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Die
Erfindung liegt in dem Gebiet der Systeme zur optischen Monowellenlängen-Übertragung oder
mit Wellenlängenmultiplex
(in Englisch: „Wavelength
Division Multiplexing" oder „WDM"). Sie betrifft im
Einzelnen die Verstärkung
der optischen Signale, die in diesen Systemen übertragen werden.
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Die
Verstärkung
zur Übertragung
optischer amplitudenmodulierter Signale wird im Allgemeinen mittels
Verstärkern
mit Faser wie den Verstärkern
mit Faser, die mit Erbium dotiert ist, ausgeführt, da sie keine Gain-Nichtlinearität als Funktion
der Leistung des Eingangssignals für die Modulationsfrequenzen (der
Größenordnung
von 100 MHz bis 10 GHz) der verwendeten Signale aufweisen. Obwohl
diese Verstärker
ein Gain-Sättigungsphänomen im
Fall einer Übertragung
von Binärsignalen
mit mehreren Gigabits pro Sekunde aufweisen, ist die Lebensdauer
der Träger
tatsächlich
ausreichend lang bezogen auf die Bit-Zeit, damit der Gain gegenüber den
Schwankungen optischer Leistung entsprechend der Binärmodulation
unempfindlich bleibt.
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In
den optischen Halbleiter-Verstärkern
hingegen ist die Lebensdauer der Träger ausreichend kurz, damit
im Sättigungsbereich
der Gain im Takt der Modulation variiert. Daraus resultiert eine
Degradation der Extinktionsrate entsprechend der Gain-Kompression.
Falls man hingegen eine lineare Antwort konservieren will, muss
man die optische Eingangsleistung begrenzen, was bezogen auf das
Geräuschsignal
nachteilig ist.
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Dieses
Problem stellt sich insbesondere in dem Fall der Verstärkung eines
Monowellenlängensignals.
Im Fall eines WDM-Signals
ist die optische Momentanleistung, die in den Verstärker injiziert
ist, die Summe derjeniger von den Kanälen, die das Signal bilden,
und Impulse mehrerer Kanäle überlagern sich
in variabler Anzahl in einem jeden Zeitpunkt, aber häufig mit
Zufallsphasen. Dies kann bei hohen Frequenzen starke temporäre Variationen
der Leistung des Signals bewirken, aber diese Frequenzen werden
im Allgemeinen durch den Verstärker
gefiltert. Falls hingegen die Impulse in Phase sind, wird das Problem
sehr kritisch. Tatsächlich
weisen nach Verstärkung
und spektraler Demultiplexierung die Impulse eines jeden Kanals
degradierte Exktinktionsraten auf, die von einem Impuls zum anderen
variable sind, was der Qualität
der Demodulation auf Höhe des
Empfängers
schadet.
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Das
Problem der Gain-Sättigung
der optischen Halbleiterverstärker
stellt sich auch in dem Fall, wo sie wie optische Tore in den Kommutationssystemen
für optische
Netze verwendet werden. Tatsächlich
muss man, um starke Durchsatzleistungen zu unterstützen, ein
gutes Geräuschsignalverhältnis gewährleisten.
Dies zwingt hohe Leistungen den in den Toren injizierten Signalen
auf, aber die Extinktionsrate ist in dem Fall degradiert.
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Somit
ist trotz der Kostenvorteile und des Vorteils der Kompaktheit der
Halbleiter-Verstärker
ihr Einsatzgebiet begrenzt.
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Um
dieses Problem zu lösen,
besteht eine erste Annäherung
darin, zu versuchen, ihre Sättigungsleistung
zu erhöhen,
indem ihre Dimensionierung und die Zusammensetzung der Halbleiterschichten
optimiert werden, aus denen sie gebildet sind, oder auch darin,
komplexe aktive Strukturen wie die mehrfachen Quantentöpfe zu adoptieren.
