-
Die
Erfindung fällt
in das Gebiet der Übertragungen
digitaler Daten durch optische Vorrichtungen. Sie betrifft insbesondere
die Hochgeschwindigkeitsübertragung
auf Langstreckenverbindungen, für
die Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
-
Eine
solche Übertragung
erfolgt mit Hilfe eines optischen Senders, der mit einem optischen Empfänger über die
Lichtleitfaser verbunden ist. Der Sender nutzt eine optische Trägerwelle
aus einem Laseroszillator und moduliert im Allgemeinen ihre Leistung
in Abhängigkeit
von der zu übertragenden Information.
Sehr oft wird eine NZR- oder RZ-Modulation verwendet, die darin
besteht, dass man die Leistung der Trägerwelle zwischen zwei Werten wechseln
lässt:
Einem unteren Signalpegel, der einer Auslöschung der Welle entspricht,
und einem oberen Pegel, der einer maximalen optischen Leistung entspricht.
Diese Wechsel des Signalpegels werden zu Zeitpunkten ausgelöst, die
von einem Uhrentakt vorgegeben werden, der auf diese Weise aufeinander folgende
Zeitzellen definiert, welche den zu übertragenden binären Daten
zugewiesen werden. Üblicherweise
entsprechen die unteren und oberen Pegel den binären Werten "0" beziehungsweise "1".
-
Generell
ist der maximale Abstand einer Übertragung
durch die Möglichkeit
für die
Empfänger begrenzt,
diese beiden Leistungspegel nach der Ausbreitung der modulierten
Welle in der optischen Verbindung fehlerfrei zu erkennen. Um diesen
Abstand zu erhöhen,
ist man im Allgemeinen bestrebt, das Verhältnis zwischen der mittleren
optischen Leistung der oberen Pegel zu derjenigen der unteren Pegel
zu erhöhen,
wobei dieses Verhältnis
den "Extinktionskoeffizienten" definiert, der eines
der Wesensmerkmale der Modulation ist.
-
Im Übrigen ist
für einen
gegebenen Abstand und einen gegebenen Extinktionskoeffizienten die Übertragungsgeschwindigkeit
der Information durch die chromatische Streuung begrenzt, die in
den Lichtleitfasern hervorgerufen wird. Diese Streuung, welche sich
aus einer Abhängigkeit
des Effektivindex der Lichtleitfaser von der Wellenlänge der
transportierten Welle ergibt, hat zur Folge, dass die Breite der
gesendeten Impulse nach und nach mit ihrer Ausbreitung entlang der
Lichtleitfaser ansteigt.
-
Dieses
Phänomen
ist durch den Streu- oder Dispersionsfaktor D der Lichtleitfaser
gekennzeichnet, der als Funktion seiner Ausbreitungskonstante β definiert
ist durch:
D = –(2πc/λ2)·d2β/dω2, wobei λ und ω die Wellenlänge beziehungsweise
die Kreisfrequenz der Welle sind.
-
Der
Wert und das Vorzeichen des Streufaktors D hängen vom Typ der Lichtleitfaser
und von der Übertragungswellenlänge ab.
Zum Beispiel ist bei den häufig
verwendeten Einmoden- oder sogenannten "Standard"-Lichtleitfasern für λ = 1,55 μm der Streufaktor D positiv
und hat den Wert 17 ps/(nm·km).
Dagegen ist der Streufaktor D für λ = 1,30 μm gleich
null. Grundsätzlich
kann der Streufaktor positiv, null oder negativ sein, je nach Wellenlänge und
Typ der verwendeten Lichtleitfaser.
-
Wenn
der Streufaktor D nicht gleich null ist, wurde zum Ausgleichen des
Phänomens
der Verbreiterung der Impulse im Fall einer NRZ- oder RZ-Modulation
vorgeschlagen, eine Modulation der Phase φ – also der Frequenz oder der
Kreisfrequenz – der
Trägerwelle
in Korrelation zur Leistungsmodulation zu erzeugen. Die Phase φ entspricht
hier der Konvention, nach der das elektrische Feld der Trägerwelle
in Abhängigkeit
von der Zeit t durch einen komplexen Ausdruck des Typs AP exp(jω0t) dargestellt wird und das Feld einer gesendeten
Welle S mit Amplitude A durch S = A exp[j(ω0t
+ φ)],
wobei ω0 die Kreisfrequenz der Trägerwelle
und φ die
Phase der gesendeten Welle ist.
