DE2902789A1

DE2902789A1 - Sender fuer optische nachrichtenuebertragungssysteme

Info

Publication number: DE2902789A1
Application number: DE19792902789
Authority: DE
Inventors: Richard Edward Epworth
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1979-08-09
Also published as: GB1565764A; AU4367579A; DE2902789C2

Description

Sender für optische Nachrichtenübertragungssysteme

Die Erfindung betrifft einen Sender für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit einer Lichtquelle, die eine Lichtemissionsschwelle hat, mit Mitteln, um die Lichtquelle auf einen Wert vorzuspannen, der um einen bestimmten Betrag unterhalb ihres Schwellenwertes liegt und mit Mitteln, die die Lichtquelle im Bereich ihres Schwellenwertes modulieren. Ein derartiger Sender ist bekannt aus dem Aufsatz von M.Chown: "Zwischenverstärker für optische Nachrichtensysteme", "Elektrisches Nachrichtenweseri'Band 52, Nr.3, 1977, S. 241-251.

Optische Glasfaser-Ubertragungssysteme sind in der Lage, sehr viele Sprachkanäle und/oder Datenkanäle, sogar digitale Fernsehkanäle aufgrund ihrer großen Bandbreite bereitzustellen. Jedoch ist es bei solchen Systemen wünschenswert, zusätzlich zu den eigentlichen Übertragungskanälen mit hoher übertragungsgeschwindigkeit einen Kanal mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bereitzustellen. Dieser Kanal mit niedriger übertragungsgeschwindigkeit kann, wie es in der Fernsprechtechnik bekannt ist, als ein Dienstkanal verwendet werden und/oder für Überwachungszwecke, z.B. um die Zwischenverstärker in einem übertragungssystem mit Zwischenverstärkern zu überwachen. Da dazu nur sehr niedrige Modulationsfrequenzen notwendig sind, ist es nicht wünschenswert, die Kapazität des Systems zurübertragung von Signalen mit großer Geschwindigkeit

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dadurch zu reduzieren, daß ein Kanal mit der großen übertragungsgeschwindigkeit für die Information mit der niedrigen übertragungsgeschwindigkeit reserviert wird.

Eine interessante optische Energiequelle für optische Übertragungsstrecken mit hoher übertragungsgeschwindigkeit ist der Galliumarsenid-Dauerstrichlaser. Diese Laser haben eine typische Kennlinie der Lichtintensität über dem Betriebsstrom, welche eine Schwelle hat, unterhalb derer nur ein geringer Anteil von spontaner Emission auftritt und oberhalb derer der Laserbetrieb einsetzt. Die Laser werden dadurch moduliert, daß man sie durch einen Gleichstrom als Vorstrom an der Laserschwelle betreibt und dann einen etwas kleineren Modulationsstrom dazufügt. Unglücklicherweise ändert sich die Laserschwelle sowohl mit der Temperatur als auch mit dem Alter des Lasers und ist außerdem zwischen scheinbar ähnlichen Anordnungen unterschiedlich. Es wurden optische Sender gebaut, bei- denen die Dauerstrichlaser einen Gleichstrom-Vorstrom mit einem festen Pegel haben, der für jeden Laser eingestellt werden muß.

Dies ist jedoch für ein echtes übertragungssystem vollkommen unpraktisch. Wenn die Schwelle sich ändert und der Vorstrom des Lasers unterhalb der Schwelle liegt, so tritt eine Einschaltverzögerung auf, die beträchtliche Beeinflussungen von Nachbarsymbolen bewirkt, aufgrund der Abhängigkeit der Verzögerung von den vorausgegangenen Daten. Wenn andererseits der Vorstrom des Lasers ein zu hoher Strom ist, so zeigen die Laser häufig ein extrem starkes Rauschen und können durch die übermäßige optische Leistungsdichte für immer zerstört werden.

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Der ideale Laser sollte ein normalisiertes optisches Ausgangssignal für einen standardisierten elektrischen Eingangspegel liefern, unabhängig von der Temperatur, dem Alter und dem speziell gerade ausgewählten Laser. Dies kann durch eine optische Rückkopplung erreicht werden. Dies entspricht einer Rückkopplung, wie sie bei einem Transistor zur Sicherstellung eines konstanten Verstärkungsgrades der Schaltung trotz Schwankungen der Transistorverstärkung verwendet wird. Es ist nicht möglich, das optische Ausgangssignal des Lasers durch eine Betrachtung seines elektrischen Eingangssignals zu überwachen. Daher muß ein Bruchteil des Laserausgangssignals überwacht und mit dem gewünschten Ausgangssignal verglichen werden, um davon abhängig das elektrische Steuersignal am Eingang einzustellen. Das überwachte Licht kann entweder als Bruchteil des in die Lichtleitfaser eingestrahlten Lichts abgezweigt werden, wobei ein kleiner Verlust in der eingestrahlten Leistung entsteht, oder, was weniger zuverlässig jedoch gebräuchlicher ist, dem rückwärtigen Teil des Lasers entnommen werden.