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Eine
weitere Annäherung
besteht darin, einen Verstärker
mit stabilisiertem Gain zu benutzen wie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung
EP-A-639876 beschrieben,
die am 22. Februar 1995 veröffentlicht
wurde. Diese Lösung
gestattet wohl, den linearen Quantisierungsbereich des Verstärkers zu erweitern,
aber weist den Nachteil einer begrenzten Leistungsdynamik auf, was
für die WDM-Signale
besonders einschränkend
ist. Außerdem
wird der Gain der Verstärker
mit stabilisiertem Gain durch Fabrikation fixiert, was seine Flexibilität im Hinblick
auf die verschiedenen Anwendungen und Nutzungskontexte reduziert.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, den Beschränkungen der vorstehend erwähnten Methoden
abzuhelfen. Deshalb schlägt
sie eine Lösung
mit externen Mitteln vor, die gestatten, Halbleiter-Verstärker vom herkömmlichen
Typ zu nutzen und die im Bereich der Gain-Sättigung
funktionieren, wobei sie einen konstanten Gain in den zu verstärkenden
modulierten Signalen gewährleisten.
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Genauer
gesagt, hat die Erfindung zum Gegenstand eine Vorrichtung zum Verstärken eines
amplitudenmodulierten optischen Signals, zu verstärkendes
Signal genannt, mittels eines optischen Halbleiter-Verstärkers, das
durch mindestens eine Signalwellenlänge getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
sie Folgendes aufweist:
- – Kompensationsmittel, um eine
optische Kompensationswelle zu erzeugen,
- – Kopplungsmittel,
um in den Verstärker
das zu verstärkende
optische Signal und die optische Kompensationswelle zu injizieren,
und
dadurch, dass die Kompensationsmittel Modulationsmittel umfassen,
die direkt als Funktion der Modulation des zu verstärkenden
Signals gesteuert sind, um die optische Kompensationswelle durch Amplitudenmodulation
von mindestens einer optischen Hilfs-Trägerwelle zu erzeugen, derart,
dass die Kombination des zu verstärkenden optischen Signals und
der optischen Kompensationswelle eine unterdrückte oder zumindest gedämpfte Amplitudenmodulation
aufweist.
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Um
jegliche Modulation der gesamten in den Verstärker injizierten optischen
Leistung zu unterdrücken,
müsste
die durch die Modulationsmittel erzeugte Kompensationswelle gegenmoduliert
werden bezogen auf die Modulation des zu verstärkenden optischen Signals,
und die Modulationsamplituden des Signals und der Kompensationswelle
müssten
zu jedem Zeitpunkt im absoluten Wert gleich sein. Hingegen, wenn
diese Bedingungen nicht vollständig
erfüllt sind,
erhält
man trotzdem eine merkliche Verbesserung der Linearität der Verstärkung.
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Gemäß einem
zusätzlichen
Merkmal der Erfindung hat die optische Hilfs-Trägerwelle eine Kompensationswellenlänge, die
von der oder den Signalwellenlänge(n)
verschieden ist. Diese Anordnung ist in dem Fall erforderlich, wo
die Kompensationswelle und das zu verstärkende optische Signal kodirektional
sind, das heißt,
dieselbe Ausbreitungsrichtung im Verstärker haben, da man später durch
Filtern die Kompensationswelle eliminieren können muss. Andernfalls ist
diese Anordnung in der Praxis trotzdem wünschenswert, um Überlagerungsgeräusche zwischen
dem Signal und der Kompensationswelle zu vermeiden.
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In
zahlreichen Anwendungen besteht die Notwendigkeit, ein in optischer
Form empfangenes Signal zu verstärken.
Dieses empfangene Signal oder eine Entnahme dieses Signals bildet
ein Eingangssignal der Vorrichtung und die Modulationsmittel müssen in
dem Fall seine Gegenmodulation (in entgegen gesetzter Phase) auf
der Kompensationswellenlänge
wieder umschreiben. Ferner müssen
die Kompensationswelle und das zu verstärkende Signal, das heißt, das
Signal, das diesem Eingangssignal entspricht und in den Verstärker injiziert
ist, angemessen synchrone Modulationen aufweisen.
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Ferner
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem dadurch
gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel eine Verzögerungsvorrichtung
aufweisen, die das Signal, das ausgehend von einem optischen Eingangssignal
zu verstärken
ist, bereitstellen, und dass die Modulationsmittel in der Lage sind,
die Amplitude der optischen Hilfs-Trägerwelle bezogen auf die Modulation
des Eingangssignals zu gegenmodulieren.
