DE3889846T2

DE3889846T2 - Gerät zur optischen Heterodyn/Homodyndetektion.

Info

Publication number: DE3889846T2
Application number: DE3889846T
Authority: DE
Inventors: Shuntaro Yamazaki
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2008-10-27
Also published as: EP0314097B1; EP0314097A3; DE3889846D1; EP0314097A2; US4903342A; JPH063511B2; JPH01113735A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion und insbesondere ein Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion, bei dem die Polarisationen von Signallicht und/oder lokalem Oszillationslicht verwürfelt werden, um miteinander deckungsgleich zu sein.

DARSTELLUNG DES STANDES DER TECHNIK

Ein Kommunikationssystem mit optischer Heterodyndetektion, bei dem ein kohärentes Licht übertragender Lichtleiter verwendet wird, hat den Vorteil, daß eine: Übertragung über große Entfernungen und mit hoher Dichte möglich wird, da die Empfangsempfindlichkeit relativ hoch und auch der Grad der Frequenzausnutzung im Vergleich zu einem Kommunikationssystem mit Direktdetektion groß ist, bei dem die Lichtintensität moduliert wird. Das Kommunikationssystem mit optischer Heterodyndetektion wird in einem Bericht unter dem Titel "A coherent light optical fiber transmission demodulation technology - FSK heterodyne detection" [Lichtleiterübertragungs- und Demodulationstechnik - FSK-Heterodyndetektion] in "The Practical Report, Vol. 31 No. 12, 1982", herausgegeben von der Nippon Telegraph und Telephone Corp., beschrieben.
Bei der Kommunikation mit kohärentem Licht wird von einem optischen Sender zugeführtes Signallicht mit Licht aus einer lokalen Oszillationslichtquelle gekoppelt, um kombiniertes Licht zu erzeugen, das anschließend in einem optischen Detektor empfangen wird. Als Ergebnis wird ein Überlagerungssignal, das der Frequenzdifferenz zwischen dem Signallicht und dem lokalen Oszillationslicht entspricht, im optischen Detektor als elektrisches Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Danach wird das Zwischenfrequenzsignal demoduliert, um das Basisbandsignal zu erzeugen. Zum Stabilisieren der Frequenz und des Pegels des Zwischenfrequenzsignal, die infolge der schwankenden Frequenzdifferenz zwischen dem Signallicht und dem lokalem Oszillationslicht sowie der fehlenden Deckungsgleichheit ihrer Polarisationen zur Schwankung neigen, werden die Frequenz und Polarisation des lokalen Oszillationslichts so gesteuert, daß sie mit der Schwankung der Mittenfrequenz und der Polarisation des Signallichts synchronisiert werden. Eine solche Steuerung zum Stabilisieren der Frequenz und des Pegels des Zwischenfrequenzsignals wird auch in einem Frequenzmultiplex-Übertragungssystem verwendet. Dabei erfolgt die Frequenzablenkung des lokalen Oszillationslichts, um das Überlagerungssignal eines vorbestimmten Kanals in ein Zwischenfrequenzband zu ziehen, und anschließend wird die vorstehend erwähnte Frequenz- und Polarisationssteuerung durchgeführt, wenn der vorbestimmte Kanal selektiv aus Frequenzmultiplexsignalen empfangen wird.
Beim Kommunikationssystem mit optischer Heterodyndetektion tritt jedoch der Nachteil auf, daß beim Empfang von Frequenzmultiplexsignalen von z. B. zwei Kanälen, deren Polarisationen rechtwinklig zueinander stehen, das Überlagerungssignal eines ersten Kanals, auf den ein zweiter Kanal wechselt, nicht detektiert wird, wodurch es unmöglich ist, das Überlagerungssignal in das Zwischenfrequenzband zu ziehen, selbst wenn die Frequenzablenkung des lokalen Oszillationslichts zum Wechseln vom zweiten auf den ersten Kanal erfolgt. Infolge dieses Nachteils steigt die Möglichkeit, daß das Überlagerungssignal nicht detektiert wird, proportional zur Anzahl der Kanäle.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, ein Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion zu schaffen, bei dem ein vorbestimmter Kanal selektiv empfangen wird, ohne durch die Polarisationszustände des Signallichts und des lokalen Oszillationslichts beeinflußt zu werden.
