WO2005076509A1 - Verfahren zur optischen übertragung eines polarisations-multiplexsignals - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an improved method for the optical transmission of a polarization multiplex signal.
  • the transmission of data in polarization multiplex operation is a promising method to double the transmission capacity without having to make higher demands on the transmission path or the signal-to-noise ratio.
  • PMD polarization mode dispersion
  • the process is easy to implement.
  • the carrier signals of both optical data signals (Polmux channels) derived from the same laser are shifted in phase by a constant 90 ° relative to one another. Both carrier signals therefore of course have exactly the same frequency and their phase difference remains constant during transmission.
  • the transmitter-side phase setting can be carried out using different elements such as phase modulators and delay elements.
  • phase control which ensures a constant phase difference between the carrier signals, regardless of the environmental conditions and component tolerances.
  • FIG. 1 shows a basic circuit diagram of the transmission arrangement
  • FIG. 2 shows a basic circuit diagram with phase control
  • FIG. 3 shows an arrangement for measuring the phase difference
  • FIG. 4 shows another arrangement for measuring the phase difference
  • FIG. 5 shows an arrangement for measuring the phase difference by evaluating orthogonal signal components.
  • Figure 1 shows a basic circuit diagram of the transmission arrangement.
  • the method can be implemented by any modified arrangements.
  • a light signal CW (constant wave) usually generated by a laser is fed via an input 1 to a polarization splitter 2, which splits it into two orthogonal carrier signals CW X and CW Y of the same amplitude, but which have different polarization planes by 90 ° ⁇ the arrows indicate the respective polarization).
  • the first orthogonal carrier signal CW is fed via a first optical fiber 3 to a first modulator 5, where it is intensity-modulated with a first data signal DS1.
  • the second orthogonal carrier signal CW Y is transmitted via a second ser 4 and a phase shifter 6 are fed to a second modulator 7 and there intensity is modulated with a second data signal DS2.
  • the optical data signals OS1 and 0S2 emitted at the outputs of the modulators, which are polarized orthogonally to one another and have a phase shift of their carrier signals by 90 °, are combined in a polarization combiner 8 to form a polarization multiplex signal (Pol ux signal) PMS and on Output 9 delivered. Both the phase shift between the carrier signals and the adjustment of the polarization can also take place after the modulators.
  • FIG. 2 shows such a variant, in which the carrier signal CW is first divided into two equal parts CW1 and CW2 in a power splitter 13, which are each modulated as carrier signals with one of the data signals DS1 and DS2.
  • the conversion into orthogonal optical data signals OS1 and OS2 is achieved by two polarization controllers 14 and 15, which are arranged in front of the polarization combiner 8 and then of course also convert the carrier signals CW1 and CW2 into the orthogonal carrier signals CW X and CW Y.
  • the phase shift between the carrier signals CW1 and CW2 is produced by a regulated phase shifter 10 (phase modulator, delay element), which is controlled by a control device 11.
  • the control device 11 receives, via a measuring splitter 12, a measuring signal MS of lower power corresponding to the Polmux signal PMS and monitors the phase shift between the carriers of the orthogonal data signals OS1 and OS2.
  • the time constant of the control device is chosen to be very large, so that the controlled phase shifter 10 practically has a constant value.
  • the phase shifter 10 can also be connected downstream of the polarization adjuster 15.
  • the phase shift of the carrier signals can thus be carried out by setting the carrier signals CW X and CW Y or CWl and CWs or the orthogonal data signals OS1 and 0S2.
  • a control criterion for the carrier phases can be obtained with little effort whenever both Polmux channels transmit a signal at the same time, for example when both signals correspond to a logical one.
  • FIG. 3 shows a basic circuit diagram of the control device for obtaining a control criterion.
  • the measuring principle is based on the fact that the "state of polarization" depends on the phase between the two polarized signals OS1 and OS2, and thus the phase difference can in turn be determined by measuring the polarization state. Only the measurement of the circular polarization component is required. To measure them, the measurement signal MS, which like the Polmux signal has a certain polarization, is split into two sub-signals, one of which is passed through a ( ⁇ / 4 plate and a 45 ° polarizer (polarization filter).
  • FIG. 4 shows a further possibility for determining the phase difference by using a so-called DGD element (differential group delay element), for example a polarization-maintaining fiber or a birefringent crystal, which reverses the 90 "phase shift of the carrier signals, so that their superimposition when Output signal RTS results in a maximum (or with opposite phase shift a minimum) of power.
  • DGD element differential group delay element
  • the polarization planes of the orthogonal signals OS1 and OS2 should be 45 ° with respect to the main axes of the DGD element.
  • FIG. 5 shows a further arrangement with which it is possible to regulate the phase.
  • the prerequisite is again that the Polmux signal PMS or the corresponding measurement signal MS has a certain polarization, as is the case with the transmitter anyway.