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Um
die Modulation der gesamten in den Verstärker injizierten optischen
Leistung stark zu dämpfen,
empfiehlt es sich, dass die Modulationsmittel eine gute Linearität gegenüber dem
Komplement des Eingangssignals aufweisen. Dieses Ziel kann leicht mittels
optoelektronischer, ferner elektrooptischer Konversionen erreicht
werden.
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Somit
weisen die Modulationsmittel gemäß einer
ersten Ausführungsmöglichkeit
einen Photozellendetektor auf, der einen Teil des optischen Eingangssignals
empfängt
und einen elektrooptischen Modulator steuert. Die optische Kompensationswelle resultiert
nun aus der Modulation der Hilfswelle mittels des elektrooptischen
Modulators.
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Unabhängig vom
gewählten
elektrooptischen Modulator kann man stets eine ausreichend lineare
Antwort erhalten, indem man den angewandten Befehl reguliert und/oder
indem man die Ausführung
dieses Befehls begrenzt. Ferner kann man, indem man das Leistungsniveau
der Hilfswelle reguliert, die Modulationsamplituden des zu verstärkenden
Signals und der Kompensationswelle egalisieren.
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Der
elektrooptische Modulator kann ein Modulator mit interferometrischer
Struktur oder ein Elektroabsorptionsmodulator sein. Man kann diese
letzte Variante vorziehen, um über
eine lineare Antwort auf einem ausgedehnteren Modulationsamplitudenbereich
zu verfügen.
Als Variante sind der elektrooptische Modulator und die Laserquelle
aus einem Laser mit integriertem Modulator gebildet.
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Die
Modulationsmittel können
auch vollkommen optisch ausgeführt
sein. Für
die sehr hohen Durchsatzleistungen weist diese Lösung den Vorteil auf, die Entwicklung
von elektronischen Kreisen zu vermeiden, die bei hoher Frequenz arbeiten
müssen.
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Somit
weisen die Modulationsmittel gemäß einer
zweiten Ausführungsmöglichkeit
einen zweiten optischen Halbleiter-Verstärker auf, der die optische Hilfs-Trägerwelle
und einen Teil des optischen Eingangssignals empfängt, wobei
die optische Kompensationswelle aus der Verstärkung der Hilfswelle mittels
des zweiten Verstärkers
resultiert, dessen Gain durch den Teil des optischen Eingangssignals
moduliert wird.
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Als
Variante weisen die Modulationsmittel eine interferometrische Struktur
auf, die mit zwei Zweigen versehen ist, die jeweils erste und zweite Enden
aufweisen, wobei die ersten Enden jeweils einen Teil der Hilfswelle
empfangen, wobei einer der Zweige ein Material aufweist, dessen
Index als Funktion der empfangenen optischen Leistung variiert und einen
Teil des optischen Eingangssignals empfängt, wobei die zweiten Enden
gekoppelt sind, um die optische Kompensationswelle bereitzustellen.
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Die
Erfindung kann auch in dem Fall angewandt werden, wo das zu verstärkende optische
Signal ausgehend von einem Eingangssignal erzeugt wird, das in elektrischer
Form dargeboten ist. Die Modulationsmittel können in dem Fall direkt dieses
elektrische Eingangssignal nutzen.
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In
diesem Fall ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die
Modulationsmittel aus einem elektrooptischen Modulator gebildet
sind, der die Hilfswelle empfängt
und durch ein komplementäres elektrisches
Signal des elektrischen Eingangssignals gesteuert ist.
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Vorteilhafterweise
besitzt der optische Halbleiter-Verstärker eine Grenzfrequenz, die
niedriger als diejenige der Modulationsmittel ist.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die Figuren hervor.
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1 stellt
einen optischen Halbleiter-Verstärker
dar, der in der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
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2 stellt
eine Gainkurve des Verstärkers von 1 dar.
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3 stellt
Steuerungsdiagramme dar, um die Funktionsweise des Verstärkers von 1 zu
erläutern.
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4 stellt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dar.
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5 stellt
Steuerungsdiagramme dar, um die Funktionsweise der Vorrichtung von 4 zu
erläutern.
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6 stellt
einen ersten Ausführungsmodus der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
dar.
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7 ist
eine Kurve, die die Übertragungsvariationen
eines elektrooptischen Modulators mit interferometrischer Struktur
darstellt.
