DE19633921C1

DE19633921C1 - Schaltungsanordnung für den Betrieb von Wellenlängenmultiplexsystemen

Info

Publication number: DE19633921C1
Application number: DE19633921A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr Splett
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: EP0929951A1; JP2000501914A; US6486987B1; WO1998008317A1

Description

Zukunftssichere optische Telekommunikationsnetze haben hohe Anforderungen bezüglich Kapazität und Flexibilität zu erfül len. Solche Anforderungen werden bei einer Übertragung und Vermittlung im optischen Frequenzmultiplex (Wellenlängenmul tiplex WDM) optimal erfüllt: Mit einem Wellenlängenmultiplex kann die Kapazität von optischen Übertragungsnetzen wesent lich vergrößert werden; durch WDM-Koppelanordnungen (Optical Cross Connects OCC) kann die Flexibilität solcher Netze er höht werden. Um die hohe Leistungsfähigkeit solcher Netze zu gleich bei möglichst geringem Aufwand zu erzielen, sollen die optischen Signale möglichst weit ohne (elektrooptische) Rege neration übertragen werden können. Durch den Einsatz von Fa serverstärkern kann die Dämpfung optischer Signale auf Licht wellenleitern und in WDM-Koppelfeldern kompensiert werden, so daß die Länge einer regeneratorfreien Strecke jedenfalls im Prinzip durch die Dämpfung nicht begrenzt wird.

Problematisch ist in Wellenlängenmultiplexsystemen allerdings, daß die einzelnen WDM-Kanäle unterschiedlich stark gedämpft bzw. verstärkt werden. Geringe Unterschiede werden bereits durch Toleranzen in den einzelnen Systemkomponenten (wie z. B. Faserverstärker, optische Fasern, Stecker, WDM-Koppelfelder) hervorgerufen; sie können sich bei langen regeneratorfreien Strecken so akkumulieren, daß im Ergebnis Pegelunterschiede entstehen, die eine saubere Trennung der Wellenlängenmulti plex-Kanäle verhindern. Es ist daher wünschenswert, in das Netz Komponenten einfügen zu können, die diese Pegelunter schiede reduzieren.

Mittels eines Faserverstärkers können solche Pegelunterschie de bei normaler Umgebungstemperatur (aufgrund homogener Li nienverbreiterung bei normaler Umgebungstemperatur) nicht re duziert werden. Es ist zwar bekannt, daß Faserverstärker bei tiefen Temperaturen (77°K) eine inhomogene Linienverbreite rung aufweisen (IEEE Photonics Technology Letters, 2 (1990), p. 246-248; OFC/IOOC′93 Technical Digest, p. 174-175); der da bei erforderliche Kühlaufwand behindert jedoch einen prakti schen Einsatz.

Zur Pegelregulation ist es (aus IEEE Photonics Technology Letters, 8 (1994) 11, p. 1321-1323) im Prinzip bekannt, die ein zelnen WDM-Kanäle mit Hilfe eines WDM-Demultiplexers räumlich voneinander zu separieren und die optischen Signale jedes Ka nals für sich mittels eines im Sättigungsbereich betriebenen kanalindividuellen Faserverstärkers zu verstärken, wonach die Signale mittels eines WDM-Multiplexers wieder im Wellenlängen multiplex zusammengefaßt werden. Unter Einsatz kanalindividu eller und damit in entsprechender Vielzahl vorzusehender op tischer Komponenten kann so eine Pegelregulation für ein fe stes Wellenlängenschema erreicht werden.

Die Erfindung zeigt demgegenüber einen anderen Weg zu einer Pegelregulation.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Wellenlängenmultiplexsystems; diese Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem eingangsseitig mit dem Wellenlängenmultiplex signal beaufschlagten akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer eine Mehrzahl akustischer Oberflächenwellen bestimmter, un terschiedlicher Frequenzen angeregt wird und jeweils ein Teil der Lichtleistung von Wellenlängenkanälen mit durch die Fre quenz einer solchen Oberflächenwelle bestimmter optischer Frequenz separiert wird und
daß ein eingangsseitig mit den separierten Lichtleistungsan teilen und mit in einem dem akusto-optischen Add/Drop-Multi plexer nachgeschalteten Richtkoppler aus den nichtseparierten Anteilen des Wellenlängenmultiplexsignals ausgekoppelten Lichtleistungsanteilen beaufschlagter Heterodynüberlagerungs empfänger vorgesehen ist, der ein den in den einzelnen Wel lenlängenkanälen kanalindividuell übertragenen Lichtleistun gen entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

