DE69533772T2

DE69533772T2 - Dynamisch kontrollierte Polarisationsmodulation in Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystemen

Info

Publication number: DE69533772T2
Application number: DE69533772T
Authority: DE
Inventors: Neal S. Lincroft Bergano; Carl R. Davidson
Original assignee: Tyco Telecommunication US Inc
Current assignee: SubCom LLC
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: EP0717523A2; CA2164355C; JP3744992B2; KR960027597A; JPH08237224A; MX9505237A; CA2164355A1; EP0717523B1; DE69533772D1; AU4039095A; EP0717523A3; TW293211B

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft die optische Übertragung von Informationen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Polarisationsmodulation in Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystemen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es wird erwartet, daß Wellenlängen-Multiplexing zunehmend in Unterwasser- und transkontinentalen terrestrischen optischen Übertragungssystemen teilweise wegen der großen Bandbreite zunehmend verwendet wird, die derartiges Multiplexing bereitstellt. Unglücklicherweise sind Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssysteme geeignet bis zu Leistungsgrenzen aufgrund von polarisationsabhängigen Effekten, wie polarisationsabhängiges Lochbrennen in Erbium-dotierten Lichtwellenleiterverstärkern, die typischerweise in derartigen Übertragungssystemen verwendet werden, und Kreuzkopplungen zwischen den gemultiplexten Kanälen. Polarisationsabhängiges Lochbrennen bezieht sich auf die gesamte Inversionsdynamik von Erbium-dotierten Lichtwellenleiterverstärkern. Kreuzkopplungen werden erstens durch den nicht-linearen Brechungsindex der optischen Übertragungslichtwellenleiter verursacht. Vier-Wellen-Mischen ist ein signifikanter schädlicher Effekt, der Kreuzkopplung verursacht.
Mischen der Probleme, die mit Multiplexing assoziiert sind, ist eine Tendenz für einige Systemparameter, die die oben beschriebenen leistungsbegrenzenden Effekte beeinflussen, um mit der Zeit aufgrund von Änderungen in Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren zu variieren. Demzufolge ist das Reduzieren des Vier-Wellen-Mischens bei gleichzeitigem Reduzieren des polarisationsabhängigen Lochbrennens wünschenswert in optischen Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystemen. Drüber hinaus ist es teilweise wünschenswert, eine derartige gleichzeitige Reduktion unter sich ändernden Bedingungen zu erreichen.
Der Leser wird hingewiesen auf US-A-5 327 511. Diese Referenz offenbart einen Polarisationsmodulator zum Modulieren der Zustandspolarisation eines optischen Signales periodisch zwischen einem ersten und zweiten Zustand der Polarisation (SOP) von wenigstens einem Paar orthogonaler Zustände der Polarisation. Der SOP kann mit einer Rate moduliert werden, die im wesentlichen höher als 1/t_s ist, wobei t_s die anisotrope Sättigungszeit eines optischen Verstärkers in dem System ist. Der SOP kann derart moduliert sein, daß er einen kompletten großen Kreis auf einer Poincare-Kugel nachzeichnet. Der teilweise nachgezeichnete Kreis auf einer Poincaré-Kugel kann ausgewählt sein, um einen vorbestimmten Parameter auf einem vorgeschriebenen Wert zu halten. Der große Kreis kann mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit nachgezeichnet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Vier-Wellen-Mischen zwischen gemultiplexten Kanälen in optischen Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystemen und der Effekt des polarisationsabhängigen Lochbrennens sind simultan gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung reduziert, die zum Modulieren der Zustandspolarisation des optischen Signales bereitgestellt sind, wobei das optische Signal eine Vielzahl optischer Kanäle aufweist, so daß ein Durchschnittswert der Zustandspolarisation eines optischen Signales über jeden Modulationszyklus im wesentlichen gleich Null ist; und Orientieren der Zustandspolarisation von vorbestimmten optischen Kanälen des optischen Signales als Antwort auf ein Signal Indikativ einer vorbestimmten Charakteristik des Übertragungssystems, während gleichzeitig der Null-Durchschnittswert der Zustandspolarisation des optischen Signales über jeden Modulationszyklus aufrechterhalten wird. Vorzugsweise stellt dieser Ansatz eine Reduktion der leistungsbegrenzenden Effekte unter wechselnden Bedingungen bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung vereinfachen, umfassend einen optischen Übertrager, einen optischen Übertragungspfad; einen Telemetriepfad; einen optischen Empfänger und einen Bit-Raten-Fehler-Detektor gemäß der Erfindung.
2 zeigt Zustandspolarisation entlang einer Großkreis-Trajektorie auf der Poincare-Kugel für optische Kanäle in dem in 1 gezeigten optischen Übertrager, gemäß der Erfindung.
3 und 4 zeigen schematisch ein illustratives Beispiel einer Zittertechnik gemäß der Erfindung.
5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer zweiten illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung gemäß der Erfindung vereinfachen.
6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer dritten illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung gemäß der Erfindung vereinfachen.
7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer vierten illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung gemäß der Erfindung vereinfachen.
8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer fünften illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung gemäß der Erfindung vereinfachen.