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8 stellt
einen zweiten Ausführungsmodus
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar.
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9 bis 11 stellen
Ausführungsvarianten
der Vorrichtungen gemäß jeweils
der 6, 8 und 4 dar
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12 stellt
einen dritten Ausführungsmodus
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar.
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Der
optische Halbleiter-Verstärker
OA, der in 1 schematisch dargestellt ist,
ist vom herkömmlichen
Typ. Er empfängt
normalerweise im Eingang ein zu verstärkendes Signal E und liefert
im Ausgang das verstärkte
Signal Sa.
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Der
Gain G des Verstärkers
ist als das Verhältnis
zwischen der optischen Leistung des Ausgangssignals Sa und der optischen
Leistung des Eingangssignals E definiert.
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Der
Gain variiert als Funktion der optischen Leistung PE des Eingangssignals
E gemäß einer Gain-Kurve
wie diejenige, die beispielhaft in 2 dargestellt
ist. In dieser Figur ist der Gain in Dezibel und die optische Leistung
in dBm ausgedrückt.
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Für geringe
optische Leistungen ist der Gain konstant und der Verstärker arbeitet
im linearen Bereich. Jedoch ab einem bestimmten Eingangsleistungsniveau
vermindert sich der Wert des Gain in dem Maße wie die Leistung ansteigt.
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Man
definiert die Eingangssättigungsleistung des
Verstärkers
als die Eingangsleistung, für
die der Gain einen Wert gleich der Hälfte des maximalen Gain des
Verstärkers
hat, d. h. für
einen in dB ausgedrückten
Gain, der um 3 dB kleiner bezogen auf den maximalen Gain ist. Im
dargestellten Beispiel beträgt der
maximale Gain 20 dB und die Sättigungsleistung beträgt –10 dBm.
Jenseits der Sättigungsleistung verringert
sich der Gain in dB praktisch linear als Funktion der optischen
Eingangsleistung in dBm.
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Die
Steuerungsdiagramme von 3 gestatten, die Funktionsweise
des Verstärkers
zu erklären,
wenn das zu verstärkende
Signal ein Multiplex-WDM-Signal ist. Um zu vereinfachen, setzt man voraus,
dass das Multiplex aus nur zwei Kanälen gebildet ist entsprechend
den Signalen E1 und E2, die jeweils durch die Signalwellenlängen λ1 und λ2 getragen sind.
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In
dem Beispiel, das durch die Steuerungsdiagramme (a) und (b) dargestellt
ist, werden die Informationen, die durch die Signale E1 und E2 übertragen
werden, in Form von Modulationen einer Amplitude (oder optischen
Leistung) von Trägerwellen
geschrieben, die die Wellenlängen λ1 und λ2 haben.
Es handelt sich hier um Binärsignale,
die ein Codierformat NRZ haben.
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Die
momentane optische Leistung des Multiplexsignals E ist die Summe
der momentanen Leistungen der beiden Signale E1, E2 und weist in
dem Fall eine Amplitudenmodulation auf, die durch das Steuerungsdiagramm
(c) dargestellt ist.
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Der
Verstärker
OA liefert im Ausgang das verstärkte
Signal Sa. Unter Berücksichtigung
der Gain-Sättigung,
die vorstehend dargelegt wurde, sind die hohen Leistungsniveaus
weniger verstärkt als
die niedrigen Niveaus und man erhält eine verformte Modulation
wie diejenige, die durch das Steuerungsdiagramm (d) dargestellt
ist. Um daraufhin beispielsweise den Kanal E1 zu extrahieren, führt man
ein auf der Wellenlänge λ1 fixiertes
Filtern durch. Man erhält
nun ein gefiltertes Signal Sf, das eine sehr verformte Modulation
aufweist, wie dies das Steuerungsdiagramm (e) zeigt.
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Wenn
ferner die Kanäle
synchron und in hoher Anzahl sind, können die Verformungen sehr
groß sein
und zu zahlreichen Lesefehlern auf Höhe des Empfängers führen, selbst wenn es sich um
Digitalsignale handelt.
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Gemäß der Erfindung
gestattet die Vorrichtung, die in ihrem Prinzip durch 4 wiedergegeben
ist, dieses Problem zu lösen.