  • the Polmux signal or measurement signal here has two (at least almost) orthogonal signals OS1 and OS2, which are polarized at + 45 ° and -45 ° with respect to a polarization plane of the polarization splitter 24.
  • the measurement signal MS which represents both orthogonal signals OS1 and 0S2, is broken down by the polarization splitter 24 into two polarized signal components OS x and 0S Y , which thus each contain signal components of both orthogonal signals OS1 and OS2.
  • the signal components MS X and MS Y are converted separately into electrical signal components E x and E ⁇ in photodiodes 18 and 19. Only when there is a certain phase between the orthogonal signals OS1 and OS2 will both signal components MS X and MS Y be the same size.
  • a corresponding criterion EA - EB can be used for regulation.
  • the sensitivity of the control can be increased by special signal processing in the control device 25, for example by multiplying the signal components.

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Abstract

Das Polarisations-Multiplexsignals (PMS) enthält zwei zueinander orthogonal polarisierte Datensignale (OS1, OS2). Deren Trägersignale (CW1, CW2; CWX, CWY) sind von der selben Quelle abgeleiteten und weisen deshalb die selbe Wellenlänge auf. Die Phasendifferenz zwischen den Trägersignalen (CW1, CW2; CWX, CWY) wird so eingestellt oder geregelt, dass sie 90° entspricht. Durch diese Phasendifferenz der Trägersignale (CW1, CW2; CWX, CWY) wird die Störanfälligkeit gegenüber Polarisationsmodendispersion wesentlich verringert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur optischen Übertragung eines Polarisations— Multiplexsignals
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur optischen Übertragung eines Polarisations-Multiplexsignals .
Die Übertragung von Daten im Polarisationsmultiplexbetrieb, bei dem zwei optische Datensignale dieselbe Wellenlänge bei orthogonaler Polarisation aufweisen, ist eine viel versprechende Methode, um die Übertragungskapazität zu verdoppeln, ohne höhere Anforderungen an die Übertragungsstrecke oder den Signal-Rausch-Abstand zu stellen zu müssen.
Ein Nachteil des Polarisations-Multiplexverfahrens ist j edoch die Empfindlichkeit gegenüber Polarisationsmodendispersion (PMD) , die zu einer gegenseitigen Störung der Übertragungska- näle führt. Der PMD-Einfluss kann durch PMD-Kompensationsmaß- nahmen verringert werden. Die Kompensation ist aber für jeden Kanal eines Wellenlängenmultiplexsystems erforderlich; sie ist zudem aufwendig und liefert nicht immer die gewünschten Ergebnisse. Die Verwendung von PMD-optimierten Fasern, die jedoch nur bei neuen Netzen möglich ist, bewirkt ebenfalls eine Verbesserung.
Es wird daher nach neuen Möglichkeiten gesucht, bei der Übertragung eines Polmux-Signals die PMD-Störanfälligkeit und damit die gegenseitigen Störungen der optischen Datensignale zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Das Verfahren ist einfach zu realisieren. Die vom selben Laser abgeleiteten Trägersignale beider optischen Datensignale (Polmux-Kanäle) werden in ihrer Phase um konstant 90° gegeneinander verschoben. Beide Tägersignale weisen daher natür- lieh auch exakt die gleiche Frequenz auf und ihre Phasendifferenz bleibt während der Übertragung konstant. Die sender- seitige Phaseneinstellung kann durch unterschiedliche Elemente wie Phasenmodulatoren und Laufzeitglieder erfolgen.
Vorteilhaft ist auch der Einsatz einer Phasenregelung, die unabhängig von den Umweltbedingungen und Bauelementetoleranzen für eine konstante Phasendifferenz zwischen den Trägersignale sorgt.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Sendeanordnung, Figur 2 ein Prinzipschaltbild mit Phasenregelung,
Figur 3 ein Anordnung zur Messung der Phasendifferenz, Figur 4 eine weitere Anordnung zur Phasendifferenzmessung und Figur 5 eine Anordnung zur Phasendifferenzmessung durch Bewertung von orthogonalen Signalkomponenten.
Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der Sendeanordnung. Das Verfahren kann durch beliebig abgewandelte Anordnungen realisiert werden. Ein üblicherweise von einem Laser erzeugtes Lichtsignal CW (Constant Wave) wird über einen Eingang 1 ei- nem Polarisations-Splitter 2 zugeführt, der es in zwei orthogonale Trägersignale CWX und CWY gleicher Amplitude aufteilt, die aber um 90° unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen {die Pfeile deuten die jeweilige Polarisation an) . Das erste orthogonale Trägersignal CW wird über eine erste opti- sehe Faser 3 einem ersten Modulator 5 zugeführt, wo es mit einem ersten Datensignal DSl intensitätsmoduliert wird. Das zweite orthogonale Trägersignal CWY wird über eine zweite Fa- ser 4 und einen Phasenschieber 6 einem zweiten Modulator 7 zugeführt und dort mit einem zweiten Datensignal DS2 intensi- täts oduliert wird. Die an den Ausgängen der Modulatoren abgegebenen optischen Datensignale OSl und 0S2, die zueinander orthogonal polarisiert sind und eine Phasenverschiebung ihrer Trägersignale um 90° aufweisen, werden in einem Polarisati- ons-Combiner 8 zu einem Polarisationsmultiplexsignal (Pol ux- Signal) PMS zusammengefasst und am Ausgang 9 abgegeben. Sowohl die Phasenverschiebung zwischen den Trägersignalen als auch die Einstellung der Polarisation kann ebenso nach den Modulatoren erfolgen.
Figur 2 zeigt eine solche Variante, bei der das Trägersignal CW zunächst in einem Leistungs-Splitter 13 in zwei gleiche Anteile CWl und CW2 aufgeteilt wird, die als Trägersignale jeweils mit einem der Datensignale DSl bzw. DS2 moduliert werden. Die Umsetzung in orthogonale optische Datensignale OSl und OS2 wird durch zwei Polarisationssteller 14 und 15 erzielt, die vor dem Polarisations-Combiner 8 angeordnet sind und dann natürlich auch die Trägersignale CWl und CW2 in die orthogonalen Trägersignale CWX und CWY umsetzen.
Die Phasenverschiebung zwischen den Trägersignalen CWl und CW2 wird durch einen geregelten Phasenschieber 10 (Phasenmo- dulator, Laufzeitglied) hergestellt, der von einer Regeleinrichtung 11 gesteuert wird. Die Regeleinrichtung 11 erhält über einen Mess-Splitter 12 ein dem Polmux-Signal PMS entsprechendes Mess-Signal MS geringerer Leistung und überwacht die Phasenverschiebung zwischen den Trägern der orthogonalen Datensignale OSl und OS2. Die Zeitkonstante der Regeleinrichtung wird sehr groß gewählt, so dass der geregelte Phasenschieber 10 praktisch einen konstanten Wert aufweist. Der Phasenschieber 10 kann ebenso dem Polarisationssteller 15 nachgeschaltet sein. Die Phasenverschiebung der Trägersignale kann also durch Einstellen der Trägersignale CWX und CWY oder CWl und CWs oder der orthogonalen Datensignale OSl und 0S2 erfolgen. Ein Regelkriterium für die Trägerphasen erhält man ohne großen Aufwand immer dann, wenn beide Polmux-Kanäle gleichzeitig ein Signal übertragen, beispielsweise wenn beide Signale ei- ner logischen Eins entsprechen.
Figur 3 zeigt ein Prinzipschaltbild der Regeleinrichtung zur Gewinnung eines Regelkriteriums. Das Messprinzip beruht darauf, dass der "State of Polarisation" (Polarisationszustand) von der Phase zwischen beiden polarisierten Signalen OSl und OS2 abhängt und somit durch Messung des Polarisationszustandes wiederum die Phasendifferenz ermittelt werden kann. Es ist nur die Messung der zirkulären Polarisationskomponente erforderlich. Zu deren Messung wird das Meßsignal MS, das wie das Polmux-Signal eine bestimmte Polarisation aufweist, in zwei Teilsignale aufgespaltet, von denen eines über eine (λ/4 Platte und einen 45°-Polarisierer (Polarisationsfilter) geleitet wird. Bei exakt 90o Phasenverschiebung der Trägersignale zueinander sind die Amplituden beider Teilsignale OA und OB gleich groß. Die optischen Teilsignale OA und OB werden durch Fotodioden 18 und 19 in elektrische Teilsignale EA und EB umgesetzt und einer Steuerung 20 zugeführt, die den Amplitudenunterschied misst und die Phasendifferenz der Trägersignale entsprechend einstellt.
Figur 4 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Phasendifferenz durch den Einsatz eines sogenannten DGD- Elementes (Differentielles Gruppenlaufzeit-Element) , beispielsweise einer polarisationserhaltenden Faser oder eines doppelbrechenden Kristalls, das die 90 "-Phasenverschiebung der Trägersignale rückgängig macht, so dass deren Überlagerung beim AusgangsSignals RTS ein Maximum (oder bei entgegengesetzter Phasenverschiebung ein Minimum) an Leistung ergibt. Die Polarisationsebenen der orthogonalen Signale OSl und OS2 sollten um 45° gegenüber den Hauptachsen des DGD-Elementes liegen. Nach Umwandlung des optischen ÜberlagerungsSignals OTS in ein elektrisches Überlagerungssignal ETS in einer Pho- todiode 22, wird die effektive Leistung in einer Regeleinrichtung 23 ermittelt und auf ein Maximum (oder Minimum) geregelt.