-
Genauer
ausgedrückt:
Um einen Ausgleich der chromatischen Streuung zu erreichen, und
wenn der Streufaktor D positiv ist, muss die Phase auf den steigenden
Flanken der Impulse abnehmen und auf den fallenden Flanken zunehmen.
Man sagt in diesem Fall, dass die modulierte Welle einen kurzzeitigen
negativen "Chirp" aufweist. Wenn dagegen
der Streufaktor D negativ ist, muss die Phasenmodulation umgekehrt
werden, und der kurzzeitige "Chirp" ist dann positiv.
-
Um
diese Modulation zu charakterisieren, führt man einen Parameter α für den kurzzeitigen "Chirp" ein, der definiert
ist durch:
α =
2P·(dφ/dt)/(dP/dt),
wobei P die Leistung der modulierten Welle und φ ihre in Radiant (rad) ausgedrückte Phase
ist.
-
Man
nimmt zum Beispiel an, dass bei den zuvor genannten Standard-Lichtleitfasern
und für λ in der Nähe von 1,55 μm der Wert
des Parameters α in der
Näherung,
in der a konstant ist, konstant und ungefähr gleich –1 sein muss.
-
Nach
einem anderen Ansatz wird vorgeschlagen, die Breite des Spektralbandes
des zu übertragenden
Signals mit Hilfe einer geeigneten Codierung zu verringern. Insbesondere
wurde vorgeschlagen, einen auf dem Gebiet der elektrischen Übertragungen
allgemein bekannten duobinären
Code zu verwenden. Dieser Code besitzt nämlich die Eigenschaft, die
Breite des Signalspektrums durch zwei zu teilen. Nach der klassischen
Definition dieses Codes verwendet man ein Signal mit drei Signalpegeln,
die durch 0, + beziehungsweise – symbolisiert
sind. Der binäre
Wert 0 wird durch den Signalpegel 0 codiert, der Wert 1 ist entweder
durch den Pegel + oder den Pegel – codiert, und zwar mit der
Codierungsregel, nach der die Pegel, die zwei aufeinander folgende Blöcke von
1 codieren, welche eine gerade beziehungsweise ungerade Anzahl von
aufeinander folgenden "0"-Werten umgeben,
identisch beziehungsweise verschieden sind.
-
Die
Verwendung des duobinären
Codes für optische Übertragungen
wurde in dem Artikel unter dem Titel "10 Gbit/s unrepeatered three-level optical transmission
over 100 km of standard fibre",
X.Gu und andere, ELECTRONICS LETTERS, 9. Dezember 1993, Band 29,
Nr. 25, erwähnt.
Nach diesem Artikel entsprechen die drei Signalpegel 0, +, – jeweils drei
Pegeln der optischen Leistung.
-
Die
französische
Patentanmeldung Nr. 94 047 32, veröffentlicht unter der Nummer
FR-A-2 719 175, beschreibt ebenfalls eine auf die Optik angewendete
duobinäre
Codierung. Nach diesem Dokument entspricht der binäre Wert "0" immer einem niedrigen Pegel der optischen
Leistung, die Symbole + und – entsprechen
jedoch immer demselben hohen Pegel der optischen Leistung und unterscheiden
sich durch eine Phasenverschiebung der optischen Trägerwelle
gleich 180°.
-
Die
Verwendung dieses letztgenannten duobinären Codes mit Phasenumkehr
wird auch im Artikel "Optical
duobinary transmission system with no receiver sensitivity degradation", K. Yonenaga und andere,
ELECTRONICS LETTERS, 16. Februar 1995, Band 31, Nr. 4, erwähnt.