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Die
Vorrichtung umfasst den optischen Halbleiter-Verstärker OA
und Kopplungsmittel Ca, die gestatten, ihm die Kombination S des
zu verstärkenden optischen
Signals E und einer optischen Kompensationswelle E* zu injizieren.
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Das
zu verstärkende
Signal E wird allgemein erhalten durch eine Eingangsschnittstelle
Ce, die ein Eingangssignal E0 empfängt, das ein optisches Monowellenlängensignal
oder, wie vorstehend, ein WDM-Signal sein kann, das aus mehreren
Signalen zusammengesetzt ist, die von der bzw. den Signalwellenlänge(n) λi getragen
sind. Das Eingangssignal E0 kann auch ein elektrisches Signal sein
und in diesem Fall hat die Schnittstelle Ce eine Funktion eines elektrooptischen
Wandlers.
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Die
Kompensationswelle E* wird erzeugt durch Modulationsmittel 1,
die für
die Modulation des Eingangssignals E0 und folglich für diejenige
des zu verstärkenden
Signals E empfindlich sind. Sie sind ausgelegt, um mindestens eine
optische Hilfs-Trägerwelle
CW zu modulieren, die eine sogenannte Kompensationswellenlänge λc hat, derart,
dass die Kombination S des Signals E und der Welle E* eine unterdrückte oder
zumindest gedämpfte
Amplitudenmodulation aufweist. Der Verstärker OA liefert im Ausgang
das verstärkte
Kombinationssignal Sa.
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Gemäß der dargestellten
Schaltung sind das Signal E und die Kompensationswelle E* ko-direktional,
das heißt,
in den Verstärker
durch ein und dieselbe Seite injiziert. In diesem Fall sieht man
stromabwärts
ein Sperrkreisfilter F vor, das auf der Kompensationswellenlänge λc fixiert
ist. Die Kompensationswellenlänge λc muss wohlgemerkt
von der oder den Signalwellenlänge(n) λi verschieden
sein, damit das Filter die Kompensationswelle E* extrahieren und das
nützliche
verstärkte
Signal Sf übertragen
kann.
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Gemäß einer
Variante, die in 11 dargestellt ist, sind das
Signal E und die Kompensationswelle E* kontra-direktional, das heißt in den
Verstärker
durch gegenüberliegende
Seiten injiziert. Die Kopplungsmittel Ca weisen einerseits einen
Isolator IS auf, der zwischen der Eingangsschnittstelle Ce und einer
ersten Seite des Verstärkers
OA angeordnet ist, und andererseits einen Zirkulator Ci, der zwischen
den Modulationsmitteln 1 und einer zweiten Seite des Verstärkers OA
angeordnet ist. In diesem Fall ist das stromabwärtige Vorhandensein des Sperrkreisfilters
F nicht mehr erforderlich. Ein solches Filter könnte jedoch den Isolator IS
ersetzen.
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Bei
dieser kontra-direktionalen Schaltung könnte die Kompensationswellenlänge λc einer der Signalwellenlängen λi benachbart
sein. Es empfiehlt sich jedoch, zu vermeiden, identische Wellenlängen zu
wählen,
da dies ein Interferenzgeräusch
zwischen der Kompensationswelle und dem Signal erzeugen würde.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nun unter Bezugnahme auf die Steuerungsdiagramme von 5 erläutert. Wie
in dem vorstehenden Beispiel ist das zu verstärkende Signal E aus zwei Kanälen E1 und
E2 gebildet. Die Signale E1, E2 und E sind jeweils auf den Steuerungsdiagrammen
(a), (b) und (c) dargestellt.
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Die
Kompensationswelle E* ist durch das Steuerungsdiagramm (d) dargestellt.
Das Kombinationssignal S, dessen momentane Leistung die Summe der
momentanen Leistungen von E und E* ist, erscheint auf dem Steuerungsdiagramm
(e). Das verstärkte
Kombinationssignal Sa erscheint auf dem Steuerungsdiagramm (f).
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Die
Kompensationswelle E* ist gegenmoduliert bezogen auf die Modulation
des Signals E. Falls die Modulationsamplituden von E und E* in jedem Moment
im absoluten Wert genau gleich sind, weist das Kombinationssignal
S keine Modulation der optischen Leistung mehr auf. Dieser ideale
Fall ist in punktierter Linie auf den Steuerungsdiagrammen (d) und
(e) dargestellt.
