DE3603767A1 - Optoelektrische verbindungseinrichtung - Google Patents

Description

Optoelektrische Verbindungseinrichtung Besc hre i bung:

A Die Erfindung betrifft eine OptoeLektrische Verbindungseinrichtung, vorzugsweise für die Ermöglichung der Verbindung von Sende- und Empfangseinheiten mit einem übertragungsLeiter vom G Lasfaseroptiktyp ohne Unterbrechung des fortschreitenden Verkehrs.

Bei Systemen für die optische Informationsübertragung besteht die Notwendigkeit, Sende- und Empfangsmittel mit der SystemübertragungsLeitung zu verbinden, wenn die Leitung in Betrieb ist. Verbindungsvorrichtungen der beschriebenen Art sind z.B. in der US-PS 4 252 402 beschrieben. Sie können an gewünschten Punkten Längs der Leitung in einem solchen FaLIe eingekoppelt werden. Während der Zeit,: in der.die Kopplung im Fortschreiten begriffen ist, muß der Verkehr auf der Leitung unterbrochen werden. Dieses kann zu großen Kosten führen. Um diese Kosten zu vermeiden, wird eine große AnzahL von Verbindungsvorrichtungen bereits zuvor eingekoppelt, wenn die übertragungs- oder Sendeleitung gebaut bzw. ausgebildet wird. Es gibt dann oft beachtlich mehr an Verbindungsvorrichtungen als die Leitung zur gleichen Zeit bedienen kann. Dies ist auch besonders kostspielig und es ist schwierig, geeignete Verbindungspunkte längs der Sende- und übertragungsLeitung vorauszuahnen. Die bekannten Verbindungseinrichtungen weisen außerdem den Nachteil auf, daß das mögliche über- oder Nebensprechen bei optoe lektrisehen Richtungsschaltern, welche in die Verbindungseinrichtungen einbezogen sind, dem gesamten

ÜbersprechsignaL erlauben, aus der Vorrichtung herauszugelangen.

Diese vorerwähnten Probleme werden in Übereinstimmung mit der Erfindung durch eine Verbindungseinrichtung mit Eingängen und Ausgängen für die übertragungs- und Sendeleitung gelöst und reservieren Eingänge und Ausgänge, welche benutzt werden können, wenn die Vorrichtung in eine Leitung eingekoppelt wird, ohne den Betrieb zu unterbrechen.

Diese Vorrichtung ist charakterisiert durch die"Merkmale des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Nachrichtennetzwerkes bzw. Netzes mit einer Vielzahl von angeschlossenen Einheiten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Tei Inehmereinrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Formats eines Nachrichtenwortes,

Fig. 4 die Ausführungsform einer optoe lektrisehen Verbindungseinrichtung,

Fig. 5 ein Beispiel zur Steuerung des Signals durch eine Verbindungseinrichtung nach Fig. 4, und

Fig. 6a - d das Koppeln der Verbindungseinrichtung in eine in Betrieb befindliche übertragungsleitung.

Eine op toelektrise he Verbindungseinrichtung nach der Erfindung wird nun im Detail in Verbindung mit einem bekannten System zur optischen Informationsübertragung beschrieben, dessen Konstruktion generell in Fig. 1 gezeigt ist. Teilnehmereinrichtungen 1 sind miteinander über eine Leitung 2 verbunden, die eine geschlossene optische Faserschleife für eine einwegoptische Informationsübertragung ist. Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Teilnehmereinrichtung 1, die in ansich bekannter Weise alle Informationen von der Leitung 2 empfängt, den Teil der Information, welcher an den Teilnehmer adressiert ist, liest, und den verbleibenden Teil der Information auf die Leitung aussendet. Eine Verbindungsvorrichtung 3 empfängt optische Signale von de.r Leitung, die eine Empfangseinrichtung 4 durch einen optoe lektrise hen Wandler, z.B. eine Photodiode, übertragen werden. Die Empfangseinrichtung ist elektrisch mit einer Zentraleinheit 5 verbunden, in der ein Teil der Information, welche an den Teilnehmer adressiert ist, gelesen wird und zu einer Anzeigeeinrichtung 6 gesendet wird, z.B. einem Video-Anzeigeschirm oder einem Drucker. Der verbleibende Teil der Information wird in die Einheit 5 übertragen, weiter zu einer Sendeeinrichtung 7 durch einen elektrooptischen Wandler, z.B. einen Laser mit einem Modulator. Die Sendeeinrichtung 7 sendet optische Information zur Verbindungseinrichtung 3, durch die die Information erneut aus der Leitung 2 genommen wird. Der Tei Inehmer weist eine Schreibeinrichtung 8, z.B. eine Tastatur, auf, die mit der Zentraleinheit 5 verbunden ist, um in der Lage zu sein,

