DE69535619T2

DE69535619T2 - Optisches Übertragungssystem, optisches Multiplexingübertragungssystem und dazugehörige Verfahren

Info

Publication number: DE69535619T2
Application number: DE69535619T
Authority: DE
Inventors: George Kawasaki-shi Ishikawa; Hiroshi Kawasaki-shi Nishimoto; Hiroki Kawasaki-shi Ooi; Motoyoshi Kawasaki-shi Sekiya; Hiroaki Kawasaki-shi Tomofuji
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: JP3846918B2; EP1536257A3; EP1536258B1; EP1536258A3; US5815294A; US5991477A; EP1536259B1; US5896217A; EP0700178A3; EP0700178A2; DE69535613D1; EP1841103A1; DE69535613T2; EP1536257A2; EP1536259A2; JPH08321805A; EP0700178B1; US5909297A; DE69535667T2; DE69535619D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem, und genauer auf einen optischen Empfänger, der einen Teil des Übertragungssystems bildet.
Ein Kommunikationssystem, dass ein optisches Zeitmultiplex- und Demultiplexmittel bildet, wird durch US 4,991,975 offenbart
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit begrenzt stark die Übertragungsstrecke wegen der Wellenformverzerrung, die durch Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) verursacht wird, in optischen Fasern. Wenn die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht wird, muss des weiteren die optische Leistung für eine Übertragung erhöht werden, um eine erforderliche Differenz zwischen übertragenen und empfangenen optischen Leistungspegeln aufrechtzuerhalten. Dies wiederum erhöht den Effekt von Selbstphasenmodulation (SPM), einen nichtlinearen Effekt optischer Fasern, was ferner die Wellenformverschlechterung durch Interaktion mit Gruppenverzögerungsdispersion verkompliziert (SPM-GVD-Effekt).
Wenn die Wellenformverzerrung, die durch den SPM-GVD-Effekt verursacht wird, dominant ist, trifft im wesentlichen die Skalierungsregel zu, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. DB2PavL2 = const. (1)

D:: Dispersionswert (ps/nm/km)
B:: Übertragungsrate (Gb/s)
P_av:: mittlere optische Leistung durch Übertragungsleitung (mW)
L:: Übertragungsstrecke (km)
const.:: bestimmt durch erforderliche Strafe

Wenn z. B. die Übertragungsrate B von 10 Gb/s auf 40 Gb/s vervierfacht wird, muss die mittlere optische Leistung P_av durch die Übertragungsleitung vervierfacht werden. Dies bedeutet, dass um die gleiche Übertragungsstrecke zu erreichen, der Dispersionswert D in einer Signalwellenlänge auf 1/64 gesetzt werden muss.
Um den Dispersionswert von Signallicht zu minimieren, wird gegenwärtig Arbeit durchgeführt, um Signale in dem Bereich von 1,55 μm durch Verwenden einer dispersionsverschobenen Faser (DSF) zu übertragen, was eine optische Faser ist, deren Nulldispersionswellenlänge λ₀ zu dem Bereich von 1,55 μm verschoben ist, wo der Faserübertragungsverlust minimal ist. Die Nulldispersionswellenlänge λ₀ ist die Wellenlänge, in der sich der chromatische Dispersionswert D (ps/nm(km), der den Betrag einer Änderung von Ausbreitungsverzögerungszeit mit Bezug auf geringe Variationen in der Wellenlänge darstellt, von negativ (normale Dispersion) zu positiv (anomale Dispersion) ändert. Nahe dieser Wellenlänge λ₀ wird der Absolutwert chromatischer Dispersion der kleinste, sodass die Wellenformverzerrung wegen der chromatischen Dispersion auf ein Minimum reduziert ist.
Da jedoch der Faserzugprozess geringe Variationen im Faserkerndurchmesser einführt, wird die Nulldispersionswellenlänge λ₀ einer DSF-Übertragungsleitung unvermeidlich Variationen entlang ihrer Längsrichtung unterzogen. Des weiteren werden Übertragungskabel durch Verwenden von Segmenten von Mehrfachkernkabeln hergestellt, wobei sich jedes Segment über mehrere Kilometer erstreckt, und die Wellenlängen λ₀ zwischen benachbarten Segmenten sind nicht kontinuierlich, sondern zufällig verteilt. Außerdem variiert λ₀ mit der Alterung und wegen Änderungen in der Umgebungstemperatur etc.
Deshalb wurde im Stand der Technik Gestaltung für den schlechtesten Fall eingesetzt, wodurch die Übertragungsleitung durch Betrachtung der Verteilung von λ₀ und der Verschlechterung mit der Zeit gestaltet wurde, sodass die erforderliche Übertragungsqualität erfüllt werden kann, selbst wenn der Wert des schlechtesten Falls überall in der Übertragungsleitung angewendet wird. Dies hat Übertragungsleitungskosten unvermeidlich erhöht, was die Implementierung von Übertragungssystemen hoher Kapazität behindert hat.