-
Nach
Simulationen und Tests, bei denen jeweils die Versuchsparameter
verändert
wurden, hat sich herausgestellt, dass in der Tat eine Verbesserung
erzielt wird, und zwar zunächst
unter der Bedingung, dass eine Phasenverschiebung der Trägerwelle
im Inneren jeder "0" erfolgt, die jedem "1"-Block oder jeder einzelnen "1" vorausgeht oder folgt. Der Absolutwert
der Phasenverschiebung kann ungefähr 180° sein. Außerdem muss die mittlere optische
Leistung der niederen Pegel, welche die "0"-Werte codieren, einen
ausreichenden Wert im Verhältnis
zu jenem der hohen Pegel haben, um Interferenzen zwischen Symbolen
zu erzeugen, die einen Ausgleich der chromatischen Streuung begünstigen.
Dies läuft darauf
hinaus, dass der Extinktionskoeffizient einen endlichen Wert annehmen
muss.
-
Die
vorausgehenden Überlegungen
haben dazu geführt,
ein neues optisches Übertragungsverfahren
zu definieren, das als "Binärübertragung
mit geglättetem
Phasenverlauf" oder
PSBT (für
englisch "Phase-Shaped
Binary Transmission")
bezeichnet wird. Dieses Verfahren wird insbesondere in der europäischen Patentanmeldung
EP-A-0 792 036 beschrieben, die unter der Nr. 97400345.1 beantragt wurde.
-
Für die Umsetzung
des PSBT-Verfahrens muss somit eine Sendevorrichtung hergestellt
werden, welche insbesondere in der Lage ist, auf die Trägerwelle
eine Phasenverschiebung in der Größenordnung von 180° im Absolutwert
im Innern jeder Zelle anzuwenden, die einer logischen "0" entspricht, und die jeder Zelle, welche
eine logische "1" enthält, vorausgeht
oder auf sie folgt.
-
Eine
Lösung,
die zum Beispiel einen Laseroszillator einsetzt, der mit einem elektrooptischen Leistungsmodulator
gekoppelt ist, welcher seinerseits mit einem elektrooptischen Phasenmodulator gekoppelt
ist, weist jedoch den Nachteil auf, dass sie eine komplexe und kostspielige
elektronische Steuerung erfordert.
-
In
Wirklichkeit ist es überhaupt
nicht von Nachteil, dass die Phasenverschiebungen systematisch in
jeder Zelle erfolgen, die eine logische "0" enthält. Diese
Möglichkeit
führt zu
einer einfacheren Ausführung,
die mit einem interferometrischen Mach-Zehnder-Modulator arbeitet.
Ein solcher Modulator weist eine Interferometer-Struktur auf, die
aus einem Eingangs-Lichtwellenleiter besteht, welcher sich in zwei
Zweige unterteilt, die sich wieder vereinen, um einen Ausgangs-Lichtwellenleiter
zu bilden. Elektroden sind vorgesehen, um jeweils durch die zwei
Zweige elektrische Felder anzulegen. Wenn der Eingangs-Lichtwellenleiter
eine Trägerwelle
mit konstanter Leistung empfängt,
breiten sich zwei Teilwellen in den beiden Zweigen aus und interferieren
am Ausgang. Der Ausgangs-Lichtwellenleiter liefert dann eine Welle,
deren Leistung und Phase von den Werten der elektrischen Steuerspannungen
abhängen, die
an den Elektroden angelegt sind. Phasenverschiebungen von ungefähr 180° können zu
den Zeitpunkten auftreten, in denen die Momentanleistung der gesendeten
Welle gleich null ist.
-
Um
die Bedingungen der PSBT-Modulation zu erfüllen, muss die elektrische
Steuerung zunächst eine
Amplitudenmodulation mit drei Hauptpegeln in Abhängigkeit von dem zu sendenden
Signal entsprechend der duobinären
Codierung aufweisen. Die Steu erung muss auch eine Schwingung mit
geringer Amplitude aufweisen, die während der Sequenzen aufeinander
folgender "0"-Werte aufrechterhalten wird.
Folglich muss man die Ausgangselektroden so polarisieren, dass dann,
wenn keine Modulation vorhanden ist, die Gleichspannungskomponenten
der angelegten elektrischen Spannungen der Art sind, dass die Interferenz
der beiden Teilwellen so destruktiv wie möglich ist.