Detaillierte Beschreibung
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer illustrativen Anordnung von Elementen, die die Anwendung der Erfindung vereinfachen. Gezeigt sind ein optischer Übertrager 100; ein optischer Übertragungspfad 170; ein optischer Empfänger 175; ein Bit-Raten-Fehler-Detektor 178 und ein Telemetriepfad 185. Der optische Übertrager 100 umfaßt eine Vielzahl optischer Quellen 101 zum Erzeugen einer Vielzahl optischer Kanäle 102; eine Vielzahl von Polarisationscontrollern 106, 117, 121 und 129; einen N × 1-Multiplexer 115; einen Polarisationsfilter 112; einen Polarisationsmodulator 119; einen Controller 130 und ein justierbares doppelbrechendes Element 122. Es wird am Anfang erwähnt, daß die Bezeichnung "Kanal", wie sie hier verwendet wird, sich auf jedes optische Phänomen bezieht, das eine einzige Wellenlänge definiert. Auf diese Weise kann der Ausdruck Kanal sich auf eine Komponente eines optischen Wellenlängen-Multiplex-Signales mit einer Vielzahl von Komponenten beziehen, wobei jede Komponente eine andere Wellenlänge aufweist. Darüber hinaus, wie hier verwen det, kann der Begriff Kanal auf ein monochromatisches Signal bezogen sein. Die oben aufgelisteten Elemente bilden den optischen Übertrager 100, der unter Verwendung von konventionellen Verbindungsmitteln verbunden werden kann, zum Beispiel optische Lichtwellenleiter, die optische polarisationsaufrechterhaltende Lichtwellenleiter umfassen können. Der optische Übertrager 100 ist, wie gezeigt, an dem optischen Übertragungspfad 100 und optischen Empfänger 175 angeschlossen, um das optische Übertragungssystem 190 zu bilden. Das optische Übertragungssystem 190 kann zum Beispiel ein unidirektionales System sein, wie gezeigt, oder bidirektionales System, das zusätzliche optische Übertrager und Empfänger (nicht dargestellt) verwendet, um die Kommunikation in umgekehrter Richtung zu vereinfachen. Optische Übertragungspfade und optische Empfänger sind bekannt. Der optische Empfänger 175 ist mit einem Bit-Fehler-Raten-Detektor 178 gekoppelt, der die Rate der Bit-Fehler in dem empfangenen optischen Signal detektiert. Bit-Raten-Fehler-Detektoren sind bekannt. Die Funktion von Bit-Fehler-Raten-Detektoren kann optional direkt in den optischen Empfänger 175 eingebunden sein. Die Bit-Fehler-Rate wird verwendet, um den optischen Störabstand, Q-Faktor oder andere Leistungszahlen zu bestimmen, die eine Anzeige des Gesamtleistungsverhaltens des Übertragungssystems 190 oder Leistung von einem oder mehreren ausgewählten optischen Kanälen bereitstellt. In diesem illustrativen Beispiel ist ein Q-Faktor-repräsentierender Durchschnitt der N-optischen Kanäle als Leistungsindikator verwendet. Der Q-Faktor ist zum Beispiel beschrieben worden von Neal S. Bergano, F. W. Kerfoot, C. R. Davidson, "Margin Measurements Optical Amplifier Systems, " IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, No. 3, March 1993, pp. 304–306. Ein Signal, das den Q-Faktor repräsentiert, ist zum Controller im optischen Übertrager 100 zurückgesandt über den Telemetriepfad 185. Der Telemetriepfad kann ein separater Pfad oder Teil eines optischen Übertragungspfades 170 sein, der zum Beispiel Overhead-Bits in Daten- oder Signalrahmen, wie ein SONET-Rahmen, verwendet, und sich in umgekehrte Richtung fortpflanzt. Wenn ein separater Pfad gewünscht ist, dann kann zum Beispiel ein Dienstleitungs-Kanal oder separater Kanal, wie eine Telefonleitung, verwendet werden. Der Q-Faktor, der von dem Controller 130 in dem optischen Übertrager 100 empfangen wird, wird gemäß der Erfindung verwendet, um dynamisch das justierbare doppelbrechende Element 122 zu regeln und den Polarisationscontroller 129. Dieses dynamische Kontrollschema ist untenstehend beschrieben.
Im optischen Übertrager 100 werden eine Vielzahl optischer Quellen 101-1, 101-2, ... 101-N verwendet, die beispielsweise wellenlängenabstimmbare Halbleiterlaser sein können, verwendet, um eine Vielzahl von kontinuierlichen optischen Signalen zu erzeugen, wobei jedes eine andere Wellenlänge λ₁, λ₂, ... λ_N aufweist, wie gezeigt, und auf diese Weise eine Vielzahl von N-optischen Kanälen 102-1, 102-2 ... 102-N definiert. Die optischen Quellen 101 können derart ausgebildet sein, daß die optischen Kanäle 102 im wesentlichen identische optische Leistung aufweisen. Eine oder mehrere der optischen Quellen 101 können derart ausgebilet sein, daß die optischen Kanäle 102 Informationen übertragen, die von Datenquellen (nicht dargestellt) unter Verwendung konventioneller Techniken zugeführt werden. Die optischen Kanäle 102, die durch optische Quellen 101 erzeugt sind, durchlaufen durch die Polarisationscontroller 106, und werden von N × 1-Multiplexer 115 empfangen. Die Polarisationscontroller 106 werden verwendet, um die Zustandspolarisation ("SOP") jeden optischen Kanals 102 zu orientieren, so daß sie alle im wesentlichen den gleichen SOP aufweisen. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß bekannte SOPs als ein Einzelpunkt auf einer Poincare-Kugel dargestellt werden können. Die Poincare-Kugel ist bekannt, sie wurde zum Beispiel von William A. Shurcliff, Polarized Light; Production and Use, Harvard University Press, 1962 beschrieben. N × 1-Multiplexer 115 können zum Beispiel ein direktionaler optischer Koppler sein, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Ausgang von N × 1-Multiplexern ist ein optisches Wellenlängen-Multiplex-Signal 110 mit N Kanälen, wobei jeder Kanal durch eine andere Wellenlänge λ₁, λ₂, ... λ_N definiert ist. Zu Erläuterungszwecken sind die Kanäle sequentiell mit 1, 2, ... N, von der niedrigsten bis zur höchsten Wellenlänge durchnumeriert. In diesem illustrativen Beispiel der Erfindung sind aus untenstehend erläuterten Gründen die Kanalwellenlängen gleichförmig beabstandet, zum Beispiel durch 1 nm. Jedoch kann in anderen Anwendungen der Erfindung es wünschenswert sein, nicht-gleichförmig Kanalwellenlängenabstände zu verwenden. Zum Beispiel ist es bekannt, daß nicht-gleichförmige Längenabstände helfen können, den Effekt des Vier-Wellen-Mischens zu reduzieren.