Eine solche Schaltungsanordnung eröffnet die Möglichkeit ei ner gezielten, flexibel an ein Wellenlängenschema anpaßbaren Bestimmung der in einer Mehrzahl von Wellenlängenkanälen je weils gegebenen optischen Pegel unter Verwendung nur eines akustooptischen Add/Drop-Multiplexers. Dazu kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine elektrische Mischung der die akustischen Oberflächenwellen unterschiedlicher Frequenz an regenden elektrischen Signale mit dem elektrischen Ausgangs signal des Heterodynüberlagerungsempfängers vorgesehen sein, um aus dem Ausgangssignal des Heterodynüberlagerungsempfän gers den in den einzelnen Wellenlängenkanälen kanalindividu ell übertragenen Lichtleistungen entsprechende kanalindividu elle Einzelsignale zu erhalten.

Wird gemäß weiterer Erfindung eine kanalindividuelle Steue rung der - den Anteil der separierten Lichtleistung der ein zelnen Wellenlängenkanäle bestimmenden - Intensität der aku stischen Oberflächenwellen vorgesehen, so wird vorteilhafter weise -wiederum unter Verwendung nur eines akustooptischen Add/Drop-Multiplexers - auch eine kanalindividuelle Dämpfung der einzelnen Wellenlängenkanäle ermöglicht, wobei die be treffenden WDM-Kanäle an Hand der jeweiligen optischen Wel lenlänge nach Maßgabe der Frequenz der akustischen Wellen be stimmt werden.

Um über das ganze WDM-System hinweg unerwünschte Pegelunter schiede vermeiden zu können, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem Heterodynüberlagerungsempfänger eine Rege lungseinrichtung zur jeweils gesonderten Nachführung der in den einzelnen Wellenlängenkanälen übertragenen Lichtleistung auf einen für den jeweiligen Wellenlängenkanal vorgegebenen Wert nachgeschaltet sein. Dabei kann dann in weiterer Ausge staltung der Erfindung die Regelungseinrichtung durch elek trische Mischung der die akustischen Oberflächenwellen unter schiedlicher Frequenz anregenden elektrischen Signale mit dem elektrischen Ausgangssignal des Heterodynüberlagerungsempfän gers die darin enthaltenen, der in den einzelnen Wellenlän genkanälen übertragenen Lichtleistung entsprechenden Signale voneinander trennen und damit kanalindividuell die Intensität der die akustischen Oberflächenwellen anregenden elektrischen Signale steuern.

In Zusammenwirken mit einem (oder auch mehreren) geregelten Faserverstärker (n) werden im Wellenlängenmultiplexsystem hohe Abstände zwischen (elektrooptischen) Regeneratoren ermög licht.

Zumindest die rein optischen Komponenten des Überlagerungs empfängers können gemäß weiterer Erfindung gemeinsam mit dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer auf einem Substrat in tegriert sein, womit vorteilhafterweise die optischen Funkti onen der Pegelmessung und der Pegeleinstellung mit einem ein zigen akustooptischen Bauteil realisiert werden können. Opti sche Komponenten zur Individualisierung der einzelnen Wellen längenkanäle benötigt die Erfindung vorteilhafterweise nicht.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfol genden näheren Erläuterung der Erfindung an Hand der Zeich nungen ersichtlich. Dabei zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt schaltungstechnische Einzelheiten einer darin einzusetzenden Regelungsschaltung.