Andererseits wird Signalverarbeitung, wie etwa Modulation und Demodulation optischer Signale, gewöhnlich in dem elektrischen Signalpegel durchgeführt, und es war Standardpraxis, die Geschwindigkeit optischer Übertragungssysteme durch Erhöhen der Geschwindigkeit elektrischer Signale, die verwendet werden, um optische Signale zu modulieren, zu erhöhen. In den letzten Jahren hat jedoch eine Erhöhung der Geschwindigkeit in dem elektrischen Signalpegel ein schwieriges Problem dargestellt. Forschung und Entwicklung werden in optischen Kommunikationseinrichtungen unternommen, in 10 bis 40 Gb/s, unter Verwendung von Si, GaAs, HBT, HEMT, etc., es wird aber gesagt, dass in dem gegenwärtigen Zustand der Technologie 10 bis 20 Gb/s das Maximum für praktische Implementierung ist.
Um die Übertragungsgeschwindigkeit optischer Übertragungssysteme über die Operationsgeschwindigkeiten elektronischer Einrichtungen hinaus zu erhöhen, sehen deshalb Multiplextechniken in der optischen Region effektive Mittel vor. Es gibt zwei Haupttechniken, die verwendet werden können: eine ist Wellenlängenmultiplex (WDM, wavelength-division multiplexing), und die andere ist optischer Zeitmultiplex (OTDM). Für eine praktische Implementierung einer von beiden Techniken wird Entwicklung zugehöriger peripherer Techniken benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Empfänger vorgesehen zum Empfangen eines optischen Zeitmultiplexsignals, das eine Vielzahl von optischen Signalen trägt, die darin zeitmultiplext sind, und ein Niederfrequenzsignal hat, das darin in einem Zeitschlitz überlagert ist, der für ein spezifisches optisches Signal bestimmt ist, umfassend: einen optischen Schalter zum Trennen des optischen Zeitmultiplexsignals in die jeweiligen optischen Signale; ein Taktgenerierungsmittel zum Generieren eines Taktsignals zum Steuern des optischen Schalters; und ein Taktphasensteuermittel zum Durchführen einer Steuerung, sodass das Taktsignal, das durch das Taktgenerierungsmittel generiert wird, mit dem optischen Zeitmultiplexsignal phasensynchronisiert ist, durch Verwenden des Niederfrequenzsignals, das in dem optischen Zeitmultiplexsignal überlagert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie die selbige zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun auf dem Weg eines Beispiels auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger, worin eine abstimmbare Lichtquelle vorgesehen ist, und dessen optischer Empfänger optional eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Perspektivansicht ist, die einen abstimmbaren Halbleiterlaser als ein Beispiel der abstimmbaren Lichtquelle zeigt;
3 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das ferner ein abstimmbares Filter für jeden Repeater enthält;
4 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das ferner eine Übertragungscharakteristikmessungssektion enthält;
5 ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen einer Wellenlänge aus einem gemessenen Wert einer Bitfehlerrate ist;
6 ein Diagramm zum Erläutern der Messung einer Übertragungscharakteristik unter Verwendung eines Augenmusters ist;
7 ein Diagramm zum Erläutern eines Q-Wertes ist;
8 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
9 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
10 ein Diagramm ist, das ein Beispiel des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, worin ein variabler Dispersionskompensator in einem übertragenden Ende installiert ist;
11 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
12 ein Diagramm ist, das ein Beispiel des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, worin ein variabler Dispersionskompensator in einem Empfangsende installiert ist;
13 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
14 ein Diagramm ist, das ein Beispiel des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, worin ein variabler Dispersionskompensator auch in einem Repeater installiert ist;
15 ein Diagramm ist, das ein Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt, das ferner eine Übertragungscharakteristikmessungssektion enthält;
16 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
17 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
18 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
19 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
20 ein Diagramm ist, das eine Charakteristik eines Mach-Zehnder-Optikmodulators zeigt;
21 ein Diagramm zum Erläutern von Rotverschiebung und Blauverschiebung in dem Mach-Zehnder-Optikmodulator ist;
22 ein Diagramm ist, das einen Mach-Zehnder-Optikmodulator zeigt, in dem ein Intensitätsmodulator und ein Phasenmodulator im Tandem verbunden sind, um den Betrag von Vor-Chirpen zu steuern;
23 ein Diagramm ist, das ein Beispiel von Signallicht-Wellenlängenabstand im Wellenlängenmultiplex zeigt;
24 ein Diagramm ist, das die Temperaturabhängigkeit der Dispersionswellenlänge λ₀ zeigt;
25 ein Diagramm ist, das ein Beispiel von Temperaturevaluierung für eine optische Faser zeigt;
26 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel von Temperaturevaluierung für eine optische Faser zeigt;
27 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel von Temperaturevaluierung für eine optische Faser zeigt;
28 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin die Signallichtwellenlänge auf der Basis von Temperaturevaluierung geändert wird;
29 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
30 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin der Betrag von Vorchirpen auf der Basis von Temperaturevaluierung geändert wird;