Erfindungsgemäß weist ein Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion eine Frequenzablehkungseinrichtung für eine lokale Oszillationslichtquelle, eine Polarisationsverwürfelungseinrichtung für lokales Oszillationslicht und/oder Signallicht, eine Polarisationswinkelsteuereinrichtung für das lokale Oszillationslicht und/oder das Signallicht, eine Erzeugungseinrichtung für ein Zwischenfrequenzsignal und eine Steuerung für die vorstehend beschriebenen Einrichtungen auf. Die Frequenzablenkungseinrichtung und die Polarisationsverwürfelungseinrichtung werden durch die Steuerung so gesteuert, daß die Frequenzablehkung und Polarisationsverwürfelung durchgeführt werden; sie werden gestoppt, sobald die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals einen vorbestimmten Wert annimmt. Anschließend erfolgt die Polarisationswinkelsteuerung, um die Deckungsgleichheit der Polarisationen des Signal- und lokalen Oszillationslichts herzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachstehend wird die Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt ein Gerät zur optischen Heterodyndetektion für eine 10-kanalige Frequenzmultiplex-Frequenzumtastung in der ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Gerät zur optischen Heterodyndetektion weist einen Optokoppler 3 zum Kombinieren von Signallicht 1 und lokalem Oszillationslicht 2, ein Eingangsteil 4 eines optischen PIN-FET- Detektors, einen Entzerrer 5, ein ZF-Filter 6 und eine Demodulationsschaltung 7 auf. Das lokale Oszillationslicht 2 wird von einer lokalen Oszillationslichtquelle 21 über eine Polarisationssteuerung 22 zugeführt. Die lokale Oszillationslichtquelle 21 wird gesteuert durch ein erstes Steuersystem mit einer Spannungsablenkungsschaltung 14, die mit einer Steuerung 12 verbunden ist, einem Schalter 9, an dem die Ausgabe eines Frequenzdiskriminators 8 angelegt wird, einem ersten Addierer 15, mit dem die Spannungsablenkungsschaltung 14 und der Schalter 9 verbunden sind, und einer Stromquelle 18. Die Spannungsablenkungsschaltung 14 behält die Ausgabespannung bei, wenn ein von der Steuerung 12 zugeführtes Ablenksignal 23 "0" ist. Die Polarisationssteuerung 22 wird gesteuert durch ein zweites Steuersystem mit einer Höchstwertsteuerschaltung 16, zu der die Ausgabe einer Hüllkurvendetektionsschaltung 11 geführt wird, einem Oszillator 17, einem zweiten Addierer 19, mit dem die Höchstwertsteuerschaltung 16 und der Oszillator 17 verbunden sind, einem ersten Treiber 20, mit dem der zweite Addierer 19 verbunden ist, und einem zweiten Treiber 25, mit dem die Höchstwertsteuerschaltung 16 verbunden ist. Zur Steuerung 12 werden die Ausgaben einer Kanaldiskriminationsschaltung 10, der Hüllkurvendetektionsschaltung 11 und eines Eingabeanschlusses 13 geführt, so daß in der Steuerung 12 das Ablenksignal 23 und ein Wechselsignal 24 erzeugt werden.
Wird im Betrieb das Frequenzmultiplex-Signallicht 1 von 10 Kanälen von einem optischen Sender (nicht gezeigt) über einen Monomodelichtleiter zugeführt, wird das Signallicht im Optokoppler 3 mit dem lokalen Oszillationslicht 2 kombiniert. Das kombinierte Licht gelangt zum Eingangsteil 4 und wird darin in elektrische Signale umgewandelt. Das vom Eingangsteil 4 ausgegebene Zwischenfrequenzsignal ist das Überlagerungssignal eines aus den 10 Kanälen ausgewählten Kanals und wird im Entzerrer 5 entzerrt. Das so entzerrte Zwischenfrequenzsignal wird in drei Signale aufgeteilt, die zum ZF-Filter 6, zum Frequenzdiskriminator 8 