Die einfachste Art der Rückkopplung ist eine, die lediglich die Änderungen der Laserschwelle korrigiert, wozu nur eine langsame Rückkopplung notwendig ist. üblicherweise unterscheiden sich die Laser in ihren Kennliniensteilheiten außerordentlich, so daß manche Laser zur vollen Modulation nur 1 inA, andere dagegen 100 mA Modulationsstrom benötigen. Die Kennliniensteilheit kann sich außerdem mit dem Alter und, in geringerem Maße, mit der Temperatur ändern. Eine Möglichkeit, eine optimale Betriebsweise eines Galliumarsenid-Dauerstrichlasers sicherzustellen, besteht darin, einen Regler zu verwenden, bei dem vom überwachten Ausgangs-

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signal des Lasers ein erstes der Schwellenleistung des Lasers entsprechendes Signal abgeleitet wird, das mit einem Referenzschwellenwert verglichen wird, und bei dem ein* zweites dem Modulationsgrad entsprechendes Signal vom überwachten Ausgangssignal abgeleitet und mit einem Modulationsreferenzsignal verglichen wird und bei dem diese beiden Signale zur Erzeugung von Fehlersignalen verwendet werden, die den Steuerschaltungen zugeführt werden können, um die dem Laser zugeführte Schwellenleistung und Modulationsleistung zu regeln. Ein solcher Regler wurde bereits in der Patentanmeldung P 27 30 vorgeschlagen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sender der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich ein Dienstkanal realisieren läßt.

Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer geringen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem eine Rückkopplung von der Lichtquelle zur Regelung

der der Lichtquelle zugeführten mittlerenLeistung verwendet wird,

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Fig.2 einen optischen Sender, bei dem der der Lichtquelle zugeführte Vorstrom mit einer niedrigen Modulationsfrequenz moduliert wird, und bei dem die Rückkopplung zur Regelung des Modulationsgrades des optischen Senders verwendet wird.

Bei der Anordnung nach Fig.1 ist die Lichtquelle eine Galliumarsenid-Halbleiterlaserdiode 1, deren abgestrahltes Licht in das Ende einer Lichtleiter-übertragungsleitung 2 eingekoppelt wird. Die Laserdiode wird mit einem Vorstrom betrieben, der knapp unterhalb ihres Schwellenstroms liegt. Diesen Vorstrom liefert eine gesteuerte Stromquelle 3. Die Modulation der Laserdiode geschieht dadurch, daß dem Vorstrom ein Modulationsstrom aus einer gesteuerten Stromquelle überlagert wird. Die zu übertragenden digitalen Signale werden als Steuersignale an die gesteuerte Stromquelle 4 angelegt. Ein Anteil des Lichts am Ausgang der Laserdiode 1 wird einer Photodetektordiode 5 zugeführt, die zu einem Rückkopplungskreis gehört. Das Ausgangssignal des Photodetektors wird dem einen Eingang eines Operationsverstärkers 6 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine Bezugsspannung V _ liegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 6 dient zur Steuerung der Vorstromquelle 3. Diese Anordnung ist bekannt.

Zur Hüllkurvenmodulation des Ausgangssignals der Laserdiode ist ein Modulator mit niedriger Modulationsfrequenz an den Bezugsspannungseingang angekoppelt, so daß die Information mit geringer Frequenz die Bezugsspannung moduliert. Dies moduliert wiederum den der Laserdiode zugeführten Vorstrom. Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Modulation des

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Vorstroms nicht nur dadurch beschränkt ist, daß sie eine niedrige Modulationsfrequenz haben muß, sondern auch durch ihre Amplitude, so daß auf der einen Seite der Vorstrom nicht auf den Schwellenstrom der Laserdiode durch die Modulation angehoben wird und auf der anderen Seite der aus den Stromquellen 3 und 4 zusammenfließende totale maximale Strom nicht auf einen Pegel abgesenkt wird, der gleich oder nur leicht oberhalb des Schwellenstromes liegt. In anderen Worten: die Hüllkurvenmodulation darf die digitale Modulation der Laserdiode, deren Modulationsfrequenz hoch ist, bis zu einem bestimmten Grad nicht beeinträchtigen. Die Hüllkurvenmodulation mit niedriger Modulationsfrequenz läßt sich an einem entfernten Empfänger durch einen Tiefpaß leicht wiedergewinnen. Die automatische Verstärkungsregelung des Empfängers wird die Modulation mit der niedrigen Modulationsfrequenz im normalen Datenweg des Empfängers unterdrücken, so daß die Ausfilterung des Modulationssignals mit der niedrigen Modulationsfrequenz an einem Punkt zu erfolgen hat, der von der automatischen Verstärkungsregelung noch nicht erfaßt ist. Es ist möglich, einen tragbaren speziellen Empfänger für das Modulationssignal mit der niedrigen Modulationsfrequenz zu verwenden, der an die Lichtleitfaser an irgendwelchen Zwischenpunkten des übertragungssystems angekoppelt werden kann, beispielsweise an nicht überwachten Zwischenverstärkern oder an Punkten, an denen ein Fehler, wie z.B. ein Faserbruch, aufgetreten ist. Somit läßt sich eine Sprechverbindung zwischen einem Techniker beim Sender und einem anderen Techniker irgendwo auf der Ubertragungsstrecke einrichten.