31 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin der Betrag von Dispersionskompensation auf der Basis von Temperaturevaluierung geändert wird;
32 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, in dem ein variabler Dispersionskompensator in einem Empfangsende installiert ist;
33 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin variable Dispersionskompensatoren in sowohl einem Sender als auch einem Empfänger und auch in einem Repeater installiert sind;
34 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin der Grad von Verstärkung in einem optischen Verstärker auf der Basis von Temperaturevaluierung geändert wird;
35 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin die Signallichtwellenlänge, der Betrag von Vorchirpen, der Betrag von Dispersionskompensation und der Grad von Verstärkung auf der Basis von Temperaturevaluierung geändert werden;
36 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein nichtlinearer Effekt durch Installieren eines Dispersionskompensators in einem Empfangsende reduziert wird;
37 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
38 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator in einem übertragenden Ende installiert ist;
39 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt;
40 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin der Kompensationsbetrag D in dem Dispersionskompensator, der in einem Empfangsende installiert ist, auf einen positiven Wert gesetzt ist;
41 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin der Kompensationsbetrag D in dem Dispersionskompensator, der in einem Empfangsende installiert ist, auf einen negativen Wert gesetzt ist;
42 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin Dispersionskompensatoren mit Dispersionsbeträgen mit Vorzeichen entgegengesetzt zueinander in einem übertragenden Ende und einem Empfangsende installiert sind;
43 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator auch in einem Repeater installiert ist;
44 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator installiert ist, und ferner eine Übertragungscharakteristik gemessen wird, um die Signallichtwellenlänge zu optimieren;
45 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator in einem übertragenden Ende installiert ist;
46 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin Dispersionskompensatoren in sowohl einem Sender als auch einem Empfänger und auch in einem Repeater installiert sind;
47 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator installiert ist, und ferner eine Übertragungscharakteristik gemessen wird, um den Betrag von Vorchirpen auf einen optimalen Wert zu steuern;
48 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator in einem übertragenden Ende installiert ist;
49 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin Dispersionskompensatoren in sowohl einem Sender als auch einem Empfänger und auch in einem Repeater installiert sind;
50 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator installiert ist, und ferner eine Übertragungscharakteristik gemessen wird, um die Signallichtwellenlänge und den Betrag von Vorchirpen auf optimale Werte zu steuern;
51 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator in einem übertragenden Ende installiert ist;
52 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin Dispersionskompensatoren in sowohl einem Sender als auch einem Empfänger und auch in einem Repeater installiert sind;
53 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Wellenlängenwandler in einem optischen Verstärkungsrepeater installiert ist;
54 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin die Wellenlänge auch in dem Sender variabel gemacht wird;
55 eine Querschnittsansicht eines Wellenlängenwandlungslasers als ein Beispiel des Wellenlängenwandlers ist;
56 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin eine Übertragungscharakteristik gemessen wird, um die Signallichtwellenlänge für jede optische Verstärkungsrepeatersektion zu optimieren;
57 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems zeigt, worin ein Dispersionskompensator installiert ist;
58 ein Diagramm zum Erläutern der Operation einer Driftkompensationsschaltung mit einem richtigen Operationspunkt ist, zum Bilden eines Teils des optischen Senders;
59 ein Diagramm zum Erläutern der Operation der Driftkompensationsschaltung ist, wenn der Operationspunkt verschoben wurde;
60 ein Diagramm zum Erläutern der Operation der Driftkompensationsschaltung ist, wenn der Operationspunkt verschoben wurde;
61 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
62 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
63 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
64 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
65 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
66 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Multiplexübertragungssystems mit einer Driftkompensationsschaltung zeigt;
67 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Zeitmultiplexsystems zeigt, auf das eine Technik von Taktextraktion angewendet wird;
68 ein Zeitsteuerungsdiagramm zum Erläutern der Operation des in 67 gezeigten Systems ist;
69 ein Wellenformdiagramm zum Erläutern der Taktextraktionstechnik der vorliegenden Erfindung ist;
70 ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines anderen Beispiels der Taktextraktionstechnik der vorliegenden Erfindung ist;
71 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Senders zeigt;
72 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Senders zeigt;
73 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Senders zeigt;