seine eigene Information zu senden. Die Information der Schreibeinrichtung wird durch die Einheit 5 gelesen und über die übertragungs- oder Sendeeinrichtung 7 und die Verbindungseinrichtung 3 aus der Leitung 2 genommen. Die Information wird als binäre Worte gesendet und übertragen, die zu einem Nachrichtenwort 9, wie in Fig. 3 gezeigt, zusammengestellt werden. Jedes Nachrichtenwort umfaßt eine gegebene Anzahl von binären Stellen, Bits, welche während eines definierten Zeitinterva I les ti gesendet werden. Die Nachrichtenworte werden durch einen Zeitschlitz t2 getrennt. Am Anfang jedes Nachrichtenwortes befindet sich ein Synchronisierungswort 10, welches in ansich bekannter Weise in der Zentraleinheit 5 ermittelt wird, um eine Uhr in dieser Einheit zurückzusetzen. Sämtliche Einheiten 5 können in den entsprechenden Teilnehmereinrichtungen 1 auf der Leitung 2 gegenseitig synchronisiert werden, so daß sie die Nachrichtenworte 9 bei der gleichen

Rate bzw. Geschwindigkeit senden und empfangen können.

Wie bereits früher erwähnt, ist es oft wünschenswert, einen neuen Teilnehmer in ein System zur Informationsübertragung zu koppeln, d.h. in das oben beschriebene System, nachdem das System bereits in Benutzung genommen wurde. Es ist wünschenswert, daß das Koppeln irgendwo längs der Leitung erfolgt, ohne daß die Informationsübertragung unterbrochen wird und ohne daß die Leitung mit einer Verbindungseinrichtung vor einer solchen /< Kopplung zu versehen ist. In Fig. 4 ist eine Vorrichtung einer optoelektrisehen Verbindungseinrichtung 3a der erfindungsgemäßen Art veranschaulicht, die eine solche Kopplung ermöglicht. Die Verbindungseinrichtung umfaßt eine Platte 11 aus optoelektrischem Material, z.B. Lith'iumniobat. Die Platte 11 weist drei optische Richtungskoppler 12,

und 14 auf, welche durch gestrichelte Linien in der Figur eingerahmt sind. Die dargestellten Richtungskoppler umfassen jeweils zwei optische Wellenleiter 15 aus Titan, welches in die Plattenoberfläche diffundiert ist, sowie Elektroden 16 auf der Platte, die elektrisch mit Leitungen 17 verbunden sind. Eine ausführlichere Beschreibung der Konstruktion und Funktion der optischen Richtungskoppler findet man z.B. in dem Artikel der Zeitschrift IEEE Transaction on Circuits and Systems, Band 16, No. 12, Dezember 1979, Seiten 1099 bis 1108 von Ronald V, Schmidt und Rod C. Alferness unter dem Titel "Richtungskopplerschalter, Modulatoren und Filter unter Verwendung von alternierenden Techniken". Der Richtungskoppler 13 weist einen Eingang 18 für die Leitung 2 und einen Reserveeingang 19 auf. Ein Ausgang 20 des Richtungskopplers 13 ist mit der Empfangseinrichtung 4 mit Hilfe einer optischen Faser 4a verbunden, während sein anderer Ausgang 21 mit einem Eingang 22 auf dem Richtungskoppler 12 verbunden ist. Dieser Richtungskoppler weist einen Ausgang 23 für die Leitung 2, einen Reserveausgang 24 und einen Eingang 25 auf, der mit einem Ausgang 26 auf dem Richtungskoppler 14 verbunden ist. Letzterer weist einen Eingang 27 auf, der mit einem Laser 28 über eine optische Faser 29 verbunden ist. Er bildet zusammen mit dem Laser die Sendeeinrichtung 7, die in Verbindung mit Fig. 2 erwähnt wurde. Die Platte 11 aus optoe I ektrischem Material ist in ansich bekannter Weise in einem Schutzgehäuse 30 angeordnet. Dieses weist einen Eingang 18a für die Leitung 2 und einen Reserveeingang 19a für die Verbindung mit den entsprechenden optischen Eingängen 18 und 19 auf dem Richtungskoppler 13 und außerdem einen Ausgang 23a und einen Reserveausgang 24 für die Verbindung mit den entsprechenden optischen

Ausgängen 23 und 24 des RichtungskoppLers 12 auf. Außerdem weist das Gehäuse einen Eingang 31 für den Laser 28 und einen Ausgang 20a für die Empfangseinrichtung 4 sowie Durchbrüche 29 für die Drähte 17 auf.