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Eine dazu alternative Anordnung zeigt die Fig.2. Die Laserdiode 21 wird angesteuert vom digitalen Modulationsstrom, der sich aus dem strom aus der gesteuerten Stromquelle 22 und dem überlagerten Vorstrom aus der gesteuerten Stromquelle 23 zusammensetzt. Die digitale Modulation geschieht mit Hilfe von Schaltern S₁ und S₀ für die entsprechenden Binärzustände 1 und 0. Diese Schalter steuern über zugeordnete Verstärker 24 und 25 mit einem Verstärkungsfaktor 1 die Eingänge eines Differenzverstärkers 26 an, dessen Ausgangssignal ein Operationsverstärker 27 zugeführt wird. Der Operationsverstärker 27 empfängt außerdem eine Bezugsspannung V _f. . , die den Modulationsgrad der Laserdiode 21 steuert. Die Schalter S₁ und S , die durch die digitalen Informationssignale angesteuert werden, werden vom Ausgang eines Rückkopplungsverstärkers 28 gesteuert, dessen Eingang mit einer Photodetektordiode 29 verbunden ist. Die soweit beschriebene Anordnung steuert den Grad der digitalen Modulation der Laserdiode 21. Der Schalter S₀, der während des Binärzustandes 0 der Eingangssignale hoher Geschwindigkeit geschlossen ist, liefert sein Ausgangssignal außerdem an einen getrennten Operationsverstärker 30, dessen Ausgangssignal die Vorstromquelle 23 steuert. Soweit diese Anordnung bisher beschrieben ist, entspricht sie der in der Patentanmeldung P 27 30 056 vorgeschlagenen Schaltungsanordnung. Ein Hüllkurvenmodulator mit niedriger Modulationsfrequenz ist an die Referenzspannungsquelle V ^, . angekoppelt und bewirkt eine Hüllkurvenmodulation der Amplitude des optischen Signalpegels 1, jedoch nicht des optischen Signalpegels 0 des Ausgangssignals der Laserdiode 21, d.h.

der Modulator moduliert die absolute Amplitude des digital modulierten Ausgangssignals. Wiederum ist das Modulationssignal mit der niedrigen Modulationsfrequenz mit einem Empfänger mit geringer Bandbreite leicht wiederzugewinnen, der an irgendeinem entfernten Punkt, der im übertragungssystem vor einer automatischen Verstärkungsregelung liegt, an das

übertragungssystem angeschlossen werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt

Kurze Str.8

7 Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

Sender für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit """ einer Lichtquelle, die eine Lichtemissionsschwelle hat, mit Mitteln, um die Lichtquelle auf einen Wert vorzuspannen, der um einen bestimmten Betrag unterhalb ihres Schwellenwertes liegt und mit Mitteln/ die die Lichtquelle im Bereich ihres Schwellenwertes modulieren, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (7; 31) enthält, die eine Hüllkurvenmodulation des Ausgangssignals der Lichtquelle (1; 21) bewirken, wobei diese Modulationsfrequenz wesentlich niedriger als die Frequenz der Modulation der Lichtquelle (1; 21) ist.
2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurvenmodulation durch eine Modulation der an der Lichtquelle (1) bestehenden Vorspannung erfolgt (Fig.1).
3. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurvenmodülation durch eine Amplitudenmodulation der digitalen Modulation der Lichtquelle erfolgt (Fig.2).

Kg/Sch

²³·⁰¹·¹⁹⁷⁹ 909832/0590

BAD ORIGINAL

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4. Sender nach Anspruch 3 mit einem Rückkopplungsweg, der optisch an die Lichtquelle angekoppelt ist und Mittel enthält, um unterschiedliche Fehlersignale zur Steuerung des Vorspannungspegels und zur Steuerung des Modulationsgrades zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkur venmodu la ti on durch eine Modulation des den Modulationsgrad steuernden Fehlersignals erfolgt (Fig.2).

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