74 ein Diagramm zum Erläutern dafür ist, wie sich Lichtausgabestärke ändert, wenn die Amplitude einer Ansteuerspannung für einen Mach-Zehnder-Optikmodulator geändert wird;
75 ein Diagramm zum Erläutern dafür ist, wie sich Lichtausgabestärke ändert, wenn die Vorspannung einer Ansteuerspannung für einen Mach-Zehnder-Optikmodulator geändert wird;
76 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Senders zeigt;
77 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Empfängers zeigt;
78 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel des optischen Empfängers zeigt;
79 ein Blockdiagramm ist, das die Details einer Taktextraktionsschaltung zeigt;
80 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
81 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Übertragungsdatenformates zeigt, das Kanalidentifikationsdaten enthält;
82 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
83 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
84 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
85 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer optischen Verzögerungsschaltung zeigt;
86 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
87 ein Diagramm ist, das ein Niederfrequenzsignal zeigt, das in einem optischen Signal multiplext ist;
88 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
89 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
90 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Demultiplexers zeigt;
91 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen Senders zeigt;
92 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Senders zeigt;
93 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Details von Ansteuerschaltungen 418 und 420 zeigt;
94 ein Blockdiagramm ist, das einen optischen Empfänger zeigt, der eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, worin Taktphasenstabilisierungssteuerung durchgeführt wird;
95 ein Zeitsteuerungsdiagramm zum Erläutern der Operation der in 94 gezeigten Schaltung ist;
96 ein Diagramm zum Erläutern einer Phasendifferenz Θ ist;
97 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen Phasendifferenz Θ und f₁-Komponentenstärke zeigt;
98 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
99 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
100 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, der eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
101 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Niederfrequenzsignals zeigt, das in einem empfangenen Signal in dem in 100 gezeigten optischen Empfänger überlagert ist;
102 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, der eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
103 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer detaillierten Konfiguration eines Zeitsteuerungsregenerators zeigt;
104 ein Wellenformdiagramm ist, das ein Beispiel eines optischen multiplexten Signals zeigt;
105 ein Diagramm ist, das eine Charakteristik eines optischen Detektors zeigt;
106 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel einer detaillierten Konfiguration des Zeitsteuerungsregenerators zeigt;
107 ein Blockdiagramm ist, das die Details eines optischen Schalters zeigt;
108 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, der eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
109 ein Diagramm ist, das die Beziehung eines synchronen Erfassungsausgabewertes relativ zu der Phasendifferenz Θ zeigt;
110 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Schaltung zum Erfassen einer Eingabe-aus-Alarmbedingung zeigt;
111 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines optischen Empfängers zeigt, die eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
112 ein Zeitsteuerungsdiagramm ist, das eine Operation der Schaltung von 83 erläutert;
113 sich ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer optischen Vermittlung zeigt;
114 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel einer optischen Vermittlung zeigt;
115 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel einer optischen Vermittlung zeigt;
116 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Beispiel einer optischen Vermittlung zeigt; und
117 ein Wellenformdiagramm ist, das die Operation der Schaltung von 93 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hierin nachstehend werden offenbart ein optisches Übertragungssystem mit einer Übertragungsleitung, wobei ihre Übertragungsbedingungen für Übertragung großer Kapazität optimiert sind, ein optisches Übertragungssystem, das eine optische Multiplextechnik, wie etwa optischen Zeitmultiplex (OTDM) einsetzt, um Übertragung großer Kapazität zu erreichen und zugehörige Techniken zum Implementieren der gleichen.
Mit den zu beschreibenden Ausführungsformen werden periphere Techniken für die praktische Implementierung von optischem Multiplexing bereitgestellt, die Übertragung großer Kapazität möglich machen.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines optischen Signalübertragungssystems zeigt. In 1 ist Bezugszeichen 11 ein optischer Sender, 12 ist ein optischer Empfänger, 13 ist eine optische Faser, 14 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 15 ist ein abstimmbares Filter, 16 und 17 sind optische Verstärker oder optische Repeater, die optische Verstärker enthalten, 18 ist ein optischer Detektor und 19 ist eine Ansteuerschaltung.
Die abstimmbare Lichtquelle 14, die in dem optischen Sender 11 verwendet wird, kann z. B. aus einem abstimmbaren Halbleiterlaser einer bekannten Konfiguration aufgebaut sein, wie etwa eines Typs aus drei Elektroden oder eines gesteuerten Typs eines externen Beugungsgitters.
