DE60131587T2 - Optische Verstärkungsvorrichtung - Google Patents

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Alain Pons
Jean-Yves Emery
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Somit ist trotz der Kostenvorteile und des Vorteils der Kompaktheit der Halbleiter-Verstärker ihr Einsatzgebiet begrenzt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafterweise besitzt der optische Halbleiter-Verstärker eine Grenzfrequenz, die niedriger als diejenige der Modulationsmittel ist.
  • Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren hervor.
  • 1 stellt einen optischen Halbleiter-Verstärker dar, der in der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
  • 2 stellt eine Gainkurve des Verstärkers von 1 dar.
  • 3 stellt Steuerungsdiagramme dar, um die Funktionsweise des Verstärkers von 1 zu erläutern.
  • 4 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar.
  • 5 stellt Steuerungsdiagramme dar, um die Funktionsweise der Vorrichtung von 4 zu erläutern.
  • 6 stellt einen ersten Ausführungsmodus der Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
  • 7 ist eine Kurve, die die Übertragungsvariationen eines elektrooptischen Modulators mit interferometrischer Struktur darstellt.
  • 8 stellt einen zweiten Ausführungsmodus der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
  • 9 bis 11 stellen Ausführungsvarianten der Vorrichtungen gemäß jeweils der 6, 8 und 4 dar
  • 12 stellt einen dritten Ausführungsmodus der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
  • 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.
  • Der Gain G des Verstärkers ist als das Verhältnis zwischen der optischen Leistung des Ausgangssignals Sa und der optischen Leistung des Eingangssignals E definiert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der Erfindung gestattet die Vorrichtung, die in ihrem Prinzip durch 4 wiedergegeben ist, dieses Problem zu lösen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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*.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Laserquelle LD und der Modulator 3 können unabhängig von seinem Typ wohlgemerkt in integrierter Art und Weise ausgeführt sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Verstärken eines amplitudenmodulierten Signals, zu verstärkendes Signal (E) genannt, mittels eines optischen Halbleiter-Verstärkers (OA), das durch mindestens eine Signalwellenlänge (λi) getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: – Kompensationsmittel, um eine optische Kompensationswelle (E*) zu erzeugen, – Kopplungsmittel (Ca), um in den Verstärker (OA) das zu verstärkende optische Signal (E) und die optische Kompensationswelle (E*) zu injizieren, und dadurch, dass die Kompensationsmittel Modulationsmittel (1) umfassen, die direkt als Funktion der Modulation des zu verstärkenden Signals (E) gesteuert sind, um die optische Kompensationswelle (E*) durch Amplitudenmodulation von mindestens einer optischen Hilfs-Trägerwelle (CW) zu erzeugen, derart, dass die Kombination (S) des zu verstärkenden optischen Signals (E) und der optischen Kompensationswelle (E*) eine unterdrückte oder zumindest gedämpfte Amplitudenmodulation aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Hilfs-Trägerwelle (CW) eine Kompensationswellenlänge (λc) hat, die von der oder den Signalwellenlänge(n) (λi) verschieden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel eine Verzögerungsvorrichtung (2) aufweisen, die das Signal (E), das ausgehend von einem optischen Eingangssignal (E0) zu verstärken ist, bereitstellen, und dass die Modulationsmittel (1) in der Lage sind, die Amplitude der optischen Hilfs-Trägerwelle (CW) bezogen auf die Modulation des Eingangssignals (E0) zu gegenmodulieren.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (1) einen Photozellendetektor (PD) aufweisen, der einen Teil (e) des optischen Eingangssignals (E0) empfängt und einen elektrooptischen Modulator (3) steuert, wobei die optische Kompensationswelle (E*) aus der Modulation der Hilfswelle (CW) mittels des elektrooptischen Modulators (3) resultiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Modulator (3) ein Modulator mit interferometrischer Struktur ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Modulator (3) ein Elektroabsorptionsmodulator ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Modulator (3) und die Laserquelle (LD) aus einem Laser mit integriertem Modulator gebildet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (1) einen zweiten optischen Halbleiter-Verstärker (5) aufweisen, der die optische Hilfs-Trägerwelle (CW) und einen Teil (e) des optischen Eingangssignals (E0) empfängt, wobei die optische Kompensationswelle (E*) aus der Verstärkung der Hilfswelle (CW) mittels des zweiten Verstärkers (5) resultiert, dessen Gain durch den Teil (e) des optischen Eingangssignals (E0) moduliert ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (1) eine interferometrische Struktur aufweisen, die mit zwei Zweigen versehen ist, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, wobei die ersten Enden jeweils einen Teil der Hilfswelle (CW) empfangen, wobei einer der Zweige ein Material aufweist, dessen Index als Funktion der empfangenen optischen Leistung variiert und einen Teil (e) des optischen Eingangssignals (E0) empfängt, wobei die zweiten Enden gekoppelt sind, um die optische Kompensationswelle (E*) bereitzustellen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (7, 8, 9, 10, 11) zum automatischen Justieren der Durchschnittsleistung der optischen Kompensationswelle (E*) als Funktion der Durchschnittsleistung des optischen Eingangssignals (E0) aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wobei das zu verstärkende optische Signal (E) ausgehend von einem elektrischen Eingangssignal (E0) erzeugt wird, die Modulationsmittel (1) aus einem elektrooptischen Modulator (12) gebildet sind, der die Hilfswelle (CW) empfängt und durch ein komplementäres elektrisches Signal (E0*) des elektrischen Eingangssignals (E0) gesteuert ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Halbleiter-Verstärker (OA) eine Grenzfrequenz besitzt, die niedriger als diejenige der Modulationsmittel (1) ist.
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