-
Falls
die modulierte Steuerung nur an einer einzigen Elektrode angelegt
wird, während
die andere Elektrode eine feste Polarisationsspannung empfängt, weist
das aus dem Modulator kommende optische Signal einen kurzzeitigen "Chirp" ungleich null auf,
der positiv oder negativ sein kann, je nach Abfolge der angetroffenen
binären
Daten und je nachdem, ob man sich auf einer steigenden oder fallenden
Leistungsflanke befindet.
-
Um
diesen kurzzeitigen nicht kontrollierten "Chrip" zu eliminieren, besteht eine Lösung darin, eine
nach dem "Push-Pull"-Prinzip arbeitende
Steuerung anzuwenden, der zufolge man an der einen der Elektroden
eine modulierte Spannung anlegt, wie zuvor dargestellt, und an der
anderen Elektrode eine modulierte Spannung mit entgegengesetzter
Phase.
-
Die
Tests an Standardfasern haben gezeigt, dass die PSBT-Modulation Übertragungsabstände ermöglicht,
die deutlich höher
sind als jene, die mit einer NRZ- oder RZ-Modulation möglich wären. Zum Beispiel
kann man ein Signal mit einer Übertragungsgeschwindigkeit
von 10 GBit/s über
eine Strecke von 240 km übertragen,
wohingegen mit der NRZ-Modulation nur etwa 70 km möglich sein.
-
Allerdings
können
die tatsächlichen
Ausführungen
von PSBT-Modulatoren,
insbesondere die oben angesprochenen mit Interferometer-Struktur, ganz
unabhängig
von den Nutzungsbedingungen nicht immer die beste Übertragungsqualität garantieren.
-
Zum
Beispiel weist bei transozeanischen Langstreckenübertragungen die optische Verbindung zahlreiche
Verstärker
auf. Der Extinktionskoeffizient erfährt dann aufgrund des durch
die Verstärker
verursachten Rauschens bedeutende Verschlechte rungen. Es ist daher
nützlich,
diesen Extinktionskoeffizienten beim Senden einstellen zu können, um
ihm einen optimalen, das heißt
ausreichend hohen, Wert zu geben, um die Verstärker zu berücksichtigen, jedoch auch ausreichend
niedrig, damit die Interferenzen zwischen Zeichen die Verbreiterung
der Impulse ausgleichen, die insbesondere durch die chromatische Streuung
bedingt sind. Eine solche Einstellung ist allerdings diffizil in
der Umsetzung in Bezug auf die Steuerung des PSBT-Modulators.
-
Untersuchungen
zeigen im Übrigen,
dass die Abstände
bei einer Übertragung
durch PSBT-Modulation erhöht
werden können,
indem man einen kurzzeitigen "Chirp" einführt, dessen
Vorzeichen und optimaler Wert insbesondere vom Streufaktor D der
Faser, vom gewünschten Übertragungsabstand
sowie von nicht linearen Effekten (Kerr-Effekt) abhängen. Wie
bereits zuvor gesehen, gestattet die Lösung des interferometrischen
Modulators nicht ohne weiteres, einen kurzzeitigen "Chirp" mit vorgegebenem
Vorzeichen und Wert einzustellen.
-
Daher
hat die Erfindung zum Ziel, eine Sendevorrichtung mit höherer Nutzungsflexibilität vorzustellen,
die ihre Optimierung für
jeden Typ einer optischen Verbindung und für jeden Übertragungsabstand erleichtert.