Das optische Wellenlängen-Multiplex-Signal 110 läuft vom N × 1-Multiplexer 115 zum Polarisationsmodulator 119 nach dem Durchlaufen durch den Polarisationscontroller 117 und den Polarisationsfilter 112. Der Polarisationsmodulator 119 wirkt, um kontinuierlich den SOP des optischen Wellenlängen-Multiplex-Signales 110 zu modulieren, so daß kein Polarisationszustand bevorzugt ist während eines Zeitintervalls, das zu einem Modulationszyklus des Polarisationsmodulators 119 korrespondiert. Auf diese Weise ist das optische polarisa tionsmodulierte Wellenlängen-Multiplex-Signal 120, das vom Polarisationsmodulator 119 ausgegeben ist, im wesentlichen unpolarisiert, das bedeutet, daß der Durchschnittswert seines SOPs über das Modulationszeitintervall im wesentlichen gleich Null ist. Vorzugsweise kann derartige Polarisationsmodulation signifikant die negativen Effekte des polarisationsabhängigen Lochbrennens reduzieren. In einem Modulationszyklus kann der Polarisationsmodulator 119 den SOP des optischen Wellenlängen-Multiplex-Signales 110 modulieren, so daß es einen kompletten großen Kreis auf einer Poincare-Kugel nachzeichnet. Alternativ kann der SOP um die Trajektorie auf der Poincare-Kugel hin- und herschwanken, ohne einen kompletten großen Kreis nachzuzeichnen. Unabhängig von der gewählten Trajektorie ist es wichtig, daß der Durchschnittswert des SOPs über den Modulationszyklus im wesentlichen gleich Null ist. Polarisationsmodulatoren sind bekannt, und sie werden oft als Polarisations-"Scrambler" bezeichnet. In diesem illustrativen Beispiel ist es beabsichtigt, daß der Polarisationsmodulator 119 von der Art ist, die im US-Patent 5,327,511 (siehe insbesondere 3 des Patentes) offenbart ist, wobei die Offenbarung hiervon durch Bezugnahme einbezogen ist. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß der Polarisationsmodulator 119 ein Beispiel einer polarisationsabhängigen Einrichtung ist, wobei andere Polarisationsmodulatoren bekannt sind. Daher kann es in einigen Anwendungen der Erfindung wünschenswert sein, ein stark polarisiertes Eingangssignal am Polarisationsmodulator 115 zu verwenden. Demgemäß zeigt 1 Polarisationsfilter 112, die am Eingang des Polarisationsmodulators 115 angeordnet sind. Polarisationsfilter sind bekannt. Der Polarisationscontroller 117 wird verwendet, um den SOP des Wellenlängen- Multiplex-Signales 110 zu orientieren, um die zum Polarisationsfilter 112 übertragene Signalleistung zu maximieren. Es soll erwähnt werden, daß der Polarisationsfilter 112 und der Polarisationscontroller 117 nicht notwendig sind, um die Anwendung der Erfindung zu vereinfachen, und auf diese Weise als optional angesehen werden sollten. Alternativ kann die Funktion des Polarisationsfilter 112 direkt in Polarisationsmodulatoren 119 aufgenommen sein.
Das optische polarisationsmodulierte Wellenlängen-Multiplex-Ausgangs-Signal 120 des Polarisationsmodulators 119 durchläuft das einstellbare doppelbrechende Element 122 über den Polarisationscontroller 121. Polarisationscontroller und einstellbare doppelbrechende Elemente sind bekannt. Der Polarisationscontroller 121 kann zum Beispiel ein Lefevre-Polarisationscontroller sein, beschrieben von H. C. Lefevre in IEEE Electronic Letters, Vol. 16, p. 778,1980. Einstellbare doppelbrechende Einrichtungen 122 sind ausgewählt, um eine einstellbare Fortpflanzungsgeschwindigkeitsverzögerungsdifferenz zwischen seiner schnellen und langsamen Achse aufzuweisen, um dadurch einen variablen Wert der ausgewählten Doppelbrechung bereitzustellen. Justierbare doppelbrechende Elemente sind bekannt. Das justierbare doppelbrechende Element 122 kann zum Beispiel ein Babinet-Soleil-Kompensator sein. Der Polarisationscontroller 121 wird verwendet, um die große kreisförmige Polarisationsmodulationstrajektorie des polarisationsmodulierten Wellenlängen-Multiplex-Signales 120 in einer Ebene zu plazieren, die senkrecht zu einer Linie auf der Poincare-Kugel ist, die die schnelle und langsame Achse des justierbaren doppelbrechenden Elementes 122 verbindet. Das justierbare doppelbrechende Element 122 erlaubt gemäß der Erfindung vorzugswei se, daß die SOPs der optischen Kanäle in dem optischen polarisationsmodulierten Wellenlängen-Multiplex-Signal 120 relativ zueinander variiert werden können gemäß der ausgewählten Größe der Doppelbrechung. 2 zeigt die Art und Weise, auf der SOPs für die optischen Kanäle in dem optischen polarisationsmodulierten Wellenlängen-Multiplex-Signal 123 aus dem einstellbaren doppelbrechenden Element austreten, die entlang einer großen Kreistrajektorie auf einer Poincare-Kugel getrennt werden. Zum Zwecke der Klarheit in der Darstellung, aber nicht als Begrenzung der Erfindung, sind nur vier SOPs beispielhaft dargestellt, das ist N = 4 in 2. Die Trennung der SOPs der optischen Kanäle in optische polarisationsmodulierte Wellenlängen-Multiplex-Signale 120 ist leicht durch einen Trennungswinkel α_i,j, beschrieben, wobei i und j optische Kanäle indizieren mit benachbarten Wellenlängen. Das justierbare doppelbrechende Element 122 justiert dynamisch die totale Brechung und die Trennungswinkel α_1,j als Antwort auf das Kontrollsignal 132 vom Controller 130. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß die Trennwinkel α_1,j in diesem Beispiel gleich sind, das ist α_1,2 = α_2,3 = α_N–1,N, wegen des oben beschriebenen gleichmäßigen Wellenlängenabstandes. Es kann in einigen Anwendungen gewünscht sein, den Trennwinkel α_i,j zum Beispiel näherungsweise zu 180° zu wählen, so daß gerade und ungerade optische Signale initiale SOPs aufweisen, die im wesentlichen orthogonal im Startzustand sind. Alternativ können die Trennwinkel α_1,j ungleichförmig sein, wenn ein ungleichmäßiger optischer Kanalwellenlängenabstand verwendet wird. Es kann auch wünschenswert sein, eine Kombination von gleichförmigen und ungleichförmigen Trennwinkeln α_i,j in einigen Anwendungen der Erfindung anzuwenden. In diesem illustrativen Beispiel ist, unabhängig von dem ausgewählten Wert, angenommen, daß der durchschnittliche Trennwinkel α ^_i,j dynamisch justiert ist, um den Q-Faktor, gemessen im optischen Empfänger 175, für die Vielzahl von N verschiedenen optischen Kanälen zu maximieren. Demgemäß kann der aktuelle Trennwinkel α_i,j bei einem gegebenen Zeitpunkt von den initial ausgewählten Werten variieren. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß das Vier-Wellen-Misch-Produkt, das in dem optischen Übertragungssystem 190 erzeugt werden kann, vorzugsweise durch die oben beschriebene dynamische Kontrolle der Trennwinkel α_i,j reduziert sind. Bezugnehmend auf 1 treten das optische polarisationsmodulierte Wellenlängen-Multiplex-Signal 121 aus dem justierbaren doppelbrechenden Element 122 aus und ist vom Polarisationscontroller 129 empfangen, der wirksam ist, um die Startorientierung der SOPs des optischen polarisationsmodulierten Wellenlängen-Multiplex-Signales 123 im optischen Übertragungspfad 170 zu setzen. Der Polarisationscontroller justiert dynamisch den Start SOP als Antwort auf das Kontrollsignal 134 vom Controller 130, um weiter den Q-Faktor am optischen Empfänger 175, gemessen durch den Bit-Raten-Fehler-Detektor 178, zu maximieren. Gemäß den Prinzipien der Erfindung, zusätzlich zu der vorteilhaften dynamischen Kontrolle der SOP-Trennung und Start-Orientierung, bewegen sich alle optischen Kanäle simultan um eine Großkreis-Polarisationstrajektorie, wie obenstehend diskutiert, so daß der im wesentlichen Null-Durchschnittswert der SOPs des optischen Wellenlängen-Multiplex-Signales 123 aufrechterhalten ist. Auf diese Weise sind gemäß den Prinzipien der Erfindung die Effekte des polarisationsabhängigen Lochbrennens und des Vier-Wellen-Mischens gleichzeitig in optischen Übertragungssystemen reduziert. Vorteil haft ist diese Leistungsverbesserung realisiert, auch wenn sich ändernde Umgebungsbedingungen und andere Faktoren das polarisationsabhängige Lochbrennen und Vier-Wellen-Mischen im optischen Übertragungssystem 190 beeinflussen.
In diesem illustrativen Beispiel überwacht der Controller 130 dynamisch zwei Parameter – den durchschnittlichen Trennwinkel α ^_i,j und Start-SOP – um den Q-Faktor am optischen Empfänger 175, gemessen durch den Bit-Fehler-Raten-Detektor 178, zu maximieren. Es sei jedoch betont, daß die dynamische Kontrolle von einem oder dem anderen Parameter innerhalb des Umfanges der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, liegen. Die Kontrolltechnik, die vom Controller 130 verwendet werden kann, ist zum Beispiel ein einfaches Ursache- und Wirkungsschema, das sequentiell die Trennwinkel α_i,j und den Start-SOP in kleinen Schritten justiert, bis ein gemessenes Q-Faktor-Maximum erhalten ist. Alternativ kann eine Zittertechnik verwendet werden, wobei diese Parameter um positive und negative Werte um den Startpunkt variiert werden, und der resultierende Q-Faktor durch den Bit-Fehler-Raten-Detektor 178 gemessen wird. Die finale Position für die Parameter ist eine, die den gemessenen Q-Faktor maximiert. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß eine derartige Zittertechnik zwei Freiheitsgrade berücksichtigen muß, da der SOP des Signales eine Vektorquantität ist. Die 3 und 4 zeigen schematisch ein Beispiel einer Zittertechnik, die die Poincare-Kugel verwendet. In 3 ist der Start-SOP dargestellt durch den Vektor 302. Die Zitter-Trajektorie 303 ist gezeichnet um den Start-SOP als ein Kreis auf der Poincare-Kugel, mit dem Endpunkt des Vektors 302 als sein Mittelpunkt. Der Polarisationscontroller 129 ist derart justiert, daß der SOP eine Präzision um die kreisförmige Zitter-Trajektorie aufweist. An einer vorbestimmten Anzahl von äquidistanten Punkten von der Zitter-Trajektorie 303 ist der Q-Faktor des empfangenen Signales gemessen. Der Initial-Bedingungs-Vektor 302 wird dann mit dem Vektor 404 ersetzt, wie in 4 gezeigt, der den SOP auf der Zitter-Trajektorie 303 repräsentiert, was zu dem besten Q-Faktor führt. Eine neue kreisförmige Zittertrajektorie 405 wird dann unter Verwendung des Endpunktes des Vektors 404 als sein Mittelpunkt gezeichnet, und der obige Prozeß wird wiederholt.