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In
der Praxis kann man sich hingegen nur damit zufrieden geben, die
Modulation von S zu dämpfen.
Da in der Tat der Verstärker
OA gegenüber Hochfrequenzmodulationen
unempfindlich ist, hat er eine Rolle eines Tiefpassfilters. Falls
seine Grenzfrequenz kleiner als diejenige der Modulationsmittel 1 ist,
wird eine jegliche restliche Modulation von S durch die Verstärkung gedämpft. Folglich
hat man daran Interesse, einen langsamen Verstärker OA zu wählen, das
heißt
mit geringem Einschließungsfaktor und/oder
geringer Länge.
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6 stellt
einen ersten Ausführungsmodus der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
in dem Fall dar, wo man ein Eingangssignal E0 verstärken will,
das nur in optischer Form dargeboten ist.
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Die
Eingangsschnittstelle Ce ist aus einem Eingangskoppler gebildet,
dessen Eingang dieses Signal E0 empfängt. Ein erster Ausgang des
Kopplers Ce ist an den Verstärker
OA (nicht dargestellt) mittels einer Laufzeitkette 2 und
des Kopplers Ca gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des Kopplers Ce ist
an die Modulationsmittel 1 gekoppelt. Das zu verstärkende optische
Signal E entspricht hier einem Teil des optischen Eingangssignals
E0, das durch die Verzögerungskette 2 verzögert ist.
Die Modulationsmittel 1 empfangen vom Koppler Ce einen
weiteren Teil e des optischen Eingangssignals E0 und liefern an
den Verstärker
OA mittels eines Kopplers Ca die optische Kompensationswelle E*.
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Gemäß dieser
Ausführung
weisen die Modulationsmittel 1 einen elektrooptischen Modulator 3 mit interferometrischer
Struktur vom Typ Mach-Zehnder auf. Ein Photozellendetektor PD empfängt den
Teil e des optischen Eingangssignals E0. Das gelieferte elektrische
Signal wird an eine Steuerelektrode des Modulators 3 mittels
eines elektronischen Verstärkers 4 und
eines Kopplers in T-Form angelegt. Dieser Letztgenannte gestattet, den
Wechselspannungsanteil der Spannung, die vom Photozellendetektor
PD stammt, auf eine gewählte
Polarisationsspannung Vp aufzulagern.
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Eine
Laserquelle LD, die die kontinuierliche Trägerwelle CW einer Wellenlänge λc liefert,
ist an den Mach-Zehnder-Modulator 3 gekoppelt,
der im Ausgang die optische Kompensationswelle E* liefert.
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Der
elektronische Verstärker 4 und
der Modulator 3 sind gewählt, damit die Trägerwelle
CW gegenmoduliert wird bezogen auf die Modulation des Signals E0.
Die Verzögerungskette 2 dient
dazu, das zu verstärkende
Signal E mit der Kompensationswelle E* zu synchronisieren.
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Damit
die Modulationsamplitude der Kompensationswelle E* diejenige des
Signals E kompensiert, müssen
die Modulationsmittel 1 eine „antilineare" Antwort bezogen
auf das entnommene optische Signal e besitzen und die Leistung der
Kompensationswelle E* muss demzufolge reguliert werden. Diese letztgenannte
Bedingung kann durch eine Regelung der Leistung der kontinuierlichen
Welle CW erfüllt
werden, indem man auf den Strom I einwirkt, der in den Laser LD
injiziert wird.
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Was
die Linearität
anbetrifft, muss man Merkmale des Mach-Zehnder-Modulators 3 berücksichtigen.
Die Übertragung
T des Modulators als Funktion der angelegten Spannung V variiert
gemäß der Kurve,
die in 7 schematisch dargestellt ist. Da die Steuerspannung
V zwischen zwei Werten V1 und V2 variiert, die um die Polarisationsspannung
Vp herum zentriert sind, genügt
es, um eine lineare Antwort zu erhalten, Vp, V1 und V2 zu wählen, so
dass man in einem im wesentlichen linearen Bereich der Kurve bleibt.
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Der
Modulator mit interferometrischer Struktur kann durch einen Elektroabsorptionsmodulator ersetzt
werden, wie in 9 veranschaulicht. Diese Variante
weist den Vorteil einer linearen Antwort auf einen ausgedehnteren
Modulationsamplitudenbereich auf.