-
Genauer
ausgedrückt,
ist das Ziel der Erfindung eine Sendevorrichtung für ein optisches
Signal in Form einer optischen Trägerwelle, die in Abhängigkeit
von einem binären
elektrischen Eingangssignal moduliert wird, wobei ein Uhrentakt
aufeinander folgende Zeitzellen definiert, welche im Eingangssignal erste
oder zweite Modulationspegel definieren, wobei diese Vorrichtung
einen ersten elektrooptischen Modulator aufweist, der in der Lage
ist, als Antwort auf das genannte elektrische Eingangssignal ein
optisches Signal mit kontrollierter Phase zu liefern, welches eine
optische Leistung aufweist, die zwischen niedrigen Pegeln und hohen
Pegeln moduliert wird, welche den genannten ersten beziehungsweise zweiten
Modulationspegeln des Eingangssignals entsprechen, sowie eine Phasenverschiebung
im Inneren jeder Zeitzelle, die einen niedrigen Leistungspegel enthält und die
einer Zelle vorausgeht oder auf sie folgt, welche einen hohen Leistungspegel
enthält; hierbei
ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten
elektrooptischen Modulator aufweist, der von dem genannten Eingangssignal
gesteuert wird und optisch mit dem ersten elektrooptischen Modulator
in der Weise gekoppelt ist, dass auf das optische Signal mit kontrollierter
Phase eine ergänzende
Leistungs- und/oder Phasenmodulation angewendet wird, und zwar so,
dass sein Extinktionskoeffizient modifiziert wird beziehungsweise
auf dieses Signal ein kurzzeitiger "Chirp" angewendet wird.
-
Um
die Einstellung der Modulationsmerkmale der Vorrichtung zu erleichtern,
ist der erste elektrooptische Modulator vorzugsweise so gestaltet,
dass er keinen kurzzeitigen "Chirp" auf das optische
Signal mit kontrollierter Phase anwendet.
-
Diese
letztgenannte Bedingung kann erfüllt werden,
indem eine Interferometer-Struktur des Typs "Mach-Zehnder" mit einer nach dem "Push-Pull"-Prinzip arbeitenden Steuerung verwendet
wird.
-
Genauer
ausgedrückt,
weist nach dieser Ausführungsform
der Erfindung der erste elektrooptische Modulator Folgendes auf:
- – eine
Interferometer-Struktur des Typs "Mach-Zehnder", der zufolge sich ein Eingangs-Lichtwellenleiter
in zwei Zweige unterteilt, um zwei Teilwellen zu leiten, wobei sich
die zwei Zweige wieder vereinen, um einen Ausgangs-Lichtwellenleiter
zu bilden, wobei Elektroden dafür
vorgesehen sind, elektrische Felder durch diese beiden Zweige hindurch
anzuwenden;
- – einen
Steuerkreis, um an die Elektroden jeweils Steuerspannungen anzulegen,
die um die Gleichspannungskomponenten herum Modulationskomponenten
mit entgegengesetzter Phase aufweisen, wobei diese Gleichspannungskomponenten von
der Art sind, dass beim Fehlen von Modulationskomponenten diese
Teilwellen auf destruktive Weise interferieren.
-
Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im weiteren Verlauf der
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Abbildungen ersichtlich werden.
-
1 stellt für verschiedene
Werte eines kurzzeitigen "Chirp" die Schwankungen
der Empfindlichkeit eines Empfängers
in Abhängigkeit
vom Ausbreitungsabstand dar.
-
2 stellt eine Sendevorrichtung
gemäß der Erfindung
dar.
-
3 und 4 stellen die Kennlinien eines Mach-Zehnder-Modulators mit Interfermometer-Struktur
dar.
-
5 stellt einen Steuerkreis
des Interferometer-Modulators
dar.
-
6 und 7 stellen Impulsdiagramme dar, mit deren
Hilfe die Funktionsweise der Sendevorrichtung gemäß der Erfindung
erklärt
werden kann.
-
Die
Kurven von 1 stellen
die Empfindlichkeit s eines Empfängers
in Abhängigkeit
vom Ausbreitungsabstand d auf einer Standard-Lichtleitfaser bei
einer PSBT-Modulation mit 10 GBit/s sowie für verschiedene Werte des kurzzeitigen "Chirp" dar. Die Kurven
wurden für
Verbindungen ohne Verstärker
ermittelt.
-
Die
Empfindlichkeit, die eine Bewertung der Übertragungsqualität darstellt,
ist hier als der Mindestwert der empfangenen mittleren optischen
Leistung (in dBm) definiert, um beim Empfang eine auf 10–9 festgelegte
Fehlerquote zu erzielen.
