DE19629530C1 - Faseroptischer Kodierer/Dekodierer - Google Patents
Faseroptischer Kodierer/DekodiererInfo
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- H04J14/00—Optical multiplex systems
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Description
Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Kodierer/Dekodierer für Lichtsignale. Damit kann
beispielsweise in der Nachrichtentechnik optisches Kodemultiplex durchgeführt werden.
Optisches Kodemultiplex kann zur effektiven Ausnutzung der Bandbreite von
Lichtwellenleitern eingesetzt werden. Bisher ist es jedoch problematisch, die digitalen
Lichtsignale am Sender zu kodieren und am Empfänger wieder zu dekodieren. Dafür benötigt
man sehr frequenzselektive Bauelemente. Je selektiver die Filterung im Frequenzbereich
erfolgen kann, desto längere Kodesequenzen können genutzt werden und um so mehr Kanäle
können gleichzeitig über den Lichtwellenleiter übertragen werden.
Bekannt ist ein Verfahren zur spektralen Kodierung/Dekodierung von Lichtsignalen (D.
Zaccarin, u. a. "An optical CDMA system based on spectral encoding of LED", IEEE
Photonics Technology Letters, 4 (1993), S. 479), das prinzipiell die Anforderungen an einen
solchen Kodierer/Dekodierer erfüllt. Dabei werden die Lichtimpulse einer breitbandigen Quelle
im freien Raum übertragen und auf ein Beugungsgitter geführt. Dieses beugt die auftreffende
Strahlung entsprechend den spektralen Anteilen, so daß das Beugungsfeld (die räumliche
Verteilung des Strahles) unterschiedlichen Lichtfrequenzen entspricht.
Der nun vorhandene Lichtstrahl kann jetzt mit mechanischen Filtern spektral kodiert werden.
Dabei werden bestimmte Frequenzanteile durchgelassen, andere nicht. Anschließend wird der
kodierte Strahl wieder über eine Beugungsgitteranordnung zusammengefaßt und kann über
eine Lichtwellenleiterstrecke zusammen mit anderen auf gleiche Weise (aber mit anderen
Kodes) kodierten Signalen übertragen werden.
Zur Dekodierung wird eine analoge Anordnung genutzt. Dort wird die dedektierte Intensität
maximal, wenn das kodierte Signal durch die mechanischen Filter nicht behindert wird. Bei
falschem Kodewort ist die detektierte Intensität somit geringer. Mit Hilfe eines
Schwellwertschalters kann dann über die Richtigkeit des Kodewortes und somit die Gültigkeit
des Bits entschieden werden.
Eine weitere bekannte Methode zur Kodierung von digitalen Lichtsignalen besteht in der
Nutzung von Verzögerungsnetzwerken (M. E. Marhic "Coherent optical CDMA Networks,
IEEE Journal of Lightwave Technology, 11 (1993), S. 854ff). Das Signal wird in einen
3dB-Koppler eingespeist, an dessen einem Ausgang sich eine Verzögerungsleitung mit der
Verzögerung τ₁ befindet. Der andere Ausgang und das Ende der Verzögerungsleitung werden
mit den beiden Eingängen eines weiteren 3dB-Kopplers verbunden, an dessen einem Ausgang
sich wiederum eine Verzögerungsleitung mit der Verzögerung τ₂ befindet.
Diese Kaskadenanordnung kann nun entsprechend der gewünschten Kodierungstiefe beliebig
wiederholt werden. Die Dekodierung erfolgt auf gleiche Weise mit einer zum Kodierer
inversen Anordnung. Auch hier wird ein Schwellwertschalter zur Entscheidung über die
Gültigkeit des Bits genutzt.
Eine weitere bekannte Möglichkeit ist die Nutzung von akustooptischen Filtern, z. B. in: I.
Hinkov, u. a. "Feasibility of optical CDMA using spectral encoding by acoustically tunable
optical filters", Electronics Letters, 31 (1995), S. 384ff.