In der in Fig. 1 schematisch in einem zum Verständnis der Er findung erforderlichen Umfang dargestellten Schaltungsanord nung für den Betrieb von Wellenlängenmultiplexsystemen führt eine das Wellenlängenmultiplexsignal führende Eingangsfaser F_e zu einem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM, der mit einem Polarisation-Splitter PS, zwei entgegengesetzt zu einander wirkenden akusto-optischen Polarisation- Konvertern AOPC und einem Polarisation-Kombiner PC gebildet ist. Solche akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer sind an sich (z. B. aus Proc. VI^th European Conference on Integrated Optics (April 1993), 10-1 . . . 10-3) bekannt, so daß es hier insoweit keiner näheren Erläuterungen bedarf. Von einer Regelungseinrichtung RE her wird auf dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM eine Mehrzahl akustischer Oberflächenwellen bestimmter, un terschiedlicher Frequenzen f_i angeregt mit der Folge, daß je weils ein Teil der Lichtleistung von Wellenlängenkanälen mit durch die Frequenz f_i einer solchen Oberflächenwelle bestimm ter optischer Frequenz separiert wird, d. h. aus dem akusto optischen Add/Drop-Multiplexer ADM nicht über dessen das Wel lenlängenmultiplexsignal in Richtung zur Ausgangsfaser F_a der Schaltungsanordnung hin weiterführende Ausgangsfaser F′ aus gekoppelt wird, sondern über die Ausgangsfaser F′′. Die in dem betreffenden Wellenlängenkanal über die Ausgangsfaser F′ wei tergeführte Lichtleistung erfährt damit gegenüber der über die Eingangsfaser F_e zugeführten Lichtleistung eine entspre chende Reduzierung.

Zwischen den akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM und die Ausgangsfaser F_a der Schaltungsanordnung ist ein opti scher Richtkoppler RK eingefügt, in dem aus der weitergeführ ten Lichtleistung, d. h. aus den nichtseparierten Anteilen des Wellenlängenmultiplexsignals, ein Teil zu einer Faser F′′′ hin ausgekoppelt wird. Diese Faser F′′′, die zweckmäßiger weise ebenso wie die Faser F′′ eine polarisationserhaltende Faser ist, führt zusammen mit der Faser F′′ zu den beiden Ein gängen eines Heterodyn-Überlagerungsempfängers HE. Dabei ist durch entsprechende Faserdrehung dem Umstand Rechnung zu tra gen, daß der über die Ausgangsfaser F′ weitergeführte Licht leistungsanteil eine andere (um 90° unterschiedliche) Polari sierung aufweist als der über die Ausgangsfaser F′′ ausgekop pelte Lichtleistungsanteil, daß aber die den beiden Eingängen des im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dargestellten Hetero dyn-Überlagerungsempfängers HE zugeführten Lichtsignale von gleicher Polarisation sein müssen. Wie dies auch aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann ein solcher Überlagerungsempfänger mit einem optischen (beispielsweise 3-dB-)Koppler K und zwei Photodioden PD gebildet sein; ein elektrischer Verstärker V kann ihm, wie dies ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich ist, nach geschaltet sein. Dabei können, ohne daß dies in Fig. 1 näher dargestellt werden muß, die rein optischen Komponenten des Überlagerungsempfängers HE gemeinsam mit dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM und auch dem Richtungskoppler RK auf einem Substrat integriert sein.

Am Ausgang he gibt der Überlagerungsempfänger HE ein den in den einzelnen Wellenlängenkanälen kanalindividuell übertrage nen Lichtleistungen entsprechendes Ausgangssignal ab. Dieses Signal wird der Regelungseinrichtung RE zugeführt, die ihrer seits, wie schon gesagt wurde, auf dem akusto-optischen Add/ Drop-Multiplexer ADM eine Mehrzahl akustischer Oberflächenwel len bestimmter, unterschiedlicher Frequenzen f_i anregt.

Auf dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM findet eine akusto-optische Wechselwirkung zwischen der optischen Welle eines WDM-Kanals i im wesentlichen mit genau einer akustischen Welle einer bestimmten Frequenz f_i statt. Die optische Fre quenz des bei diesem WDM-Kanal i über die Ausgangsfaser F′′ des akusto-optischen Add/Drop-Multiplexers ADM separierten Lichts ist gegenüber dem auf der Ausgangsfaser F_a der Schaltungsan ordnung weitergeführten Licht um genau diese Frequenz f_i er höht. Das Ausgangssignal (he) des Überlagerungsempfängers HE enthält daher eine Spektralkomponente der Frequenz f_i, deren Amplitude eine Funktion der Leistung des WDM-Kanals i ist. Nach Maßgabe mehrerer angeregter akustischer Wellen mit un terschiedlichen Frequenzen f_i kann dann in mehreren optischen WDM-Kanälen i deren jeweiliger Lichtsignalpegel separat gere gelt werden, indem die entsprechenden akustischen Wellen mit der jeweils erforderlichen Intensität angeregt werden.