-
Jede
der Kurven entspricht einem Wert des kurzzeitigen "Chirp", der hier durch
den Wert der Phasenverschiebung Δφc gekennzeichnet
ist, die an jedem Übergang
des optischen Leistungspegels des gesendeten Signals eingeführt wird.
Zum Beispiel entspricht die durch einen durchgehenden dicken Strich
dargestellte Kurve Δφc = 0, das
heißt
einer reinen PSBT-Modulation.
-
Man
sieht insbesondere, dass eine negative Phasenverschiebung Δφc zwischen –π/8 und –π/4 die Übertragung
bei Abständen
unter 70 km begünstigt,
während
eine positive Phasenverschiebung zwischen +π/8 und +π/4 für Abstände über 240 km günstig ist.
-
Außerdem kann
man bei einem üblichen Rauschpegel
der Empfindlichkeit s einen entsprechenden Extinktionskoeffizienten
Tex zuweisen, wie in der Abbildung gezeigt. Man stellt dann fest,
dass ein Extinktionskoeffizient von 7 dB in der Praxis ausreicht.
-
Weitere
Messungen und Simulationen für Langstreckenübertragungen
haben außerdem
den Einfluss des Extinktionskoeffizienten auf die Qualität des empfangenen
Signals gezeigt. Zum Beispiel ermöglicht bei einer Verbindung
von 9000 km, die alle 30 km mit Verstärkern ausgerüstet ist,
ein Extinktionskoeffizient von 13 dB eine Übertragungsgeschwindigkeit
von 10 GBit/s. Generell muss man den Extinktionskoeffizienten erhöhen, wenn
der Abstand zwischen Verstärkern
größer wird
und wenn die Gesamtstrecke der Verbindung zunimmt.
-
Diese
wenigen experimentellen Daten im Rahmen der PSBT-Modulation zeigen die Nützlichkeit,
den Extinktionskoeffizienten leicht einstellen und/oder einen kurzzeitigen "Chirp" mit bestimmtem Vorzeichen
und Wert einführen
zu können.
-
2 stellt in schematischer
Form ein Ausführungsbeispiel
einer Sendevorrichtung gemäß der Erfindung
dar, die diese Einstellungen ermöglicht.
-
Die
Vorrichtung weist einen ersten elektrooptischen Mach-Zehnder-Modulator
auf, der aus einer Interferometer-Struktur 1 und einem
ersten elektronischen Steuerkreis 2 besteht. In einer an
sich bekannten Weise kann die Struktur auf einem Substrat aus Lithiumniobat
(LiNbO3) hergestellt werden. Man kann auch
eine Struktur derselben Konfiguration verwenden, die jedoch auf
einem Substrat aus Elementen der Hauptgruppen III–V wie beispielsweise
Indiumphosphid InP hergestellt ist. Die Struktur 1 weist
einen Eingangs-Lichtwellenleiter Ge auf, der sich in zwei Zweige
Ba, Bb unterteilt, welche sich anschließend wieder vereinen, um einen
Ausgangs-Lichtwellenleiter Gs zu bilden. Elektroden Ka, Ka, die
jeweils an den Zweigen Ba, Bb angeordnet sind, sind dafür vorgesehen,
vom Steuerkreis 2 die Spannungen Va, Vb zu empfangen. Eine
dritte auf der Unterseite der Struktur 1 angeordnete Elektrode
ist mit Masse verbunden.
-
Der
Eingangs-Lichtwellenleiter Ge ist mit einem zweiten elektrooptischen
Modulator gekoppelt, der aus einem optoelektronischen Bauteil 3 und
aus einem zweiten elektronischen Schaltkreis 4 für seine Steuerung
besteht.
-
Das
Bauteil 3 des zweiten Modulators empfängt eine kontinuierliche Welle
L, die von einem nicht dargestellten Laseroszillator abgegeben wird, und
liefert eine modulierte Welle M an die Struktur 1, die
das optische Ausgangssignal S über
ihren Ausgangs-Lichtwellenleiter abgibt.