2 ist ein Diagramm zum Erläutern eines abstimmbaren Halbleiterlasers; es wird hier der Grundaufbau eines abstimmbaren Halbleiterlaser aus drei Elektroden gezeigt. Der in 2 gezeigte abstimmbare Halbleiterlaser hat eine InGaAsP/Inp-Laserkonfiguration. Wie gezeigt, ist eine Laseroszillationsregion 27, die eine aktive Schicht 25 enthält, zwischen einer gemeinsamen Elektrode 21 und einer Elektrode 22 ausgebildet, eine Wellenlängenfeinabstimmungsregion 28 ist zwischen der gemeinsamen Elektrode 21 und einer Elektrode 22 ausgebildet, und eine Wellenlängengrobabstimmungssektion 29, die ein Beugungsgitter 26 enthält, ist zwischen der gemeinsamen Elektrode 21 und einer Elektrode 24 ausgebildet. Die Emissionswellenlänge kann durch Abstimmen eines Stroms Ip, der an die Elektrode 23 angelegt wird, und eines Stroms Id, der an die Elektrode 24 angelegt wird, variiert werden, und die optische Ausgabe kann durch Abstimmen eines Stroms Ia, der an die Elektrode 22 angelegt wird, gesteuert werden. Des halb kann durch Steuern der Ströme Ia, Ip und Id über die Ansteuerschaltung 19 die Emissionswellenlänge gesteuert werden, während ein optisches Signal ausgegeben wird, das mit der Information moduliert ist, die zu übertragen ist.
An Stelle des oben beschriebenen Typs direkter Modulation, der die Lichtquelle direkt ansteuert, kann die abstimmbare Lichtquelle 14 als ein Typ externer Modulation aufgebaut sein, der einen externen Modulator verwendet, um das Licht von der Lichtquelle zu modulieren. Des weiteren kann ein optischer Verstärker zum Verstärken eines optischen Signals von der abstimmbaren Lichtquelle 14 für eine Übertragung durch die optische Faser 13 bereitgestellt werden.
Die optischen Verstärker 16 und 17 können aus Optik-Faserverstärkern aufgebaut sein, die mit Elementen seltener Erden dotiert sind, wie etwa Er, Nd etc. Z. B. kann ein Er-dotierter Optik-Faserverstärker ein optisches Signal in 1,5 μm direkt verstärken, wenn mit Licht in 1,48 μm oder 0,98 μm gepumpt.
Der optische Empfänger 12 besteht z. B. aus dem optischen Verstärker 17, abstimmbaren Filter 15 und optischen Detektor 18. Der optische Verstärker 17 und das abstimmbare Filter 15 können weggelassen werden. Der optische Detektor 18 ist z. B. aus einer Fotodiode oder einem Fototransistor eines bekannten Aufbaus zum Wandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal aufgebaut. Eine Informationsverarbeitungssektion zum Wandeln des Signals zu einer elektrischen Form durch den optischen Detektor 18, die Ausgleich für Pegelunterscheidung durchführt, und Wiedergewinnen der übertragenen Information für einen Empfang wird hier nicht gezeigt, da sie unter Verwendung verschiedener bekannter Konfigurationen implementiert werden kann.
Das abstimmbare Filter 15 kann unter Verwendung eines Filters bekannter Konfiguration aufgebaut sein. Z. B. ist es möglich, ein temperatur-gesteuertes abstimmbares Filter zu verwenden, wie durch den Artikel "Study of a Fabry-Perot wavelength-selective optical filter using Si," B-1055, Proc., Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Spring Convention, 1994 erläutert. Es ist auch möglich, ein Filter fixierter Wellenlänge mit einer Übertragungswellenlängencharakteristik zu verwenden, die den gesamten variablen Bereich der Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 14 abdecken kann.
In einem System, in dem der optische Sender 11 und der optische Empfänger 12 nicht durch einen großen Abstand getrennt sind, können die optischen Verstärker 16 weggelassen werden, in welchem Fall der optische Sender 11 mit dem optischen Empfänger 12 durch die optische Faser 13 allein verbunden sein wird. Falls eine Schwankung in der Nulldispersionswellenlänge entlang der Längsrichtung der optischen Faser 13 existiert, oder falls Variationen in der Nulldispersionswellenlänge der optischen Faser 13 zwischen Fasersegmenten existieren, die aus durch Spleißen hergestellter Einheitslängen optischer Fasern aufgebaut sind, wird der Mittelwert einer derartigen Schwankung oder Variation der Nulldispersionswellenlänge entlang der gesamten Länge zwischen dem optischen Sender 11 und dem optischen Empfänger 12 erhalten, und die abstimmbare Lichtquelle 14 wird z. B. so reguliert, um Licht in dieser Wellenlänge zu emittieren. Es sollte vermerkt werden, dass eine Signallichtwellenlänge, die die besten Übertragungscharakteristika bereitstellt, nicht immer die Nulldispersionswellenlänge ist, wie später erläutert.
Wenn ein optisches Signal durch einen mit seltenen Erden dotierten Optik-Faserverstärker verstärkt und in eine optische Faser zur Übertragung über eine lange Strecke eingespeist wird, tritt, falls die Wellenlänge des Signallichts in einer anomalen Dispersionsregion nahe der Nulldispersionswellenlänge der optischen Faser ist, eine Vierwellenmischungs(FWM, four-wave-mixing) Erscheinung zwischen dem Signallicht und spontan emittiertem Licht auf, und wegen Modulationsinstabilität wird die spontane Emission verstärkt, wobei das S/R-Verhältnis verschlechtert wird. Um dies zu verhindern, wird die Emissionswellenlänge innerhalb einer normalen Dispersionsregion gesteuert, während eine Region nahe der Nulldispersionswellenlänge der optischen Faser 13 vermieden wird.