bzw. zur Hüllkurvendetektionsschaltung 17 geführt werden. Eines der drei Signale durchläuft das ZF-Filter 6, in das Signal von Rauschen befreit wird, und das Basisbandsignal wird im Demodulator 7 durch Demodulation gewonnen. In der Hüllkurvendetektionsschaltung 11, die eine Leistungsdetektionsschaltung unter Ausnutzung einer Skalencharakteristik eines Ringmischers ist, wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Zwischenfrequenzsignals und bei dessen Vorhandensein die Leistung des Zwischenfrequenzsignals detektiert. Die Ausgabe der Hüllkurvendetektionsschaltung 11 wird zur Steuerung 12 und zur Höchstwertsteuerschaltung 16 geführt. Andererseits wird die Frequenzschwankung des Zwischenfrequenzsignals im Frequenzdiskriminator 8 detektiert, der sich aus Verzögerungsleitungen und einem Mischer zusammensetzt. Im Frequenzdiskriminator 8 wird ein stabilisierendes Steuersignal zum Unterdrucken der Frequenzschwankung erzeugt und über den Schalter 9 zum ersten Addierer 15 geführt. In der mit dem Demodulator 7 verbundenen Kanaldiskriminationsschaltung 10 wird aus dem demodulierten Signal ein Kanaldiskriminationssignal ausgewählt und zur Steuerung 12 zusammen mit dem vom Eingabeanschluß 13 zugeführten Signal zum Auswählen eines der 10 Kanäle sowie dem von der Hüllkurvendetektionsschaltung 11 zugeführten Signal zur Information über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Zwischenfrequenzsignals geführt. Die Steuerung 12 erzeugt das Ablehksignal 23 und das Wechselsignal 24 in Abhängigkeit von den zugeführten Signalen. Das Ablenksignal 23 ist ein Auslösesignal zum Ansteuern der Spannungsablenkungsschaltung 14, wodurch die Frequenzablehkung der aus einem Halbleiterlaser mit variabler Wellenlänge bestehenden lokalen Oszillationslichtquelle 21 erfolgt, während das Wechselsignal 24 ein Signal zum Ein- und Ausschalten des Schalters 9 im ersten Steuersystem zum Stabilisieren der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals sowie ein Signal zum Durchführen der Polarisationsverwürfelung im zweiten Steuersystem ist. Das Ablehksignal 23 wird von der Steuerung 12 zur Spannungsablenkungsschaltung 14 geführt, deren Ausgabe im ersten Addierer 15 zum Steuersignal zur Stabilisierung der Zwischenfrequenz addiert wird. Die Ausgabe des ersten Addierers 15 wird in der Stromquelle 18 in ein Stromsignal umgewandelt, das anschließend zum Eingangsruhestrom der lokalen Oszillationslichtquelle 21 addiert wird. Die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals wird in Abhängigkeit von der Ausgabe des ersten Addierers 15 gesteuert geändert, da sich die Frequenz der lokalen Oszillationslichtquelle 21 in Abhängigkeit vom Eingangsruhestrom ändert. In der Ausführungsform dauert es eine Sekunde, um die Frequenz der lokalen Oszillationslichtquelle 21 im gesamten Frequenzband des 10-Kanalsignallichts 1 abzulenken. Andererseits wird das Wechselsignal 24 zum Schalter 9 und zum Oszillator 17 geführt, so daß der Schalter 9 eingeschaltet und die Ausgabe des Oszillators 17 hicht mehr zugeführt wird, wenn das Wechselsignal "1" ist; dagegen wird der Schalter 9 ausgeschaltet und die Ausgabe des Oszillators 17 zum zweiten Addierer 19 geführt, wenn das Wechselsignal "0" ist. Im zweiten Addierer 19 wird die Ausgabe des Oszillators 17 zu einer ersten Ausgabe der Höchstwertsteuerschaltung 16 addiert. Die erste Ausgabe ist ein Signal zum Steuern eines Polarisationswinkels des lokalen Oszillationslichts 2. Damit wird ein Signal als Sinuswelle, um den Polarisationswinkel des lokalen Oszillationslichts 2 in Schwingung zu versetzen, vom zweiten Addierer 19 zum Treiber 20 geführt, wenn der Oszillator 17 eingeschaltet wird, um ein Oszillationssignal von z. B. 10 kHz zu erzeugen. Die Spannung