Aus dem oben erwähnten ArtikeL über die RichtungskoppLer ist ersichtLich, daß eine Lichtwelle, die mit einem WeLLenLeiter in einem RichtungskoppLer verbunden ist, ganz oder teiLweise über den anderen WeLLenLeiter mittels gekoppelter Oszillatoren wandern kann. Der Prozeß kann durch eine elektrische Spannung gesteuert werden, welche an die Elektroden angeschlossen ist, so daß<e.ine gewünschte Verteilung der LichtwelLe zwischen den Wellenleitern des Richtungskoppler erhalten wird. In der vorliegenden Erfindung werden nur die zwei extremen Zustände des Richtungskoppler benutzt, und zwar der parallele Zustand und der Kreuzkopplungs-Zustand. Die Richtungskoppler 12, 13 und 14 werden in dem Ausführungsbeispiel implementiert, so daß sie in ihrem Para LLeIkpppLungs zustand sind, wenn die Elektroden 16 ohne Spannung sind. Eine LichtwelLe mit der in dem System benützten Wellenlänge, welche zum Eingang 18 gelangt, verläßt z.B. den Richtungskoppler 13 über den Ausgang 21. Im KreuzkoppLungs-Zustand wird die Lichtwelle insgesamt über den anderen Wellenleiter gekoppelt und verläßt den Richtungskoppler über den Ausgang 20, wenn eine gegebene Spannung quer zu den Elektroden 16 angelegt wird.

In Fig. 5 ist schematisch veranschaulicht, wie die oben beschriebene Verbindungsvorrichtung normalerweise in einem System zur Informationsübertragung verwendet wird. Die Information, welche auf der Leitung 2 ankommt, wird durch den RichtungskoppLer 13 über seinen Ausgang 20 in

die Empfangseinrichtung 4 gekoppelt, welche das entsprechende elektrische Signal U an die Zentraleinheit 5 sendet. Wie bereits beschrieben, ist sie mit einer Anzeigeeinrichtung 6 und einem Printer bzw. Drucker 8 verbunden. Das abgehende elektrische Signal IK der Zentraleinheit steuert den Richtungskoppler 14, so daß die Lichtwelle von.konstanter Intensität vom Laser 28 moduliert wird. Die so gebildeten binären optischen Signale werden einmal erneut mit der Leitung 2 über den Ausgang 26 des Richtungskoppler 14 mit dem Eingang 25 des Richtungskopp lers 12 und weiter mit seinem Ausgang 23 verbunden bzw. übertragen. Die Richtungskoppler 12 und 13 befinden sich im Kreuzkopplungs-Zustand aufgrund der Steuersignale S₁ und S-,, die sie von der Zentraleinheit 5 erhalten, welches auch in Fig. 2 angezeigt ist.

In den Fig. 6a bis 6d ist veranschaulicht, wie die Verbindungsvorrichtung genutzt wird, wenn ein neuer Teilnehmer in die Leitung 2 gekoppelt wird. Der Pfad der Information, welche durch die optischen Signale übertragen wird, ist in der Fig. durch eine kräftige durchgezogene Linie verdeutlicht. Oberhalb der Richtungskoppler 12 und 13 ist durch ein Kreuz angedeutet, daß der Richtungskoppler sich in seinem Kreuzkopplungs-Zustand befindet, während durch zwei parallele Linien gezeigt ist, daß er sich in seinem ParaI IeIkopplungs-Zustand befindet. Fig. 6a zeigt die Verbindungsvorrichtungen von zwei Teilnehmern A und B, welche miteinander durch die Leitung 2 verbunden sind. Der Teilnehmer A sendet optische Informationssignale in der oben beschriebenen Weise, welche die Verbindungseinrichtung über den Ausgang der Leitung auf dem Richtungskoppler 12 verläßt. Der Teilnehmer B empfängt wie bereits beschrieben diese Signale mit seiner