-
Die
Steuerkreise 2 und 4 empfangen das elektrische
Eingangssignal E und sein Komplement E*.
-
Der
Schaltkreis 4 weist einen Umschalter SW auf, um an den
Eingang eines Verstärkers
A selektiv das Signal E oder sein Komplement E* anzulegen. Auf den
Verstärker
folgt ein Koppler in der Weise, dass an die Elektrode des Bauteils 3 eine
Steuerspannung Vm angelegt wird, die einen Modulationsanteil besitzt,
welcher die Modulation des Signals E oder des Signals E* reproduziert.
Der Koppler ermöglicht
auch, der Steuerspannung Vm eine Gleichstromkomponente Vp zuzuweisen,
welche die Polarisation des Bauteils 3 definiert.
-
Wenn
man nur einen kurzzeitigen "Chirp" einführen möchte, kann
das Bauteil 3 ein Phasenmodulator des bekannten Typs sein.
Seine Struktur ist zum Beispiel identisch mit jener von einem der
Zweige der Interferometer-Struktur 1. Das Vorzeichen des kurzzeitigen "Chirp" wird durch die Stellung
des Umschalters SW festgelegt, während
sein Wert dadurch gewählt
werden kann, dass die Modulationsamplitude der Steuerspannung Vm durch
eine Regelung des Verstärkungsfaktors
A eingestellt wird.
-
Wenn
man den Extinktionskoeffizienten einstellen möchte, ist das Bauteil 3 ein
optischer Leistungsmodulator wie beispielsweise ein Elektroabsorptionsmodulator
oder ein Mach-Zehnder-Modulator
mit Interferometer-Struktur analog zur Struktur 1. Man
kann dann den Extinktionskoeffizienten einstellen, jedoch auch einen
kurzzeitigen "Chirp" einführen, indem
die Polarisation des Elektroabsorptionsmodulators verändert wird
oder indem man die Spannung eines einzigen der Zweige der Mach-Zehnder-Struktur
moduliert.
-
Der
erste elektrooptische Modulator 1,2 ist dafür vorgesehen,
eine reine PSBT-Modulation durchzuführen, das heißt, ohne
einen kurzzeitigen "Chirp" anzuwenden. Folglich
muss eine nach dem "Push-Pull"-Prinzip arbeitende
Steuerung hergestellt werden, und hierfür muss der Steuerkreis 2 jeweils an
die Elektroden Ka, Kb Steuerspannungen Va, Vb anlegen, die um Gleichspannungskomponenten VPa,
Vpb herum Modulationskomponenten ea, eb mit entgegengesetzter Phase
aufweisen. Außerdem sind
diese Gleichspannungskomponenten Vpa, Vpb von der Art, dass dann,
wenn keine Modulationskomponenten ea, eb vorhanden sind, die aus
den Zweigen Ba, Bb austretenden Teilwellen im Ausgangs-Wellenleiter
Gs in destruktiver Weise interferieren.
-
Unter
diesen Bedingungen besitzt der erste Modulator die Betriebskennlinien
der 3 und 4, welche die optische Leistung
Ps beziehungsweise die Phasenverschiebung Δφ (Modulo 2π) des
Signals S in Abhängigkeit
von den Modulationskomponenten ea, eb darstellen.
-
Nach
einer Ausführungsform
besteht der elektronische Steuerkreis 2 aus zwei identischen
Modulen 2b, 2a, die jeweils das binäre elektrische
Eingangssignal E beziehungsweise sein Komplement E* empfangen.
-
Ein
genauerer Schaltplan des Schaltkreises 2a ist auf 5 dargestellt. Er weist
einen Vorcodierer auf, der aus einem Gatter 5 des Typs "AUSSCHLIESSENDES
ODER" besteht, dessen
Eingänge
jeweils E* beziehungsweise das Ausgangssignal X des Gatters empfangen,
welches um ein Bitzeitintervall T gegenüber dem Eingangssignal verzögert ist.