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Die
Laserquelle LD und der Modulator 3 können unabhängig von seinem Typ wohlgemerkt
in integrierter Art und Weise ausgeführt sein.
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8 stellt
einen ersten Fall einer gänzlich optischen
Ausführung
der Modulationsmittel 1 dar. Sie sind in der Tat aus einem
Wellenlängenwandler gebildet,
der einen zweiten optischen Halbleiter-Verstärker 5 aufweist, der
die optische Hilfs-Trägerwelle CW
und mittels eines Zirkulators 6 den Teil e des optischen
Eingangssignals E0 empfängt.
Der Verstärker 5 arbeitet
im Sättigungsbereich
und sein Gain wird als Funktion der Modulation der Leistung von
e moduliert. Indem die Hilfswelle CW den Verstärker 5 durchquert,
wird sie mit diesem modulierten Gain verstärkt und man erhält im Ausgang
eine Welle e*, deren Leistung gegenmoduliert ist bezogen auf die Leistung
von e. Die Welle e* wird durch den Zirkulator 6 empfangen,
der nun die Kompensationswelle E* liefert.
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Der
Verstärker 5 ist
gewählt,
um eine ausreichend hohe Grenzfrequenz zu besitzen, um auf die schnellen
Amplitudenschwankungen des optischen Eingangssignals E0 zu reagieren,
die durch den Verstärker
OA unzureichend gefiltert würden.
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Wie
vorstehend gesagt, ist es wünschenswert,
dass die Modulationsmittel 1 eine antilineare Antwort besitzen
und dass die Leistung der Kompensationswelle E* gut reguliert ist.
Darum muss man hier Merkmale des Verstärkers 5, das heißt seine Gainkurve
berücksichtigen.
Diese Kurve ist analog zu derjenigen, die in 2 dargestellt
ist.
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Damit
die Modulation von e eine Gegenmodulation des Gain bewirkt, setzt
man den Arbeitspunkt des Verstärkers 5 in
den Teil der Gainkurve, der eine negative Neigung hat. Diese Neigung
ist im Wesentlichen konstant bei den Skalen in Dezibel, aber bei
den linearen Skalen sind die Variationen des Gain nicht genau proportional
zu denjenigen der optischen Eingangsleistung. Die Antwort der Modulationsmittel 1 ist
demzufolge nicht vollkommen linear.
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Was
das Justieren der Leistung der Kompensationswelle E* anbetrifft,
kann dies leicht ausgeführt werden
durch eine Regulierung der Leistung der kontinuierlichen Welle CW,
indem man auf den Strom I einwirkt, der in den Laser LD injiziert
ist.
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Ein
Problem kann auftreten, wenn die durchschnittliche Leistung des
optischen Eingangssignals E0, folglich diejenige von e, im Verlauf
der Zeit variiert, während
die Leistung der kontinuierlichen Welle CW konstant bleibt. Um tatsächlich der
Kompensationswelle E* eine angemessene Extinktionsrate zu gewährleisten,
ist die Leistung der kontinuierlichen Welle CW normalerweise gering
bezogen auf diejenige von e. Der Arbeitspunkt des Verstärkers 5 wird nun
praktisch durch die durchschnittliche Leistung von e bestimmt. Falls
die durchschnittliche Leistung (ausgedrückt in dBm) von E0 eine Erhöhung ΔP(E) erfährt, bewirkt
dies dieselbe Erhöhung
von denjenigen von E und von e. Aber gemäß der Gainkurve bewirkt für einen
Betrieb im Sättigungsbereich
eine Erhöhung ΔP(E) (in
dBm) der durchschnittlichen Leistung von e eine Gainverminderung
(in Dezibel) von im wesentlichen demselben Wert. Die durchschnittliche
Leistung (in dBm) von e* und folglich diejenige von E* erfährt demzufolge
eine Verminderung um demselben Wert.
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Damit
nun die Kombination S von E und E* eine geringe Modulation behält, müsste hingegen
die durchschnittliche Leistung (in dBm) von E* ebenfalls um ΔP(E) steigen.