Weiterhin ist aus der Patentschrift US 5.410.624 A ein Faserstück mit mehreren
hintereinander angeordneten Bragg-Filtern unterschiedlicher Gitterkonstante bekannt, wobei
diese Anordnung ausschließlich der Selektion der Nutzkanäle in Wellenlängenmultiplex-
Systemen dient und aufgrund von Vier-Wellen-Mischung entstandene ungewünschte
Störkanäle abscheidet. Auch ist aus der Patentschrift EP 0 721 121 A1 eine
Hintereinanderschaltung von zwei Bragg-Gittern gleicher Gitterkonstante bekannt, welche
dort der Bildung von Fabry-Perot-Filtern dienen.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einem technologisch einfach zu realisierenden
Kodierer/Dekodierer die Vorteile der Bragg-Gitter voll zur Wirkung kommen zu lassen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem relativ kurzen
Lichtwellenleiterstück mehrere Bragg-Gitter mit unterschiedlicher Bragg-Frequenz
eingeschrieben werden. Diese wirken als Reflektoren mit einem Reflexionsfaktor von in der
Regel nahezu 100%.
Da der Dekodierer nur dann optimal arbeiten kann, wenn die in ihm enthaltenen Bragg-Gitter
identisch denen des Kodierers sind, ist auf gute Reproduzierbarkeit des Herstellungsverfahrens
der Bragg-Gitter zu achten. Dies kann zum Beispiel mit der Herstellung unter Nutzung einer
Phasenmaske sehr gut erreicht werden.
Mit der Erfindung wird das Signal spektral kodiert. Durch verteilte Reflexionsstellen kann aber
auch zusätzlich eine zeitliche Kodierung erfolgen. Beides ist in einem Kodierer technologisch
einfach zu kombinieren.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß sich die Kodierer/Dekodierer
einfach und damit kosteneffizient herstellen lassen. Als Material wird lediglich ein Stück
Standard-Monomodelichtwellenleiter benötigt. Aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der
Bragg-Gitter-Herstellung bei Nutzung der Phasenmaskenmethode können
Kodierer/Dekodierer für Signaldatenraten bis in den Gigabit-Bereich einfach hergestellt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Fig. 1
näher erläutert. Zur Veranschaulichung ist ein Kodierer 4 mit drei Bragg-Gittern 5, 9, 11
dargestellt, kann aber auf gleiche Weise auch mit einer beliebigen Anzahl hergestellt werden.
Dieser Kodierer kombiniert spektrales und zeitliches Multiplex.
Ein Signalimpuls 1 (entsprechend ein Bit in einem digitalen Übertragungssystem) der Dauer τ 2
und der gesamten spektralen Breite Δλ 3 trifft auf den Kodierer 4. Im Kodierer 4 trifft er
zuerst auf ein Bragg-Gitter, welches die Wellenlänge λ₁ reflektiert 5. (λ₁ ist hierbei die
Wellenlänge der maximalen Reflexion, da Bragg-Gitter Licht einer gewissen spektralen Breite
in etwa symmetrisch um die Bragg-Wellenlänge reflektieren.) Dabei wird nur der
Spektralanteil, der dieser Wellenlänge entspricht 6, reflektiert 7.
Die anderen Signalanteile passieren das Gitter und treffen nach der Laufzeit τ/2, die einer
Weglänge l = c/neff · τ/2 8 entspricht, auf das zweite Bragg-Gitter 9. Dieses reflektiert nun
beispielsweise die Frequenz λ₃ 10 und läßt die anderen spektralen Anteile passieren. Der letzte
Signalanteil trifft nun wiederum nach der Laufzeit τ/2 auf das dritte Bragg-Gitter 11, welches
diesen Signalanteil λ₂ 12 reflektiert. Am Ausgang des Kodierers steht das nun kodierte Signal
13 schließlich zur Übertragung in einem Lichtwellenleiter 14 zur Verfügung. Dabei ist die
Ausbreitungsrichtung des unkodierten Signals 15 der des kodierten Signals 16
entgegengesetzt.
Da die Bragg-Gitter frequenzselektive Bauelemente sind, wird das Signal in jedem Falle
spektral kodiert. Da Bragg-Gitter unterschiedlicher Gitterkonstante sich jedoch teilweise oder
auch vollständig räumlich überlagern können, ist die zeitliche Kodierung eine Option. Wird nur
spektral kodiert und alle Bragg-Gitter sind räumlich am selben Ort, können nicht alle
spektralen Anteile des Signals reflektiert werden. Die Kodierung erfolgt dann durch die
Reflexion nur bestimmter Spektralanteile entsprechend des jeweiligen Kodewortes. Auf diese
Weise entsteht ein gewisser Verlust an Signalenergie. Dafür ist der Kodierer räumlich sehr
klein (ca. 1-2 cm im Lichtwellenleiter).
