och 1,3 um bred och manteln är InP, är den effektiva utbredningskoefficienten 3,22 vid en våglängd av 1,55 um.

Bärarinjicering kan reducera den effektiva koefficienten med maximalt cirka 0,014 (jämför J.-P. Weber, B. Stoltz, M. Das- ler and B. Koek, "Four-channel tunable optical notch filter using InGaAsP/InP reflection gratings", IEEE Photon. Techn.

Lett., vol. 6 (1), January 1994, pp 77-79) vilket innebär att fasregleringssektionen måste vara längre än cirka 111 um för Elektroabsorbtionsmodulatorn Dnder antagande av att vågledarna har en att ge en ändring av 2n. utnyttjar en InGaAsP-kärna med ett bandgap av 1.48 um och en backförspänd p-i-n-struktur. En längd mellan 100 och 200 um är tillräcklig för att åstadkomma ett bra utsläckningsförhål- lande. Beräkningar på några exempel visar att ett bra val av 1 är sådant att (woinß) motsvarar ett minimum (maximum) hos filterfunktionen (ekvation 5). Genom att välja B=10 Gbits/s blir f=1/2B=50 ps, eller genom att använda ekvation (7), en armlängdsskillnad Ad=4,66 mm. (Observera att denna är mindre för högre bitrater). Delningsenheten 5 kan realiseras med en längd av storleksordningen 100 pm eller mindre. Hela anord- ningen kan således lätt tillverkas på ett chips vars längd är mindre än 4 mm och vars bredd är mindre än 33mm.

Integrerat modulato;-ßgagg-gitter Detta exempel utnyttjar strukturen enligt fig. 3 och samma InGaAsP/InP-vågledare som föregående exempel. Den enda skillnaden består i anordnandet av ett gitter i en del av vågledaren där bärare ävenledes kan injiceras med p-i-n- struktur för att ändra mittvåglängden. Under antagande av att det är önskvärt att FWHM är 2 nm och att mittvåglängdstrans- missionen är -10 dB, finner man under användande av ekva- tionerna (9) och (10) att det är nödvändigt att x=54,3 cm' och I%=335 pm. Denna anordning skulle således kunna realise- l ras på ett chips av en längd som är mindre än 600 um och en bredd som är mindre än 100 um. För smalare spärrband kan' fibergitter vara bättre. Såsom ovan anförts är emellertid en optisk isolator nödvändig mellan lasern och denna anordning. 10 15 20 25 30 35 506 798 17 Egggy-gerot och en integrerad 1asg;¿modu1gtg; Integrerade laser- och elektroabsorbtionsmodulatorer kommer snart att vara kommersiellt tillgängliga. För ett 10 Gbits/s- system önskas en Fabry-Perot med ett FWHH av 10 GHz. Under antagande av att R=0,9 (som lätt låter sig göras) och en koefficient av 1,5 erhålles en fiberlängd (mellan speglarna 10 och 11) av cirka 2,11 mm och ett fritt spektralområde av 298 GHz som är mer än tillräckligt. I stället för en fiber skulle även en Si02/Si-vågledare även kunna användas (med temperaturavstämning). Liksom i Bragg-gitterfallet är det nödvändigt att anbringa en isolator mellan lasern och filtret.

Eiltrerigg vid mottagaren Såsom tidigare omnämnts består ett alternativ till en VSB- (eller SSB-) modulator 1 modulator och utföra sidbandsundertryckningen genom optisk att använda en normal amplitud- filtrering efter transmissionen i fibern. I fig. 1, 3 och 5 svarar detta mot att insätta fibern mellan modulatorn l och filtren 2, 8 respektive 9. Samma anordningar som beskrivits ovan kan användas i detta fall.

Om man har ett enkanalssystem med tillräckligt låg optisk effekt i fibern (och tillräckligt kort avstånd) för att negligera olinjäriteter är detta ekvivalent med den tidigare lösningen. Fördelen består i att reflektionerna från filtret tillbaka mot lasern nu icke kommer att spela någon roll eftersom det normalt redan finns en optisk isolator mellan sändaren och fibern för att undvika problem med reflektioner från anslutningsdon och skarvar.

Flera problem förefinnes emellertid även med denna lösning.

Den i fibern inmatade totala optiska effekten kommer att vara högre än med en VSB-modulator för samma effekt vid detekte- ring. Detta kan utgöra ett problem eftersom olinjära effekter ökar proportionellt med kvadraten på den optiska effekten.

Spektralbredden av den optiska signalen i fibern kommer även 506 798 18 att vara större, vilket medför att kanalseparationen måste vara större i ett våglängdsmultiplexsystem (VDM).

På grund av dessa problem är det i allmänhet bättre att 5 använda en VSB- (eller SSB-) modulator.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 506 798 19 PÄTENTKRRV

1. Förfarande för att överföra signaler i en optofiber och innefattande amplitudmodulering av en optobärvåg vid hög frekvens med signalerna som skall överföras samt överföring av den på detta sätt modulerade optobärvågen i fibern, känna- tecknat av att åtminstone del av det ena sidbandet av den modulerade optobärvågen undertrycks i och för att minska effekten av grupphastighetsdispersion i optofibern.

2. Förfarande enligt krav 1, kännatacknat av att undertryck- ningen äger rum vid fiberns mottagningsände.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att undertryck- ningen åstadkommes medelst restsidbandsmodulering.

4. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att undertryck- ningen åstadkommes medelst ensidbandsmodulering.

5. Anordning för att överföra signaler i en optisk fiber och innefattande en amplitudmodulator (1) för amplitudmodulering av en optobärvåg vid hög frekvens med signalerna som skall överföras, kännetecknad av ett undertryckningsorgan (2, 8, 9) för att undertrycka åtminstone del av det ena sidbandet av den modulerade optobärvågen i och för att minska effekten av grupphastighetsdispersion i optofibern.

6. Anordning enligt krav 5, kännatecknad av att nämnda under- tryckningsorgan (2, 8, 9) är belägna vid fiberns mottagnings- ningsände.

7. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att nämnda under- tryckningsorgan (2, 8, 9) innefattar en restsidbandsmodula- tor.

8. Anordning enligt kravet 6 eller 7, kännetecknad av att nämnda undertryckningsorgan innefattar ett optiskt filter.

9. Anordning enligt kravet 8, kännetacknad av att nämnda sne 798 20 optiska filter innefattar ett asymmetriskt Mach-Zehnder- interferometriskt optiskt filter (2).

10. I0. Anordning enligt kravet 8, kännøteoknad av att nämnda 5 optiska filter innefattar ett optiskt Bragg-gitter-filter (s).

11. Anordning enligt kravet 8, kännetecknad av att nämnda optiska filter innefattar ett optiskt Fabry-Perot-filter (9). 10 12_Anordning enligt kravet 5, kännetecknad av att nämnda undertryckningsorgan innefattar en ensidbandsmodulator.