Verbindungseinrichtung über den Eingang für die Leitung auf dem Richtungskoppler 13. Fig. 6b zeigt, wie eine Verbindungseinrichtung für einen neuen Teilnehmer C eingekoppelt wird. Eine Re serveLeitung 2a verbindet den Reserveausgang 24 des Teilnehmers A mit dem Reserveeingang 19 des Teilnehmers C und eine ReserveIeitung 2b verbindet den Reserveausgang 24 dieses Teilnehmers mit dem Reserveeingang 19 des Teilnehmers B. Die Elektroden für die Richtungskoppler 12 und 13 beim Teilnehmer C sind elektrisch in nicht gezeigter Weise verbunden und sind in dem Kreuzkopplungs-Zustand mit Hilfe der Steuersignale S. und S₂ gebracht. Die optische Signalübertragung erfolgt weiter über die NormaI Leitung 2. Wie die ReserveIeitungen 2a und 2b in Benutzung genommen werden, ist in Fig. 6c gezeigt. Der Richtungskoppler 12 beim Teilnehmer A und der Richtungskoppler 13 beim Teilnehmer B sind in den Para I Ie Ikopp lungs-Zustand gebracht, so daß die optischen Signale über die Re serve Ieitungen 2a und 2b und die Verbindungseinrichtung beim Teilnehmer C übertragen werden. Hier wurde die optische Wellenlänge zwischen dem Teilnehmer A und dem Teilnehmer B geändert, wobei die Zentraleinheit 5 beim Teilnehmer B resynchronisiert wird, wie dies in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde. Nach dem Koppeln in die Reserveleitung wird die gewöhnliche Leitung 2 unterbrochen. Ihre freien Enden werden mit dem Eingang der Leitung 18 verbunden, sowie mit dem Ausgang für die Leitung 23 beim Teilnehmer C. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, werden die Empfangseinrichtung 4, die Zentraleinheit 5 und der Laser 28 aufeinanderfolgend mit der Verbindungseinrichtung beim Teilnehmer C verbunden. Es ist in Fig. 6d gezeigt, wie die normale Leitung 2 erneut in Benutzung genommen wird und wie der neue Teilnehmer C am Verkehr teilnehmen kann. Dieses erfolgt durch den

Richtungskoppler 12 beim Teilnehmer A und der
Richtungskoppler 13 beim Teilnehmer B wird in den
KreuzkoppIungs-Zustand zurückgebracht. Die optischen
Signale werden so vom Teilnehmer A über den Ausgang für die Leitung 23, über die Leitung 2 zum Eingang für die
Leitung 18 beim Teilnehmer C übertragen. Dieser
Teilnehmer kann Information weitersenden, wie in
Verbindung mit Fig. 5 beschrieben, nachdem die Zentra
Zentraleinheit 5 mit dem Teilnehmer A synchronisiert wurde. Die optischen Signale werden vom Ausgang der Leitung 23 beim Teilnehmer C über die Leitung 2 zum Eingang der
Leitung 18 beim Teilnehmer B übertragen, der erneut mit dem Teilnehmer A synchronisiert wird. Die
Verbindungsvorrichtung 3a hat in dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel beide Richtungskoppler 12 und 13 in Verbindung mit der Leitung 2 auf der gleichen Platte 11 aus optoelektrisch aktivem Material. Der Richtungskoppler 14, welcher als Modulator für den Laser 28 verwendet wird, befindet sich auch auf der gleichen Platte. Es ist
natürlich möglich, die Richtungskoppler auf getrennten
SubStrukturen anzubringen und sie miteinander über optische Fasern in ans ich bekannter Weise zu verbinden. Auf diese Weise können kleinere und somit billegere Platten aus
optoelektrischem Material verwendet werden. Jedoch werden die optischen Signale an der Verbindung zwischen der
optischen Faser und dem Wellenleiter auf der Platte
gedämpft, welches erhöhte Anforderungen an die optische Signalermittlung und SignaIverstärkung stellt.

Die Richtungskoppler 12 und 13 werden imp lernentiert wie erwähnt, so daß sie sich in ihrem parallelen Kopplungs-Zustand befinden, wenn sie ohne Spannung sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden diese Richtungskoppler