Um aus dem Ausgangssignal des Heterodyn-Überlagerungsempfän gers HE den in den einzelnen Wellenlängenkanälen kanalindivi duell übertragenen Lichtleistungen entsprechende kanalindivi duelle Einzelsignale zu erhalten, kann eine elektrische Mi schung der die akustischen Oberflächenwellen unterschiedli cher Frequenz anregenden elektrischen Signale mit dem elek trischen Ausgangssignal des Heterodyn-Überlagerungsempfängers HE vorgesehen sein. Hierzu können, wie dies auch in Fig. 2 skizziert ist, das Ausgangssignal des Überlagerungsempfängers HE mit dem von einem entsprechenden Signalgenerator geliefer ten Signal der betreffenden Frequenz f_i sowie mit dem um 90° verzögerten Signal (Quadratursignal) der betreffenden Fre quenz f_i multipliziert werden und die Produkte I_i und Q_i je weils quadriert und dann addiert und tiefpaßgefiltert werden, womit man ein Misch-Signal m_i erhält, das proportional dem Quadrat |a_i|² der kanalindividuellen Lichtsignalamplitude a_i ist; aus dem durch den Auskopplungsgrad η_RK des Richtkopplers RK dividierten Verhältnis

dieses Misch-Signals m_i zu einem auf der Ausgangsfaser F_a der Schaltungsanordnung ge wünschten Lichtsignalpegel k_i erhält man mit

ein Steuersignal c_i zur Amplitudenregelung des elektrischen Signals, das auf dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM die akustische Oberflächenwelle der entsprechenden Fre quenz f_i anregt.

In der Regelungseinrichtung RE (siehe auch Fig. 1) gemäß Fig. 2 sind je Anregungsfrequenz (f_i) zwei Multiplikationsschaltun gen MI_i, MQ_i zur Multiplikation des Ausgangssignals des Über lagerungsempfängers HE (in Fig. 1) mit den von den einzelnen Anregungssignalgeneratoren . . ., . . . gelieferten Signalen der einzelnen Anregungsfrequenzen (f_i) sowie mit den um 90° verzögerten Anregungssignalen (Quadratursignalen) vorgesehen. Die Ausgänge I_i, Q_i der zwei Multiplikationsschaltungen MI_i, MQ_i führen jeweils zu den beiden Eingängen einer Quadrier- und Additionsschaltung I_i²+Q_i², der ein Tiefpaßfilter TP_i nachgeschaltet ist. Das dem Quadrat |a_i|² der kanalindividu ellen Lichtsignalamplitude (a_i) proportionale Filterausgangs signal (m_i) des Tiefpaßfilters TP_i wird einem diesem nachge schalteten nichtlinearen Signalbildner c_i zugeführt, der nach Maßgabe des durch den Auskopplungsgrad η_RK des Richtkopplers RK (in Fig. 1) dividierten Verhältnisses

dieses Filter ausgangssignals (m_i) zu dem auf der Ausgangsfaser F_a (in Fig. 1) gewünschten Lichtsignalpegel k_i mit

ein Steuersignal zur Amplitudenregelung des Anregungssignals der entsprechenden Frequenz (f_i) bildet.