Ein analoges Addierwerk 6 empfängt das Signal X sowie dasselbe
Signal verzögert
um den Wert αT, wobei α geringfügig kleiner
als 1 ist. Das Addierwerk 6 liefert das Signal Y an einen
Tiefpassfilter 7, dessen Ausgang an einen Koppler 8 angelegt
wird. Der Koppler 8 überlagert
die Wechselspannungskomponente des aus dem Filter kommenden Signals
mit einer Polarisationsspannung Vpa, um die Steuerspannung Va zu
bilden, die an die Elektrode. Ka angelegt wird. Die Spannung Vpa
stellt somit die Gleichspannungskomponente der Steuerspannung Va
dar.
-
Die
Funktionsweise des Schaltkreises von 5 wird
nun unter Zuhilfenahme der Impulsdiagramme (a) bis (f) von 6 erläutert. Das Impulsdiagramm (a)
zeigt ein Beispiel eines elektrischen Eingangssignals E des Typs
NRZ. Die Impulsdiagramme (b) und (c) zeigen das Komplement E* von E
beziehungsweise das aus dem Vorcodierer kommende Signal X(t). Das
Impulsdiagramm (d) zeigt dieses Signal X, verzögert um T: X(t – T), sowie
verzögert
um αT: X(t – αT). Das Signal
Y erscheint auf dem Impulsdiagramm (e), und die Modulationskomponente
ea der Steuerspannung Va erscheint auf dem Impulsdiagramm (f). Man
kann feststellen, dass die Verzögerung αT, die kleiner
ist als T, bewirkt, dass in den Folgen von "0" des
Signals ea eine Welligkeit aufrechterhalten wird, was für die PSBT-Modulation von
wesentlicher Bedeutung ist.
-
Da
der Schaltkreis 2b identisch mit dem Schaltkreis 2a ist,
jedoch E empfängt,
liefert er eine Steuerspannung Vb, deren Modulationskomponente eb
eine gegenüber
ea entgegengesetzte Phase aufweist.
-
Wenn
die Welle M nicht so moduliert wäre, wie
dies bei einer reinen PSBT-Modulation der Fall ist, würde das
optische Ausgangssignal S in diesem Fall Schwankungen der Leistung
Ps und der Phase Δφ = Δφ0 aufweisen,
die auf den Impulsdiagrammen (g) und (h) dargestellt sind. Man kann
feststellen, dass die optische Leistung zwischen niedrigen Pegeln
SO und hohen Pegeln S1 moduliert wird, die jeweils den beiden Modulationspegeln
des Eingangssignals E entsprechen. Außerdem erfolgt eine Phasenverschiebung
um etwa 180° im
Innern jeder Zeitzelle (Bitzeitintervall T), die einen niedrigen
Leistungspegel S0 enthält
und die insbesondere einer Zelle vorausgeht oder auf sie folgt,
welche einen hohen Leistungspegel S1 enthält.
-
Die
Wirkungen des zweiten Modulators 3, 4 werden nun
unter Zuhilfenahme der Impulsdiagramme (a) bis (f) von 7 dargelegt. Das Impulsdiagramm
(a) stellt die Modulation als Absolutwert der Steuerspannung des
Bauteils 3 dar, wobei diese somit die Modulation des Signals
E oder seines Komplements E* reproduziert.
-
Falls
der zweite Modulator ein optischer Leistungsmodulator ist, hat die
Welle M eine modulierte Leistung, und man erhält ein Signal S, dessen Leistung
Ps zwischen niedrigen Pegeln S'0
und hohen Pegeln S'1
in der Weise moduliert wird, dass der Extinktionskoeffizient gegenüber der
reinen PSBT-Modulation verbessert wird, wie im Impulsdiagramm (b) dargestellt.
Dagegen bleibt die Phase Δφ unverändert (Impulsdiagramm
(c)).
-
Falls
der zweite Modulator ein Phasenmodulator ist, besitzt die Welle
M eine modulierte Phase Δφc, die einem
positiven oder negativen Chirp α entspricht,
wie auf dem Impulsdiagramm (d) als durchgezogene beziehungsweise
gestrichelte Linie dargestellt. Die Phase Δφ des Signals S folgt somit
den Änderungen,
die auf den Impulsdiagrammen (e) beziehungsweise (f) dargestellt
sind.