Um diese Bedingung zu erfüllen, besteht
eine Lösung
darin, die Leistung (in dBm) der kontinuierlichen Welle CW um 2ΔP(E) zu erhöhen.
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Wenn
man die Leistungsdynamik der Vorrichtung erhöhen will, d. h., dass sie trotz
eventueller Variationen der durchschnittlichen Leistung des Eingangssignals
E0 effizient bleibt, empfiehlt es sich demzufolge, Mittel zur automatischen
Regulierung der durchschnittlichen Leistung von E* vorzusehen.
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Derartige
Mittel sind in 8 schematisch dargestellt. Sie
weisen in Kaskade einen Photozellendetektor 8, ein elektronisches
Tiefpassfilter 9, einen elektronischen Steuerkreis 10 und
eine regelbare Stromquelle 11 auf. Der Photozellendetektor 8 ist angeordnet,
um einen Teil des Eingangssignals E0 zu empfangen. Die Stromquelle 11 liefert
an den Laser LD einen Strom I, der als Funktion eines Steuersignals
variabel ist, das durch den Kreis 10 geliefert wird.
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Das
Tiefpassfilter 9 dient dazu, die durchschnittliche Leistung
von E zu extrahieren. Der Steuerkreis 10 ist vorgesehen,
um ein Steuersignal zu erzeugen, das Funktion dieser Messung ist
und an die Merkmale des Verstärkers 5 angepasst
ist, derart, dass die durchschnittlichen Leistungen von E und von
E* permanent egalisiert werden.
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Optional
kann man auch ein regelbares Schwächungsglied 7 vorsehen,
das ebenfalls durch den Kreis 10 gesteuert wird und zwischen
dem Zirkulator 6 und dem Koppler Ca angeordnet ist. Dieses Element
gestattet eine zusätzliche
Erhöhung
der Leistungsdynamik der Vorrichtung.
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Man
sollte beachten, dass dieses automatische Regeln der durchschnittlichen
Leistung von E* in der Praxis nur für die relativ starken Leistungen des
Eingangssignals E0 nützlich
ist. In der Tat ist für die
ausreichend geringen Leistungen, um den Verstärker 5 in wenig gesättigten
Zustand zu bringen, sein Gain schwach moduliert, aber hoch. Daraus folgt,
dass die Leistung von e* ebenfalls schwach moduliert und hoch ist,
aber die Modulation des Eingangssignals E0 wenig Einfluss auf diejenige
des Kombinationssignals S hat.
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Als
Variante, wie in 10 dargestellt, können die
Modulationsmittel 1 aus einem Wellenlängenwandler mit interferometrischer
Struktur gebildet sein, beispielsweise vom Typ Mach-Zehnder. Die
interferometrische Struktur ist mit zwei Zweigen versehen, von denen
zwei Enden einen Teil der Hilfswelle CW empfangen. Das Signal e
wird in einen der Zweige injiziert, der ein Material aufweist, dessen
Index als Funktion der empfangenen optischen Leistung variiert.
Die anderen Enden der Zweige sind gekoppelt, um die Kompensationswelle
E* zu liefern.
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Wie
vorstehend gesagt, kann man Mittel zum automatischen Justieren der
durchschnittlichen Leistung E* vorsehen. Es ist ebenfalls möglich, in
Kaskade die beiden Typen von Wellenlängenwandlern anzuordnen.
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Eine
weiterer Ausführungsmodus,
der in 12 dargestellt ist, betrifft
den Fall, wo das zu verstärkende
optische Signal E ausgehend von einem elektrischen Eingangssignal
E0 erzeugt wird, das auf Höhe
des Verstärkers
OA dargeboten ist. Diese Situation tritt in den Sendestationen auf,
die mit einem Sendeverstärker
ausgestattet sind, der üblicherweise „Booster" genannt wird.
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Wie
dargestellt, wird das zu verstärkende
Signal E durch einen elektrooptischen Modulator 11 geliefert,
der eine Signalträgerwelle λi empfängt und durch
das elektrische Signal E0 gesteuert ist.
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Die
Modulationsmittel 1 sind in dem Fall aus einem weiteren
elektrooptischen Modulator 12 gebildet, der die Hilfswelle
CW empfängt
und durch ein komplementäres
elektrisches Signal E0* des elektrischen Eingangssignals E0 gesteuert
ist.