Wird zusätzlich zeitlich kodiert, kann die ganze Signalenergie genutzt werden. Dafür wird der
Signalimpuls entsprechend der Kodewortlänge zeitlich gedehnt. Dann sind auch die
Schwerpunkte der Gifterreflexionen benachbarter Bragg-Gitter so zu wählen, daß sie
mindestens die halbe Laufzeit des Signales im Lichtwellenleiter voneinander entfernt sind.
Der Kodierer kann, abhängig von der Bitrate und der zeitlichen Kodewortlänge, einige
Zentimeter bis wenige Meter lang werden. Dies stellt kein Problem dar, da das Material im
allgemeinen eine Standard-Monomodefaser ist. Bei längeren Kodierern kann dieser auch auf
eine Trommel mit einigen Zentimetern Durchmesser aufgewickelt werden.
Zur Kodierung stehen somit gewissermaßen zwei Dimensionen zur Verfügung, so daß das
Kodewort in einer Ebene dargestellt werden kann. Dabei muß die zeitliche Kodewortlänge
nicht der spektralen Kodewortlänge entsprechen.
Der Dekodierer ist zum Kodierer völlig analog aufgebaut. Es ist nur zu beachten, daß bei auch
zeitlicher Kodierung die Bragg-Gitter in umgekehrter Reihenfolge als beim Kodierer zu
durchlaufen sind.
Bei rein spektraler Kodierung kann das Kodierungs- und Dekodierungsfilter auch als
Durchlaßfilter betrieben werden. Dann können auch Bragg-Gitter genutzt werden, die keine
Reflexion aufweisen, also als reine Dämpfungsglieder wirken. In diesem Falle wurde keine
ungewollte Impulsverbreiterung durch Laufzeitunterschiede bei räumlicher Gitteranordnung
auftreten. Ein weiterer Vorteil wäre der einfachere Einbau in ein optisches Gesamtsystem. Um
einen zum Kodierer passenden Dekodierer herzustellen ist es sinnvoll, beide im selben Prozeß
zu erzeugen. Der Dekodierer wird dann in umgekehrter Richtung zum Kodierer in das System
eingebaut. Ein optisches Gesamtsystem ist in Fig. 4 dargestellt.
Claims (8)
1. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer für optische Kodemultiplexsysteme, bestehend
aus einem Stück Lichtwellenleiter (14), unter Verwendung von Faser-Bragg-Gittern,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Kodierung/Dekodierung des Signales mindestens
zwei Faser-Bragg-Gitter (5; 9; 11) vorgesehen sind, deren Resonanzfrequenz
unterschiedlich ist, wobei das kodierte bzw. dekodierte Signal aus den von den Faser-
Bragg-Gittern (5, 9, 11) reflektierten oder durchgelassenen Signalen gebildet wird.
2. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflexionsfaktor der verschiedenen Bragg-Gitter (5; 9, 11) gleich oder
unterschiedlich ist.
3. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bandbreite der verschiedenen Bragg-Gitter (5; 9; 11) gleich
oder unterschiedlich ist.
4. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gitterfunktionen der verschiedenen Bragg-Gitter beliebig
wählbar sind und gleich oder unterschiedlich sind.
5. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die der Kodierung/Dekodierung dienenden Bragg-Gitter
(5; 9; 11) in dem Lichtwellenleiterstück (14) räumlich nebeneinander angeordnet sind.
6. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehr als zwei Bragg-Gittern der Abstand
zwischen benachbarten Bragg-Gittern gleich oder unterschiedlich ist.
7. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die der Kodierung/Dekodierung dienenden Bragg-Gitter
(5; 9; 11) teilweise oder vollständig räumlich überlagern.
8. Faseroptischer Kodierer/Dekodierer nach Anspruch 1, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bragg-Gitter (5; 9; 11) als Dämpfungsglieder ausgeführt
sind und somit geringe oder verschwindende Rückreflexion bei hoher
Transmissionsdämpfung aufweisen.
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