miteinander verbunden, so daß eine Lichtwelle am Eingang 18 der Leitung 2 den Koppler 13 passiert zum Eingang 2 2 des Kopplers 12 und erneut über den Ausgang 23 herausgeführt wird zur Leitung, wenn die Koppler ohne Spannung sind. Dieses ergibt den Vorteil, daß ein ankommendes Signal auf der Leitung 2 nicht unterbrochen wird sondern auf der Leitung weiter übertragen wird, falls es vorkommt, daß der Teilnehmer einem Spannungsfehler ausgesetzt ist. Der Richtungskoppler des dargestellten Ausführungsbeispieles weist außerdem den Vorteil auf, daß ein Übersprechen zwischen dem Eingang 18 und dem Ausgang 23 für die Leitung sehr gering ist. Es kann mit Schwierigkeiten verbunden sein, die Richtungskoppler 12 und 13 herzustellen und zu steuern, so daß das Signal am Eingang gänzlich kreuzgekoppelt wird. Falls der Richtungskoppler 13 sich in seinem kreuzgekoppelten Zustand befindet und einen bestimmten Wert des Übersprechens aufweist, wird ein schwaches ÜbersprechsignaI am Ausgang 21 zum Eingang 22 des Richtungskopplers abgegeben. Dieser Richtungskoppler befindet sich jedoch normalerweise in seinem Kreuzkopplungs-Zustand, so daß das übersprechsignal über den Reserveausgang 24 gekoppelt wird und die abgehende Leitung 2 nicht erreicht.

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Claims (4)

OptoeLektrische Verbindungseinrichtung Patentansprüche:

1. OptoeLektrische Verbindungseinrichtung zur Verbindung von Sende- und Empfangseinrichtungen mit einer Leitung zur optischen Informationsübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3a) einen Eingang (18a) für die Leitung (2) und mindestens einen Reserveeingang (19a) aufweist, wobei beide mit Eingängen (18, 19) eines ersten Richtungskoppler (13) in der Verbindungseinrichtung verbindbar sind und auch einen Ausgang (23a) für die Leitung (2) und mindestens einen Reserveausgang (24a) aufweist, wobei beide mit Ausgängen (23, 24) eines zweiten RichtungskoppLers (12) in der Vorrichtung (3a) \ verbindbar sind, wobei eine optische Verbindung zwischen einem ersten Ausgang (20) des ersten RichtungskoppLers (13) und der Empfangseinrichtung (4) und einer optischen Verbindung zwischen einem ersten Eingang (25) des zweiten Kopplers (12) und der übertragungseinrichtung (14, 18) vorgesehen ist, wobei auch ein zweiter Ausgang (21) auf dem ersten Koppler (13) und ein zweiter Eingang (22) auf dem zweiten Koppler (12) optisch miteinander verbunden sind, und daß die Richtungskoppler (12, 13) zusammen oder einzeln freigegeben oder gesperrt werden können.

2. Optoelektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungskoppler (12, 13) so gesteuert werden können, daß ein optisches Signal auf der Leitung (2) im gesperrten Zustand der Koppler die Vorrichtung von

seinem Eingang (18a) für die Leitung (2) zu seinem Ausgang (23a) für die Leitung (2) passiert, und daß im freigegebenen Zustand beider KoppLer (12, 13) ein ankommendes Signal am Eingang (18a) für die Leitung (2) über den ersten KoppLer (13) zur Empfangseinrichtung (4) geführt wird und ein optisches Signal von der übertragungseinrichtung (14, 28) über den zweiten Koppler (12) zum Ausgang (23a) für die Leitung gesendet wird, während dann, wenn nur der erste Koppler (13) freigegeben ist, ein Signal, welches vom Eingang (18a) für die Leitung (2) über den ersten Richtungskoppler (13.) zur Empfangseinrichtung (4) geführt wird, und ein Signal aus der Sende- oder Übertragungseinrichtung (14, 28) über den zweiten Richtungskoppler (12)..zum Reserveausgang (24a) gesendet wird, und wenn nur der zweite Richtungskoppler (12) freigegeben ist, ein Signal, welches über den Reserveeingang (19a) ankommt, durch den ersten Richtungskoppler (13) zur Empfangseinrichtung (43 geführt wird und ein Signal aus der Sende- und Übertragungseinrichtung (14, 28) über den zweiten Richtungskoppler (12) zum Ausgang (23a) für die Leitung (2) gesendet wird.

3.. Optoe lekt r i sehe Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichne t , daß die Richtungskoppler (12, 13) auf einer gemeinsamen Substruktur (11) aus optoelektrise hem Material implementiert sind.

4. Optoe lektrise he Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3a) einen weiteren Richtungskoppler (14)

umfaßt, welcher in zeitlicher Übereinstimmung mit einem gewünschten SignaL zur ModuLierung der LichtweLLe freigegeben werden kann, welche von einer koheränten Lichtquelle (28) über den weiteren Richtungskoppler (14) zum ersten Eingang (25) des zweiten Richtungskoppler (12) geführt wird.