Für ein Langstreckenübertragungssystem sind gewöhnlich die optischen Verstärker 16 und 17 vorgesehen. Da die optischen Verstärker 16 und 17 nicht nur optische Signale verstärken, sondern Licht als spontane Emission emittieren, ist es wünschenswert, ein Filter in der Vorderstufe des optischen Empfängers 18 bereitzustellen. Es ist ferner wünschenswert, dass das Filter aus dem abstimmbaren Filter 15 aufgebaut ist, dessen Übertragungswellenlängencharakteristik abstimmbar ist. In diesem Fall können, wenn die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 14 des optischen Senders auf die obige Art und Weise gesteuert wird, die Übertragungscharakteristika durch Steuern der Übertragungswellenlängencharakteristik des abstimmbaren Filters 15 auf eine derartige Art und Weise, um zu der Emissionswellenlänge zu passen, weiter verbessert werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel des Optiksignal-Übertragungssystems zeigt. In 3 ist Bezugszeichen 30 ein Repeater, 31 ist ein optischer Sender, 32 ist ein optischer Empfänger, 33 ist eine optische Faser, 34 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 35 ist ein abstimmbares Filter, 36 und 37 sind optische Direktverstärker, 38 ist ein optischer Detektor, 39 ist eine Ansteuerschaltung und 40 ist ein abstimmbares Filter. Die Teile mit den gleichen Namen wie jene in 1 gezeigten haben die gleichen Funktionen wie die bereits beschriebenen entsprechenden Teile.
In dem hier gezeigten Beispiel bilden der optische Verstärker 36, wie etwa ein mit seltenen Erden dotierter Optik-Faserverstarker, und das abstimmbare Filter 40 den Repeater 30. Die Wellenlängenübertragungscharakteristik des abstimmbaren Filters 40 in jedem Repeater 30 ist, wie bei dem abstimmbaren Filter 35 in dem optischen Empfänger 32, so abgestimmt, um Lichtkomponenten außer dem optischen Signal zu blockieren, wie etwa spontane Emission von dem optischen Verstärker 36, wobei somit Übertragungscharakteristika verbessert und Langstreckenübertragung möglich gemacht werden. Es ist auch möglich, an Stelle des abstimmbaren Filters 40 ein Filter fixierter Wellenlänge mit einer Übertragungswellenlängencharakteristik zu verwenden, die den gesamten variablen Bereich der Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 34 abdecken kann. In der hier gezeigten Konfigurationen ist des weiteren das abstimmbare Filter 40 nach dem optischen Verstärker 36 vorgesehen, es wird aber erkannt, dass die Erfindung nicht auf diese bestimmte Konfiguration begrenzt ist.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Optiksignal-Übertragungssystems zeigt. In 4 ist Bezugszeichen 41 ein optischer Sender, 42 ist ein optischer Empfänger, 43 ist eine optische Faser, 44 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 45 ist ein abstimmbares Filter, 46 und 47 sind optische Verstärker, 48 ist ein optischer Detektor, 49 ist eine Ansteuerschaltung, 50 ist ein abstimmbares Filter, 51 ist ein Repeater, 52 ist eine Durchlaufsteuervorrichtung (Sweep-Steuervorrichtung) und 53 ist eine Übertragungscharakteristikmessungssektion.
Dieses Beispiel ist zu der in 3 gezeigten Ausführungsform identisch, mit Ausnahme dessen, dass die Übertragungs charakteristikmessungssektion 53 und die Durchlaufsteuervorrichtung 52 hinzugefügt sind. Die Ansteuerschaltung 49 wird durch die Durchlaufsteuervorrichtung 52 gesteuert, die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 zu durchlaufen. Wenn z. B. die abstimmbare Lichtquelle 44 aus dem in 2 gezeigten abstimmbaren Halbleiterlaser aufgebaut ist, kann Durchlaufen durch Variieren der Ströme Ip und Id bewerkstelligt werden; in dem Fall eines Halbleiterlasers einer anderen Konfiguration kann Durchlaufen der Emissionswellenlänge durch kontinuierliches Variieren der Temperatur bewerkstelligt werden. Das optische Signal mit der so durchlaufenen Emissionswellenlänge wird entlang der optischen Faser 43 und über die Repeater 51 übertragen, und wird durch den optischen Detektor 48 des optischen Empfängers 42 erfasst, wo das empfangene Ergebnis an die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 angelegt wird, die die Übertragungscharakteristik zwischen dem optischen Sender 11 und dem optischen Empfänger 12 misst. Basierend auf dem Ergebnis der Übertragungscharakteristikmessung werden die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 und die Wellenlängenübertragungscharakteristika der abstimmbaren Filter 45 und 50 so eingestellt, um die beste Übertragungscharakteristik zu erreichen.