5 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer zweiten Anordnung von Elementen gemäß der Erfindung. Gezeigt sind ein optischer Übertrager 500; ein optischer Übertragungspfad 570; ein optischer Empfänger 575; ein Bit-Fehler-Raten-Detektor 578; und ein Telemetriepfad 585. Der optische Übertragungspfad 570, der optische Empfänger 575, der Bit-Fehler-Raten-Detektor 578, und der Telemetriepfad 585 sind in Form und Wirkungsweise gleich zu den korrespondierenden Elementen, die in 1 gezeigt sind. Der optische Übertrager 500 umfaßt eine Vielzahl optischer Quellen 501 zum Erzeugen einer Vielzahl von kontinuierlichen optischen Kanälen 502; eine Vielzahl von Polarisationsmodulatoren 510; eine Vielzahl von Polarisationscontrollern 514 und 540; einen N × 1-Multiplexer 515; und einen Polarisationsmodulationscontroller 520. Diese Elemente können unter Verwendung konventioneller Mittel verbunden sein, die zum Beispiel optische Lichtwellenleiter umfassen, die polarisationsaufrechterhaltende optische Lichtwellenleiter umfassen können. Der optische Übertrager 500 ist gekoppelt, wie gezeigt, mit dem optischen Übertragungspfad 570 und dem optischen Empfänger 575, um das optische Übertragungssystem 590 zu bilden. In diesem Beispiel kontrolliert wie bei dem vorherigen Beispiel der Polarisationsmodulationscontroller 520 dynamisch die Polarisationsmodulation der optischen Kanäle 502 als Antwort auf ein Signal, das den Q-Faktor repräsentiert, wie beim vorherigen Beispiel, vom Bit-Fehler-Raten-Detektor 578 auf dem Telemetriepfad 585. Die Polarisationsmodulationscontroller können optional dynamische Kontrollpolarisationsmodulatoren 540 sein, wie gezeigt.
Die Vielzahl optischer Quellen 501-1, 502-2, ... 501-N erzeugt eine Vielzahl optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen, λ₁, λ₂, ... λ_N, wie gezeigt, und definieren auf diese Weise eine Vielzahl von N optischen Kanälen 502-1, 502-2, ... 502-N. Die optischen Quellen 501 können derart ausgebildet sein, daß die optischen Kanäle 502 im wesentlichen die gleiche optische Leistung aufweisen. In diesem illustrativen Beispiel durchläuft jeder optische Kanal 502 individuelle Polarisationsmodulatoren 510 und individuelle Polarisationscontroller 514. Die Polarisationscontroller 510-1, 510-2, ... 510-N modulieren den SOP der optischen Kanäle 502-1, 502-2, ... 502-N als Antwort auf das Polarisationsmodulationskontrollsignal β₁, β₂ ... β_N, das durch den Polarisationsmodulationscontroller 520 erzeugt wird. Das Polarisationsmodulationskontrollsignal β₁, β₂ ... β_N, kann z. B. ein sinusförmiges Signal sein, beschrieben durch:
wobei w die Polarisationsmodulationsfrequenz und δ die relative Phase ist. In diesem illustrativen Beispiel ist ω konstant, das ist ω₁ = ω₂ = ω_N = ω, wobei δ und A variabel sein können. Z. B. kann die Amplitude A derart ju stiert sein, daß die Durchschnittswerte der SOP der optischen Kanäle im wesentlichen gleich Null sind. Auf gleiche Weise wie in 1 wirken die Polarisationsmodulatoren 510, um kontinuierlich die SOP der optischen Kanäle 502 zu modulieren, so daß kein Polarisationszustand bevorzugt ist während eines Zeitintervalls, das zu einem Modulationszyklus der Polarisationsmodulatoren 510 korrespondiert. Auf diese Weise ist jeder optische Kanalausgang 502 von den Polarisationsmodulatoren 510 im wesentlichen polarisiert, das bedeutet, daß der Durchschnittswert der SOPs über das Modulationszeitintervall im wesentlichen gleich Null ist. Darüber hinaus führt dies zu einem optischen Wellenlängenmultiplexsignal 523, das vom N × 1-Multiplexer 515 austritt mit einem SOP mit einem im wesentlichen Nulldurchschnittswert. In einem Modulationszyklus kann jeder Modulationsmodulator 510 den SOP eines optischen Kanals 502 modulieren, so daß er einen kompletten großen Kreis auf einer Poincare-Kugel nachzeichnet. Alternativ kann der SOP um die Trajektorie auf der Poincare-Kugel hin und her schwanken, ohne einen kompletten großen Kreis zu zeichnen. Wieder, unabhängig von der einzelnen gewählten Trajektorie, ist es wichtig, daß der Durchschnittswert des SOP der optischen Kanäle 502 über den Modulationszyklus im wesentlichen gleich Null ist. Die polarisationsmodulierten optischen Kanäle 511, die von den Polarisationsmodulatoren 510 ausgehen, werden von N × 1-Multiplexern 515 empfangen, wo sie in ein optisches Einzelwellenlängenmultiplexsignal 523 kombiniert werden.
