DE69916719T2

DE69916719T2 - Sendevorrichtung für optische Daten

Info

Publication number: DE69916719T2
Application number: DE69916719T
Authority: DE
Inventors: Denis Penninckx; Christophe Bridoux
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2019-07-20
Also published as: JP2000081597A; US6563623B1; FR2781322B1; FR2781322A1; CA2276909A1; DE69916719D1; EP0975107A1; ATE265766T1; EP0975107B1

Description

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.

Claims

Sendevorrichtung für ein optisches Signal (S) in Form einer optischen Trägerwelle (L), die in Abhängigkeit von einem binären elektrischen Eingangssignal (E) moduliert wird, wobei ein Uhrentakt aufeinander folgende Zeitzellen definiert, welche im Eingangssignal (E) erste oder zweite Modulationspegel definieren, wobei diese Vorrichtung einen ersten elektrooptischen Modulator (1, 2) aufweist, der in der Lage ist, als Antwort auf das genannte elektrische Eingangssignal (E) ein optisches Signal mit kontrollierter Phase zu liefern, welches eine optische Leistung aufweist, die zwischen niedrigen Pegeln (S0) und hohen Pegeln (S1) moduliert wird, welche den genannten ersten beziehungsweise zweiten Pegeln des Eingangssignals (E) entsprechen, sowie eine Phasenverschiebung (Δφ) im Inneren jeder Zeitzelle, die einen niedrigen Leistungspegel (S0) enthält und die einer Zelle vorausgeht oder auf sie folgt, welche einen hohen Leistungspegel (S1) enthält; hierbei ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten elektrooptischen Modulator (3, 4) aufweist, der von dem genannten Eingangssignal (E) gesteuert wird und optisch mit dem ersten elektrooptischen Modulator (1, 2) 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.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrooptische Modulator (1, 2) von der Art ist, dass auf das optische Signal mit kontrollierter Phase kein kurzzeitiger "Chirp" angewendet wird.
Sendevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrooptische Modulator Folgendes (1, 2) aufweist: – eine Interferometer-Struktur (1) des Typs "Mach-Zehnder", der zufolge sich ein Eingangs-Lichtwellenleiter (Ge) in zwei Zweige (Ba, Bb) unterteilt, um zwei Teilwellen zu leiten, wobei sich die zwei Zweige wieder vereinen, um einen Ausgangs-Lichtwellenleiter (Gs) zu bilden, wobei Elektroden (Ka, Kb) dafür vorgesehen sind, elektrische Felder durch diese beiden Zweige (Ba, Bb) hindurch anzuwenden; – einen Steuerkreis (2), um an die Elektroden (Ka, Kb) jeweils Steuerspannungen (Va, Vb) anzulegen, die um die Gleichspannungskomponenten (Vpa, Vpb) herum Modulationskomponenten (ea, eb) mit entgegengesetzter Phase aufweisen, wobei diese Gleichspannungskomponenten (Vpa, Vpb) von der Art sind, dass beim Fehlen von Modulationskomponenten (ea, eb) diese Teilwellen auf destruktive Weise interferieren.
Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrooptische Modulator (3, 4) ein Elektroabsorptionsmodulator ist.
Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrooptische Modulator (3, 4) ein Modulator mit einer Mach-Zehnder-Interferometerstruktur ist.
Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrooptische Modulator (3, 4) ein Modulator ist, der mit polarisierter Elektroabsorption arbeitet, um einen "Chirp" ungleich null anzuwenden.
Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrooptische Modulator (3, 4) ein Modulator mit polarisierter Mach-Zehnder-Interferometerstruktur ist, um einen "Chirp" ungleich null anzuwenden.