Wenn das System so aufgebaut ist, dass die abstimmbare Lichtquelle 44 und die abstimmbaren Filter 45 und 50 durch die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 automatisch gesteuert werden, wird Durchlaufsteuerinformation zum Steuern des Durchlaufs der Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle über die Ansteuerschaltung 49 von der Durchlaufsteuervorrichtung 52 zu der Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 übertragen, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Basierend auf der so übertragenen Durchlaufsteuerinformation steuert die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 die Übertragungswellenlängencharakteristik der abstimmbaren Filter 45 und 50, wie durch gestrichelte Li nien in der Figur gezeigt. Aus der Übertragungscharakteristik in dem optischen Detektor 48 während Durchlaufsteuerung bestimmt die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 die Emissionswellenlänge, die die Übertragungscharakteristik maximiert, und sendet Steuerinformation zu der Ansteuerschaltung 49, um die Wellenlänge auf den bestimmten Wert zu steuern, während Steuerinformation an die abstimmbaren Filter 45 und 50 angelegt wird, um ihre Übertragungswellenlängencharakteristika zu steuern, zu dieser Emissionswellenlänge zu passen.
Deshalb kann durch Aktivieren der Durchlaufsteuervorrichtung 52, wenn das System gestartet wird, die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 automatisch auf einen Wert gesetzt werden, der die besten Übertragungscharakteristika bereitstellt. Während das System in einer Operation ist, kann ferner die Durchlaufsteuervorrichtung 52 deaktiviert werden, es wäre aber möglich, die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 die Übertragungscharakteristik periodisch oder kontinuierlich messen zu lassen und die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 und die Wellenlängenübertragungscharakteristika der abstimmbaren Filter 45 und 50 abzustimmen, sodass die beste Übertragungscharakteristik erreicht werden kann.
Das Steuersignal zum Abstimmen der Wellenlängenübertragungscharakteristik von der Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 zu jedem Repeater 51 und das Steuersignal, das an die an Steuersektion 49 angelegt wird zum Optimieren der Übertragungscharakteristik oder das Durchlaufsteuersignal von der Durchlaufsteuervorrichtung 52 zu der Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 können unter Verwendung einer Übertragungsleitung relativ geringer Geschwindigkeit übertragen werden. Deshalb kann derartige Information über Steuerleitungen oder dergleichen, die zwischen dem optischen Sender 11 und dem optischen Empfänger 12 installiert sind, übertragen werden, und in dem Fall eines Systems, in dem optische Signale in beiden Richtungen übertragen werden, kann derartige Information durch ihr Überlagern als ein Teilsignal in dem Hauptoptiksignal übertragen werden.
Wenn die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 aufgebaut ist, die Übertragungscharakteristik durch Messen von Bitfehlerraten zu messen, wird, falls die Bitfehlerrate in jeder Wellenlänge gemessen wird, während die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 durchlaufen wird und die Messungen gezeichnet werden, wie in 5 gezeigt, wo die zulässige Bitfehlerrate z. B. auf 10^–11 gesetzt ist, die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 ungefähr in der Mitte des Wellenlängenbereiches eingestellt, der in die zulässige Bitfehlerrate fällt. D. h. die Ansteuerschaltung 49 wird gesteuert, die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 auf den besten Punkt der Übertragungscharakteristik einzustellen, und zur gleichen Zeit werden die Wellenlängenübertragungscharakteristika der abstimmbaren Filter 45 und 50 entsprechend eingestellt. Die Bitfehlerrate kann somit innerhalb des zulässigen Wertes ungeachtet der Variation der Charakteristika der optischen Faser 43, die durch Temperaturänderungen, Alterung etc. verursacht wird, gesteuert werden.
Die Bitfehlerrate kann unter Verwendung eines Fehlerratenmessungsmittels, das in einem gewöhnlichen Übertragungssystem vorgesehen ist, gemessen werden. Falls die Übertragungsgeschwindigkeit optischer Signale z. B. höher als 10 Gb/s ist, kann die Bitfehlerrate in jeder Wellenlänge in einer kurzen Zeit für zulässige Bitfehlerraten kleiner als 10^–11 gemessen werden. Es ist auch möglich, ein Paritätsprüfungsbit zur Übertragung anzuhängen und die Fehlerrate unter Verwendung des Paritätsprüfungsbits zu messen.