Die oben beschriebene Polarisationsmodulation resultiert in einem Durchschnittswert des SOP für jeden optischen Kanal 502, der im wesentlichen gleich Null über jedem Modulationszyklus ist. Daher ist der Durch schnittswert des SOPs des optischen Wellenlängenmultiplexsignales 523 im wesentlichen gleich Null über jedem Modulationszyklus. Durch selektive Varianten der relativen Phase β_i und des Modulationsfrequenzsteuersignals β_i in Gleichung (1) unter der Kontrolle des Polarisationsmodulationscontrollers 520, und durch Justieren der Polarisationscontroller 514 sind alle SOPs der polarisationsmodulierten optischen Kanäle 511 entlang einiger besonderer großer Kreistrajektorien auf der Poincare-Kugel in gleicher Anordnung wie in 2 getrennt. Bei einigen Anwendungen der Erfindung ist es wünschenswert, den besonderen großen Kreis derart auszuwählen, daß er der gleiche große Kreis ist, wie er von den Polarisationsmodulatoren verwendet wird. Alternativ kann der SOP unabhängig sein, was bedeutet, daß sie nicht den gleichen großen Kreis auf der Poincare-Kugel teilen. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß die Polarisationscontroller 515 in diesem Beispiel der Erfindung verwendet werden, um die SOPs der optischen Kanäle zu orientieren, die aus den Polarisationsmodulatoren 510 in die gleiche große Kreistrajektorie austreten. Wie beim vorherigen illustrativen Beispiel ist die Trennung zwischen SOPs mit optischem Signal mit benachbarten Wellenlängen zweckmäßig durch den Trennwinkel α ^_i,j auf der Poincare-Kugel wie in 2 gezeigt beschrieben. Gemäß den Prinzipien der Erfindung justieren Polarisationsmodulatoren 510 dynamisch die relative Phase des Modulationsfrequenzsteuersignals δ_i'' und der Trennwinkel α_i,j' als Antwort zum Modulationsfrequenzsteuersignal β_i von Polarisationsmodulationscontrollern 520. Die initialen Trennwinkel α_ij können z. B. näherungsweise 180° betragen, so daß SOPs der ungerade numerierten Kanäle im wesentlichen orthogonal zu den geradzahlig numerierten Kanälen sind. Wie der sei es betont, daß unabhängig von den gewählten Initialwerten der Trennwinkel α_ij dynamisch justiert sind, um den Q-Faktor zu maximieren, wie er am optischen Empfänger 575 gemessen ist. Demzufolge werden die aktuellen Trennwinkel α_ij zu einem gegebenen Zeitpunkt von den initial ausgewählten Werten variieren. Wie beim vorherigen illustrativen Beispiel sind zusätzlich zu der oben beschriebenen Trennung der SOPs der optischen Kanäle alle optischen Kanäle simultan entlang einer großen Kreispolarisationsmodulationstrajektorie bewegt, wie oben beschrieben, derart, daß im wesentlichen der Nulldurchschnittswert der SOPs des optischen Wellenlängenmultiplexsignals 523 aufrechterhalten ist. Der Polarisationscontroller 540 ist an dem Ausgang des N × 1-Multiplexers 515 verwendet, um die Startorientierung der SOPs des Wellenlängenmultiplexausgangssignals in den optischen Übertragungspfad 585 zu setzen. Es sei erwähnt, daß der Polarisationscontroller 540 optional ist, da er lediglich eine zusätzliche Flexibilität in der Polarisationskontrolle bereitstellt. Dies ist so, daß es bewiesen ist, daß die Startorientierung des Wellenlängenmultiplexausgangssignals auch unter Verwendung der Polarisationscontroller 514 verwendet werden kann. Der Polarisationscontroller 540 kann in die SOP-Orientierung als Antwort auf das Kontrollsignal 534 vom Polarisationsmodulationscontroller 520 setzen. Der Polarisationsmodulationscontroller 520 kann die Trennwinkel α_ij und den Start-SOP kontrollieren unter Verwendung des sequentiellen Ursache- und Wirkungs-Schemas oder der oben beschriebenen Zittertechnik unter Bezugnahme auf die 3 und 4.
6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer dritten Anordnung der Elemente gegenüber der Erfindung. Gezeigt sind ein optischer Übertrager 600; ein opti scher Übertragungspfad 670; ein optischer Empfänger 675; ein Bit-Fehlerratendetektor 678; und ein Telemetriepfad 695. Der optische Übertragungspfad 670, der optische Empfänger 675, der Bit-Fehlerratendetektor 678 und der Telemetriepfad 695 gleichen in Form und Wirkungsweise den korrespondierenden Elementen, die in 1 gezeigt sind. Der optischer Übertrager 600 ist, wie gezeigt, an einen optischen Übertragungspfad 670 und optischen Empfänger 675 gekoppelt, um ein optisches Übertragungssystem 690 zu bilden. Der optische Übertrager 600 umfaßt eine Vielzahl von Datenquellen 680, eine Vielzahl von Datenmodulatoren 685, eine Vielzahl optischer Quellen 601 zum Erzeugen einer Vielzahl optischer Kanäle 602; eine Vielzahl optischer Controller 606, 617, 621 und 629; einen N × 1-Multiplexer 615; einen Polarisationsfilter 612; einen Polarisationsmodulator 619; ein Uhrwerk 676; einen Phasenschieber 620; einen Controller 630; und ein justierbares doppelbrechendes Element 622. Es sei erwähnt, daß die den optischen Übertrager 600 bildenden Elemente in Form, Anordnung und Wirkungsweise den in 1 gezeigten gleichen, mit dem Hinzufügen von Datenquellen 680, Datenmodulatoren 685, Phasenschiebern 620 und einem Uhrwerk 676. Diese zusätzlichen Elemente werden verwendet, um die Daten und Polarisationsmodulation zu synchronisieren, wie unten beschrieben, die in großen Anwendungen der Erfindung vorteilhaft sein kann. Zusätzliche Erörterungen der Daten und Polarisationsmodulationssynchronisation kann in der ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung EP 0 704 996 entnommen werden.