Figur 5 zeigt eine weitere Anordnung, mit der es möglich ist, die Phase zu regeln. Voraussetzung ist wieder, dass das Pol- mux-Signal PMS bzw. das entsprechende Mess-Signal MS eine bestimmte Polarisationen aufweist, wie dies aber ohnehin beim Sender der Fall ist. Das Polmux-Signal bzw. Meßsignal weist hier zwei (zumindest nahezu) orthogonale Signale OSl und OS2 auf, die mit +45° und -45° gegenüber einer Polarisationsebene des Polarisations-Splitter 24 polarisiert ist. Das Meßsignal MS, das beide orthogonalen Signale OSl und 0S2 repräsentiert, wird durch den Polarisations-Splitter 24 in zwei polarisierte Signalanteile OSx und 0SY zerlegt, die somit jeweils Signalanteile beider orthogonalen Signale OSl und OS2 enthalten. Die Signalanteile MSX und MSY werden separat in Photodioden 18 und 19 in elektrische Signalanteile Ex und Eγ umgesetzt. Nur bei einer bestimmten Phase zwischen den orthogonalen Sig- nalen OSl und OS2 werden beide Signalanteile MSX und MSY gleich groß sein. Ein entsprechendes Kriterium EA - EB kann zur Regelung verwendet werden. Die Empfindlichkeit der Regelung kann durch spezielle Signalverarbeitung in der Regeleinrichtung 25, beispielsweise durch Multiplikation der Signal- anteile, erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur optischen Übertragung eines Polarisations- Multiplexsignals (PMS) , das zwei orthogonale Datensignale (OSl, OS2) aufweist, deren Trägersignale (CWl, CW2; CWX, CWY) die selbe Wellenlänge aufweisen und durch Datensignale (DS1, DS2) moduliert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägersignale (CWl, CW2; CW, CWY) um 90° gegenein- ander phasenverschoben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasendifferenz zwischen den Trägersignalen (CWl, CW2; CWX, CWY) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung eines Kriteriums zur Phasenregelung die zirkuläre Polarisationskomponente des Polarisations-
Multiplexsignals (PMS) gemessen und hieraus ein Regelsignal (RS) wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Polarisations-Multiplexsignals (PMS) abgezweigtes Mess-Signal (MS) in zwei gleiche Signalanteile aufgeteilt wird, von denen der eine direkt in ein erstes elektrisches Teilsignal (EA) umgesetzt wird und der andere zunächst über eine auf die Wellenlänge der Trägersignale (CWl, CW2; CWX,
CWY) abgestimmte λ/4-Platte (16) und ein Polarisationsfilter (17) geführt wird und dann in ein zweites elektrisches Teilsignal (EB) umgesetzt wird, dass beide Signalanteile miteinander verglichen werden und hieraus das Regelsignal (RS) gewonnen wird und dass die Phase zwischen den Trägersignalen (CWl, CW2; CWX, CWY) derart verändert wird, dass die elektrischen Teilsignale (EA, EB) gleiche Werte aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung eines Kriteriums zur Phasenregelung ein vom Polarisations-Multiplexsignals (PMS) abgezweigtes Mess- Signal (MS) einem auf die Wellenlänge der Trägersignale (CWl, CW2; CWX, CWY) abgestimmten DGD-Element (21) zugeführt wird, dass das Ausgangssignal des DGD-Elements (21) in ein elektri- sches Signal (ETS) umgesetzt und gemessen wird und hieraus ein Regelsignal (RS) gewonnen wird und dass die Phase zwischen den Trägersignalen (CWl, CW2; CWX, CWY) derart verändert wird, dass das Ausgangssignal des DGD- Elements (21) einen Extremwert erreicht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsebenen der orthogonalen Datensignale (OSl, OS2) ein Winkel von ±45° gegenüber den Hauptachsen des DGD-Elementes aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung eines Kriteriums zur Phasenregelung ein vom Polarisations-Multiplexsignal (PMS) abgezweigtes Mess- Signal (MS) in zwei zueinander orthogonale Signalanteile (CWX, CWY) aufgeteilt wird, dass die orthogonalen Signalanteile (CWX, CWY) in elektrische Signalanteile (Ex, Eγ) umgesetzt werden und dass aus den Amplituden der elektrischen Signalanteile (Ex, Ey) das Regelsignal (RS) gewonnen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsebenen der orthogonalen Signale (OSl,
OS2) Signalanteile um ±45° gegenüber einer Polarisationsebene eines Polarisations-Splitters (24) eingestellt werden und dass die Phase zwischen den Trägersignalen (CWl, CW2; CWX, CWY) derart verändert wird, dass die Amplituden der elektrischen Signalanteile (Ex, Eγ) gleiche Werte aufweisen.
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