der Polarisationssteuerung 22, die eine elektrische Drehfeldsteuerung eines optischen LiNbO&sub3;-Wellenleiteraufbaus ist, wird in ihrer Ausgangsamplitude auf über 6 V erhöht. Andererseits wird eine zweite Ausgabe der Höchstwertsteuerschaltung 16, bei der es sich um ein Signal zum Steuern einer elliptischen Funktion des lokalen Oszillationslichts 2 handelt, zum zweiten Treiber 25 geführt, wodurch die Spannung der Polarisationssteuerung 22 erhöht wird. Die Polarisationssteuerung 22 weist einen ersten und zweiten Bereich auf, wobei der erste Bereich als λ/2-Platte und der zweite Bereich als λ/4-Platte wirkt, worin λ eine Wellenlänge des Lichts ist. In jedem Bereich sind Elektroden entlang eines Wellenleiters vorgesehen, so daß ein elektrisches Feld von 360º daran angelegt ist. In der Polarisationssteuerung 22 wird die Ausgabe des ersten Treibers 20 an die Elektrode des ersten Bereichs für die λ/2-Platte angelegt, während die Ausgabe des zweiten Treibers 25 an die Elektrode des zweiten Bereichs für die λ/4-Platte angelegt wird. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Betrieb wird das lokale Oszillationslicht 2 der lokalen Oszillationslichtquelle 21 so gesteuert, daß es eine vorbestimmte Polarisation hat, und die Polarisationsverwürfelung erfolgt auf der Frequenz von 10 kHz (entsprechend der Beschreibung in den Berichten, die vom "Institute of Electronic Information and Communications Engineers" 85/2, Bd. J68, Heft Nr. 2 veröffentlicht wurden).
Bei der Auswahl eines vorbestimmten Kanals aus den 10 Kanälen wird ein Signal des vorbestimmten Kanals (nachfolgenden "Eingabesignal" genannt) vom Eingabeanschluß 13 zur Steuerung 12 geführt. In der Steuerung 12 wird bestimmt, wie weit der Eingabekanal in Bezug auf den aktuell gewählten Kanal entfernt ist und ob er sich auf der Hoch- oder Niederfrequenzseite befindet, was der Steuerung 12 von der Kanaldiskriminationsschaltung 10 in Form eines Signals mitgeteilt wird. Entsprechend der Bestimmung durch die Steuerung 12 wird das Ablenksignal 23, das "+1"v bei einem Eingabekanal auf der Hochfrequenzseite und "-1"v bei einem Eingabekanal auf der Niederfrequenzseite ist, zur Spannungsablenkungsschaltung 14 zusammen mit dem Wechselsignal 24 von "0" geführt. Dadurch wird die Polarisation des lokalen Oszillationslichts 2 verwürfelt, und dessen Frequenz wird in Richtung einer vorbestimmten Frequenz abgelenkt. Während der Frequenzablenkung wird die Ausgabe der Hüllkurvendetektionsschaltung 11 durch die Steuerung 12 überwacht, um die Anzähl der Kanalablenkungen zu zählen. Zu dieser Zeit erfolgt die vorstehend beschriebene Polarisationsverwurfelung des lokalen Oszillationslichts 2, so daß die Anzahl der Kanäle genau gezählt wird, da die Zwischenfrequenzen in allen 10 Kanälen detektiert werden können. Bei Detektion der Zwischenfrequenz des Eingabekanals in der Steuerung 12 wird das Ablenksignal 23 "0"v, und das Wechselsignal 24 wird "1". Als Ergebnis hält die Spannungsablenkungsschaltung 14 die aktuelle Ausgabespannung aufrecht, so daß keine Frequenzablenkung des Zwischenfrequenzsignals mehr erfolgt. Gleichzeitig wird die Polarisationsverwürfelung des lokalen Oszillationslichts 2 gestoppt, und es setzt die Frequenzstabilisierung des Zwischenfrequenzsignals ein. Es wird ein Pegel des Zwischenfrequenzsignals entsprechend dem von der Höchstwertsteuerschaltung 16 zugeführten Polarisationssteuersignal des lokalen Oszillationslichts 2 maximiert. Folglich werden Signale des Eingabekanals vom Demodulator 7 gewonnen. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Polarisationsverwürfelung solange fortgesetzt, bis das Zwischenfrequenzsignal eine vorbestimmte Frequenz entsprechend der Frequenzablenkungssteuerung des lokalen Oszillationslichts annimmt. Hat die Zwischenfrequenz einen gewünschten Wert erreicht, wird die Polarisationsverwürfelung gestoppt, und die Deckungsgleichheit der Polarisationen des Signallichts und des lokalen Oszillationslichts wird hergestellt. Bei der vorstehend beschriebenen Polarisationsverwürfelung wird in der ersten Ausführungsform die Polarisation des lokalen Oszillationslichts verwürfelt. Andererseits kann aber auch die Polarisation des Signallichts verwurfelt werden.