Die Datenmodulationen 685 empfangen Daten, um sie auf die optischen Kanäle 602 von den Datenquellen 680 zu übertragen und die optischen Kanäle 602 einer Frequenz zu modulieren, die durch das Uhrwerk 676 bestimmt ist. Gemäß den Prinzipien der Erfindung steuert das Uhrwerk auch den Polarisatinsmodulator 619 über eine variable Verzögerungsleitung an, z. B. Phasenschieber 620 wie gezeigt, so daß der SOP des optischen Wellenlängenmultiplexsignals 616, das aus dem N × 1-Multiplexer 615 austritt, polarisationsmoduliert mit einer Rate ist, die gleich zu der Rate ist, bei der Daten auf die optischen Kanäle 602 übertragen werden. Auf diese Weise verursacht das Uhrwerk 676 die Rate der Polarisationsmodulation frequenz- und phasenstarr zu der Rate der Datenmodulation zu sein. Während ein Phasenschieber 620 in 6 bezeichnet ist, ist zu beachten, daß jede Verzögerungslinie verwendet werden kann. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß der Phasenschieber 620 verwendet wird, um die relative Abstimmung zwischen der Polarisations- und Datenmodulation zu justieren. Alternativ kann diese relative Zeiteinstellung unter Verwendung einer Vielzahl variabler Verzögerungsleitungen implementiert werden, wobei eine Verzögerungsleitung zwischen jedem Datenmodulator 685 und N × 1-Multiplexer 615 angeordnet ist, entweder aufsteigend oder absteigend von den Polarisationscontrollern 606. Eine Vielzahl von variablen Verzögerungsleitungen kann zwischen dem Uhrwerk 676 und Datenmodulatoren 685 verwendet werden, entweder aufsteigend oder absteigend von Datenquellen 608. Wie die oberen Alternativen zeigen, kann die relative Zeiteinstellung zwischen der Polarisations- und Phasenmodulation beeinflußt werden gemäß der Erfindung durch Einführen einer Verzögerung auf der Vielzahl der optischen Kanäle, oder durch Einführen von Verzögerungen des optischen Wellenlängenmultiplexsignals, oder durch Verwenden einer Kombination hiervon. Es sei erwähnt, daß der Umfang der Erfindung die Leistung von synchroner Daten- und Polarisationsmodulation auf allen optischen Kanälen und ausgewählten optischen Kanälen umfaßt. Derartige synchrone Polarisation und Datenmodulation stellt vorzugsweise für einen Wellenlängenmultiplexübertrager bereits mit einer nahezu optimalen Balance zwischen niedriger Geschwindigkeit und Hochgeschwindigkeit der Polarisationsmodulation, die die verschlechternden Effekte der AM-Modulation minimiert, die durch Modulation geringer Geschwindigkeit verursacht wird und zunehmende Bandbreite verursacht durch Hochgeschwindigkeitsmodulation.
7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer vierten Anordnung von Elementen gemäß der Erfindung. Gezeigt sind ein optischer Übertrager 700; ein optischer Übertragungspfad 770; ein optischer Empfänger 750; ein Bit-Fehlerratendetektor 778; und ein Telemetriepfad 795. Der optischer Übertrager 700 umfaßt eine Vielzahl von Datenquellen 780, eine Vielzahl von Datenmodulatoren 785; eine Vielzahl optischer Quellen 701 zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Kanäle 702; eine Vielzahl optischer Modulationscontroller 706, 717, 721 und 729; einen N × 1-Multiplexer 715; einen Polarisationsfilter 712; einen Polarisationsmodulator 719; ein Uhrwerk 776; Phasenschieber 720 und 786; einen optischen Phasenmodulator 784; einen Controller 730; und ein justierbares doppelbrechendes Element 722, die wie gezeigt miteinander verbunden sind. Der optische Übertrager ist mit dem optischen Übertragungspfad 770 und die optischen Empfänger 775 verbunden, um das optische Übertragungssystem 790 zu bilden. Der Bit-Fehlerratendetektor 778 ist mit dem optischen Empfänger 775 verbunden und überträgt ein Signal, das eine Leistungskennzahl wie der Q-Faktor ist, zum Controller 730 im optischen Übertrager 700 über den Telemetriepfad 795. Es sei erwähnt, daß die in 7 gezeigten Elemente in Form und Wirkungsweise den korrespondierenden Elementen gleichen, die in 6 gezeigt sind, mit dem Hinzufügen des optischen Phasenmodulators 784 und einer variablen Verzögerungsleitung, die z. B. ein Phasenschieber 786 wie gezeigt sein kann.
In diesem illustrativen Beispiel steuert das Uhrwerk 776 sowohl den Polarisationsmodulator 719 und den Phasenmodulator 784 über Phasenschieber 785 und 786. Der optische Phasenmodulator 784 moduliert die optische Phase des optischen Wellenlängernmultiplexsignals 716 ohne die Polarisation des Signals zu modulieren. Mit dem Stand der Technik Vertraute erkennen, daß der optische Phasenmodulator 784 ausgebildet sein kann, um einen festen Wert einer Phasenverschiebung auf das optische Wellenlängenmultiplexsignals 716 zu übertragen, das vom N × 1-Multiplexer 715 ausgeht. In solch einem Fall kann der Phasenschieber 786 entfernt werden. Jedoch ist es bevorzugt in vielen Anwendungen der Erfindung, selektiv den Phasenwert der optischen Modulation unter Verwendung des Phasenschiebers 786 wie gezeigt zu variieren. Gemäß der Erfindung, durch Einfügen einer übermäßigen Phasenmodulation, können viele Amplitudenfehler reduziert werden, die unvorteilhaft die Leistungsfähigkeit des Wellenlängenmultiplexübertragungssystems beeinflussen, wenn ein rückkehrfreies zu-Null-Modulationsformat verwendet wird. Die Art, in der das Uhrwerk 776 die Polarisationsmodulatoren 719 und den Phasenmodulator 784 steuert, und die operativen Details der Phasenschieber 720 und 785 sind in der ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung EP 0 704 996 beschrieben.
Es sei erwähnt, daß die Funktion der Phasenmodulation 784 direkt in die Modulationsmodulatoren 719 aufgenommen sein kann, was bei einigen Anwendungen der Erfindung wünschenswert sein kann, bei denen der Phasenmodulator 784 entfernt sein kann.