Durch Steuerung der Amplitude des elektrischen Signals, das auf dem akusto-optischen Add/Drop-Multiplexer ADM eine aku stische Oberflächenwelle einer Frequenz f_i anregt, wird eine entsprechende Steuerung der - den Anteil der separierten Lichtleistung des der Frequenz f_i entsprechenden Wellenlän genkanals bestimmenden - Intensität der akustischen Oberflä chenwelle bewirkt und damit eine kanalindividuelle Dämpfung der der Lichtsignalleistung eines WDM-Kanals mit zu hohem Pegel ermöglicht. Die in den einzelnen WDM-Kanälen übertrage ne Lichtleistung kann so jeweils gesondert auf einen für den jeweiligen WDM-Kanal vorgegebenen Wert nachgeführt werden, so daß die Ausgangsleistung der WDM-Kanäle jeweils gesondert auch auf einen gemeinsamen konstanten Pegel eingestellt wer den kann. Die Eingangsleistung der Wellenlängenkanäle darf dabei in einem Bereich schwanken, der im wesentlichen durch die Eigenschaften des akusto-optischen Add/Drop-Multiplexers ADM begrenzt ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung für den Betrieb von Wellenlängen multiplexsystemen, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem eingangsseitig mit dem Wellenlängenmultiplex signal beaufschlagten akusto- optischen Add/Drop-Multiplexer (ADM) eine Mehrzahl akustischer Oberflächenwellen bestimmter, unterschiedlicher Frequenzen angeregt wird und jeweils ein Teil der Lichtleistung von Wellenlängenkanälen mit durch die Frequenz einer solchen Oberflächenwelle bestimmter optischer Frequenz separiert wird, und
daß ein eingangsseitig mit den separierten Lichtleistungsan teilen und mit in einem dem akusto-optischen Add/Drop-Multi plexer (ADM) nachgeschalteten Richtkoppler (RK) aus den nichtseparierten Anteilen des Wellenlängenmultiplexsignals ausgekoppelten Lichtleistungsanteilen beaufschlagter Hetero dynüberlagerungsempfänger (HE) vorgesehen ist, der ein den in den einzelnen Wellenlängenkanälen kanalindividuell übertrage nen Lichtleistungen entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrische Mischung der die akustischen Oberflächen wellen unterschiedlicher Frequenz anregenden elektrischen Signale mit dem elektrischen Ausgangssignal des Heterodyn überlagerungsempfängers (HE).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine kanalindividuell gesteuerte Intensität der akustischen Oberflächenwellen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heterodynüberlagerungsempfänger (HE) eine Regelungs einrichtung (RE) zur jeweils gesonderten Nachführung der in den einzelnen Wellenlängenkanälen übertragenen Lichtleistung auf einen für den jeweiligen Wellenlängenkanal vorgegebenen Wert nachgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (RE) durch elektrische Mischung der die akustischen Oberflächenwellen unterschiedlicher Fre quenz anregenden elektrischen Signale mit dem elektrischen Ausgangssignal des Heterodynüberlagerungsempfängers (HE) die darin enthaltenen, der in den einzelnen Wellenlängenkanälen übertragenen Lichtleistung entsprechenden Signale voneinander trennt und kanalindividuell die Intensität der die akusti schen Oberflächenwellen anregenden elektrischen Signale steu ert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß je Anregungsfrequenz (f_i) zwei Multiplikationsschaltungen zur Multiplikation des Ausgangssignals des Überlagerungs empfängers (HE) mit den von den einzelnen Anregungssignal generatoren gelieferten Signalen der einzelnen Anregungs frequenzen (f_i) sowie mit den um 90° verzögerten Anregungs signalen (Quadratursignalen) vorgesehen sind,
daß jeweils die Ausgänge (I_i, Q_i) der zwei Multiplikations schaltungen zu den beiden Eingängen einer Quadrier- und Additionsschaltung (I_i²+Q_i²) führen, der ein Tiefpaßfilter nachgeschaltet ist, und
daß das dem Quadrat (|a_i|²) der kanalindividuellen Lichtsig nalamplitude (a_i) proportionale Filterausgangssignal (m_i) des jeweiligen Tiefpaßfilters einem diesem nachgeschalteten nichtlinearen Signalbildner (c_i) zugeführt wird, der nach Maßgabe des durch den Auskopplungsgrad η_RK des Richtkopplers (RK) dividierten Verhältnisses dieses Filterausgangs signals (m_i) zu dem auf der Ausgangsfaser (F_a) gewünschten Lichtsignalpegel k_i mit ein Steuersignal zur Amplitudenregelung des Anregungssignals der entsprechenden Frequenz (f_i) bildet.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rein optischen Komponenten des Überlagerungsempfän gers (HE) gemeinsam mit dem akusto-optischen Add/Drop-Multi plexer (ADM) auf einem Substrat integriert sind.