Fig. 2 zeigt ein Gerät zur optischen Heterodyndetektion gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Gerät zur optischen Heterodyndetektion, das für ein Kommunikationssystem mit Frequenzumtastung und optischer Heterodyndetektion unter Verwendung eines Burstsignals eingesetzt wird, sind in Fig. 2 gleiche Teile durch gleiche Bezugszählen bezeichnet.
Beim Übertragen von Signallicht 1 mit einer Bitrate von 400 Mb/s und einem Modulationsindex von 2 als Burstsignal wird im Betrieb das Signallicht im Optokoppler 3 mit lokalem Oszillationslicht 2 kombiniert, und das kombinierte Licht wird im Eingangsteil 4 empfangen. Wird das Signallicht 1 nicht übertragen, führt die Steuerung 12 das Ablenksignal 23 zum ersten Addierer 15. Das Ablenksignal 23 hat eine Frequenz von 100 Hz und soll die Frequenz des lokalen Oszillationslichts 2 wiederholt in einem vorbestimmten Bereich von 5 GHz ablenken. Das von der Steuerung 12 zugeführte Wechselsignal 24 ist das gleiche Wechselsignal 24 wie in der ersten Ausführungsform. Mit Ausnahme der vorstehenden Angaben arbeitet das Gerät zur optischen Heterodyndetektion gemäß Fig. 2 auf die gleiche Weise wie das in Fig. 1 gezeigte Gerät. So ist z. B. die Polarisationssteuerung 22 auf einem Lichtweg für das von der lokalen Oszillationslichtquelle 21 zugeführte lokale Oszillationslicht 2 angeordnet. Wird bei diesem Aufbau das Signallicht 1 nicht übertragen, wird die Frequenz des lokalen Oszillationslichts 2 in einem Bereich von 5 GHz abgelenkt, und es erfolgt eine Polarisationsverwürfelung des Lichts. Bei Detektion des Zwischenfrequenzsignals in der Hüllkurvendetektionsschaltung 11 wird die Frequenzablenkung und Polarisationsverwürfelung des lokalen Oszillationslichts 2 gestoppt, und es setzt die Frequenzstabilisierung des Zwischenfrequenzsignals und die Polarisationssteuerung ein. Auch die Polarisationssteuerung erfolgt wie in der ersten Ausführungsform. Folglich wird die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals in ein Zwischenfrequenzband zum Demodulieren von Basisbandsignalen gezogen, ohne dabei vom Polarisationszustand des lokalen Oszillationslichts abhängig zu sein.
Mit dem nachstehend beschriebenen Aufbau ist eine Abwandlung der Erfindung möglich. So ist die Polarisationssteuerung zwar wellenleiterartig, sie kann aber auch lichtleiterartig, eine Kombination aus einer λ/2-Platte und einer λ/4-Platte usw. sein. Außerdem können, obwohl Polarisationssteuerung und Polarisationsverwürfelung in einer gemeinsamen Polarisationssteuerung erfolgen, eine Polarisationssteuerung und ein Polarisationsverwürfeler auch getrennt vorgesehen werden. Die Anordnungen in der ersten und zweiten Ausführungsform sind jedoch unter dem Gesichtspunkt möglichst geringer Verluste am vorteilhaftesten. Ist die Leistung des lokalen Oszillationslichts gering, kann die Polarisationssteuerung auf dem Lichtweg des Signallichts angeordnet sein.
Gemäß der Beschreibung in der ersten und zweiten Ausführungsform wird die Zwischenfrequenz auch dann auf einem vorbestimmten Frequenzwert stabilisiert, wenn die Polarisationen des Signallichts und des lokalen Oszillationslichts rechtwihklig zueinander stehen, weil eine der Polarisationen so verwürfelt wird, daß das Überlagerungssignal detektiert werden kann.