8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer fünften Anordnung der Elemente gemäß der Erfindung. Gezeigt sind ein optischer Übertrager 800; ein optischer Übertragungspfad 870; ein optischer Empfänger 875; ein Bit-Fehlerratendetektor 878; und ein Telemetriepfad 895. Der optische Übertrager 800 umfaßt eine Vielzahl Datenquellen 880, eine Vielzahl von Datenmodulatoren 885, eine Vielzahl optischer Quellen 801 zum Erzeugen einer Vielzahl optischer Kanäle 802; eine Vielzahl optischer Polarisationsmodulatoren 810; eine Vielzahl optischer Polarisationscontroller 806 und 804; einen N × 1-Multiplexer 815; einen Polarisationsmodulationscontroller 820; und, ein Uhrwerk 876, die wie gezeigt verbunden sind. Der optische Übertrager 800 ist mit dem optischen Übertragungspfad 870, dem optischen Empfänger 875 verbunden, um das optische Übertragungssystem 890 zu bilden. Der Bit-Fehlerratendetektor 878 ist mit dem optischen Empfänger 875 verbunden und überträgt ein Signal, das eine Leistungskennzahl (Q-Faktor im Beispiel) zum Polarisationscontroller 820 im optischen Übertrager 800 über einen Telemetriepfad 895 überträgt. Es sei erwähnt, daß die in 8 gezeigten Elemente in Form, Anordnung und Wirkungsweise den in 5 gezeigten gleichen, mit dem Hinzufügen der Datenquellen 880, Datenmodulatoren 885 und dem Uhrwerk 876, das verwendet wird, um die Daten und Polarisationsmodulation unter Bezugnahme auf 6 zu synchronisieren.
Die Datenmodulationen 885 empfangen Daten, um sie auf die optischen Kanäle 802 von den Datenquellen 880 zu übertragen und die optischen Kanäle 802 bei einer durch das Uhrwerk 876 bestimmten Frequenz zu modulie ren. Gemäß den Prinzipien der Erfindung steuert das Uhrwerk 876 auch die Polarisationsmodulatoren 810, so daß der SOP der optischen Kanäle 802 polarisationsmoduliert sind mit einer Rate, die gleich zu der Rate ist, mit der Daten auf die optischen Kanäle 802 übertragen werden. Diese synchrone Daten- und Polarisationsmodulation ist auf gleiche Weise durchgeführt wie die unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen. Es ist naheliegend, für mit dem Stand der Technik Vertraute, daß die Verzögerungsleitung, wie ein Phasenschieber, der in dem vorherigen Beispiel der synchronen Daten- und Polarisationsmodulation verwendet wird, nicht notwendig in diesem Beispiel der Erfindung ist, da die Phasenverzögerung durch die Polarisationsmodulation 810 unter der Kontrolle des Polarisationsmodulationscontrollers 820 durchgeführt wird. Darüber hinaus kann die übermäßige Phasenmodulationstechnik, die unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wurde, durch die Polarisationsmodulation 810 unter der Kontrolle der Polarisationsmodulationscontroller 820 durchgeführt werden, da die relative Phase zwischen den optischen Kanälen 802 wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben variiert werden kann. Alternativ können variable Verzögerungsleitungen verwendet werden, um eine Phaseneinstellung zwischen der Daten- und Phasenmodulation wie in 6 einzuführen. In einem solchen Fall ist eine variable Verzögerungsleitung wie ein Phasenschieber zwischen jeden Datenmodulator 885 und Polarisationsmodulator 810 angeordnet und mit dem Uhrwerk 876 verbunden.
Es ist selbstverständlich, daß besondere oben beschriebene Techniken nur Prinzipien der Erfindung illustrieren, und daß vielfältige Modifikationen von mit dem Stand der Technik Vertrauten realisiert werden können ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der nur durch die angefügten Ansprüche begrenzt ist. Z. B. der Wellenlängenausgang der optischen Quellen, oder die Amplitude der Ausgangssignale, können kontrolliert sein.

Claims

Verfahren zur Modulation einer Zustandspolarisation eines optischen Signals zur Verwendung in einem optischen Übertragungssystem, umfassend die Schritte: Modulieren der Zustandspolarisation des optischen Signals derart, daß der Durchschnittswert der Zustandspolarisation des optischen Signals über jeden Modulationszyklus im wesentlichen gleich Null ist; dadurch gekennzeichnet, daß das optische Signal eine Vielzahl optischer Kanäle aufweist; und durch Orientieren der Zustandspolarisation vorbestimmter optischer Signalkanäle des optischen Signals als Antwort auf ein indikatives Signal einer vorbestimmten Performance des optischen Übertragungssystems, während der im wesentlichen Null-Durchschnittswert der Zustandspolarisation des optischen Signals über jeden Modulationszyklus aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Charakteristik das Störsignalverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Charakteristik der Q-Faktor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der optischen Kanäle optische Wellenlängen-Multiplex-Kanäle sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Kanäle des optischen Signals und wenigstens ein anderer Kanal des optischen Signals im wesentlichen identische optische Leistungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl der optischen Wellenlängen-Multiplex-Kanäle durch eine Vielzahl optischer Quellen gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei wenigstens eine der optischen Wellen einen Laser umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Laser einen wellenlängenabstimmbaren Laser umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Laser ein kontinuierliches optisches Signal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend den Schritt der Datenmodulation auf wenigstens einem Kanal des optischen Wellenlängen-Multiplex-Signals bei einer vorbestimmten Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Modulation der Zustandspolarisation den Schritt der Modulation bei einer Frequenz umfaßt, die phasenstarr ist und im wesentlichen gleich zu der vorbestimmten Frequenz ist, so daß die Zustandspolarisation über jeden Modulationszyklus im wesentlichen gleich Null ist.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend einen Schritt der selektiven Variation der Phase der Polarisationsmodulation, übertragen auf das optische Signal.