Claims

1. Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion mit:

einer Einrichtung (14) zum Ablenken der Frequenz von lokalem Oszillationslicht (2),

einer Einrichtung (14, 24) zum Verwürfeln der Polarisation mindestens eines Lichts, ausgewählt aus dem lokalen Oszillationslicht und Signallicht (1), das von einem optischen Sender zugeführt wird,

einer Einrichtung (22) zum Steuern des Polarisationswinkels mindestens des einen Lichts,

einer Einrichtung (3) zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Kombinieren des lokalen Oszillationslichts und des Signallichts und

einer Steuerung (12) zum Steuern der Frequenzablehkung des lokalen Oszillationslichts, der Polarisationsverwürfelung mindestens des einen Lichts und der Polarisationswinkelsteuerung mindestens des einen Lichts,

wobei die Frequenzablenkung und die Polarisationsverwürfelung unter Kontrolle der Steuerung durchgeführt und gestoppt werden, wenn die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals einen vorbestimmten Wert annimmt, wonach die Polarisationswinkelsteuerung unter Kontrolle der Steuerung durchgeführt wird, um die Deckungsgleichheit der Polarisationen zwischen dem lokalen Oszillationslicht und dem Signallicht herzustellen.

2. Gerät zur optischen Heterodyn-/Homodyndetektion nach Anspruch 1, ferner mit:

einer Hüllkurvendetektionsschaltung (11) zum Detektieren des Vorhandenseins und Nichtvorhandenseins des Zwischenfrequenzsignals,

einer Kanaldiskriminationsschaltung (10) zum Diskriminieren von Kanälen und einem Frequenzdiskriminator (8) zum Detektieren der Frequenzschwankung des Zwischenfrequenzsignals,

wobei die Frequenzablenkung und die Polarisationsverwürfelung in Übereinstimmung mit Signalen gesteuert werden, die von der Hüllkurvendetektionsschaltung und der Kanaldiskriminationsschaltung zu der Steuerung geführt werden, und die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals in Übereinstimmung mit Signalen stabilisiert wird, die von dem Frequenzdiskriminator zu einer lokalen Oszillationslichtquelle für das lokale Oszillationslicht geführt werden.