Die Übertragungscharakteristikmessungssektion 53 kann aufgebaut sein, die Übertragungscharakteristik unter Verwendung eines Augenmusters zu messen. 6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Augenmaskenmusters. Falls das durch dicke Linien gezeigte Augenmaskenmuster z. B. einen Schwellwert darstellt, wird die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 so abgestimmt, dass das Augenmuster des empfangenen Signals außerhalb des Augenmaskenmusters dicker Linie gebildet wird, d. h. das Augenmuster den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Da sich das Augenmuster weit öffnet, wenn die Übertragungscharakteristik gut ist, kann die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 44 so abgestimmt werden, dass sich das Augenmuster am weitesten öffnet. Als ein Abstimmungsmittel in diesem Fall kann Steuerung manuell durchgeführt werden, während das Augenmuster beobachtet wird, oder alternativ kann automatische Steuerung mittels Computerverarbeitung eingesetzt werden.
Ein alternativer Weg zum Messen der Bitfehlerrate besteht darin, den Q-Wert (elektrisches SRV) zu messen. Die Definition des Q-Wertes wird nachstehend in Verbindung mit 7 gegeben. Q = 20 log10[(μ1 – μ0)/[σ1 + σ0)]wobei

μ₁:: mittlerer Pegel während "Emission"
μ₂:: mittlerer Pegel während "keiner Emission"
σ₁:: Standardabweichung von Pegel während "Emission"
σ₀:: Standardabweichung von Pegel während "keiner Emission"

Der Q-Wert wird unter Verwendung der Signalpegeldifferenz (= Signalamplitude) zwischen Emission und keiner Emission als der Zähler und der Summe der Standardabweichungen von Rauschen während Emission und während keiner Emission als der Nenner ausgedrückt. Wenn eine Gauss-Verteilung für die Rauschverteilung angenommen wird, stimmt die Bitfehlerrate, die durch den Q-Wert gegeben wird, der durch die obige Gleichung definiert ist, mit dem Minimalwert der tatsächlich gemessenen Bitfehlerrate überein. Ein Q-Wert-Messungssystem ist in der Konfiguration im wesentlichen zu dem optischen Empfänger identisch; d. h. unter Verwendung einer Unterscheidungsschaltung mit einer Bezugsspannungsvariierungsfunktion wird der Unterscheidungspegel der Ausgleichswellenform mit Bezug auf den optimalen Pegel aufwärts und abwärts variiert, um die Bitfehlerrate zu messen, und durch Finden des Schnittpunkts der zwei geraden Linien, die aus der Messung erhalten werden, wird der minimale Punkt der Bitfehlerrate geschätzt, um den Q-Wert zu erhalten. Es können auch andere Verfahren, wie etwa eine Messung der übertragenen Wellenform und Verwendung von Spezifikationen gleicher Bitfehlerratenkurven eingesetzt werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel des Optiksignal-Übertragungssystems zeigt. In 8 ist Bezugszeichen 61 ein optischer Sender, 62 ist ein optischer Empfänger, 63 ist eine optische Faser, 64 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 65 ist ein optischer Koppler, 66a und 66b sind externe Modulatoren, 67a und 67b sind Ansteuerschaltungen, 68 ist ein optischer Multiplexer, 69 und 70 sind optische Verstärker, 71 ist ein abstimmbares Filter, 72 ist ein optischer Koppler, 73a und 73b sind optische Detektoren und 74 ist eine Übertragungscharakteristikmessungssektion.
Wie in den vorangehenden Beispielen kann die abstimmbare Lichtquelle 64 unter Verwendung z. B. eines abstimmbaren Halbleiterlasers implementiert werden. Der optische Koppler 65 splittet das ausgegebene Licht der abstimmbaren Lichtquelle 64 in zwei ausgegebene Signale, die jeweils an die externen Modulatoren 66a und 66b angelegt werden. Der optische Koppler 65 kann aufgebaut sein, das Licht in drei oder mehr ausgegebene Signale zu splitten, um die jeweiligen externen Modulatoren anzusteuern.
Taktsignale CLKa und CLKb und Übertragungsinformation, die nicht gezeigt wird, werden an die Ansteuerschaltungen 67a und 67b angelegt, die dann Modulationssignale generieren, die mit den Taktsignalen CLKa und CLKb synchronisiert sind, und sie an die externen Modulatoren 66a und 66b für eine Modulation der zwei gesplitteten Lichtsignale anlegen. Die modulierten Lichtsignale werden durch den optischen Multiplexer 68 multiplext und durch den Verstärker 69 für eine Übertragung durch die optische Faser 63 verstärkt. Die externen Modulatoren 66a und 66b können unter Verwendung z. B. von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren, die LiNbO₃-Träger verwenden, oder Halbleiter-Elektroabsorptionsoptikmodulatoren aufgebaut sein.
Multiplexen der optischen Signale in dem optischen Multiplexer 68 kann unter Verwendung verschiedener Multiplexierungsmittel bewerkstelligt werden, wie etwa Bitmultiplexierung, Bytemultiplexierung, Rahmenmultiplexierung etc. Modulationszeitsteuerung in den externen Modulatoren 66a und 66b wird gemäß einem derartigen Multiplexierungsmittel ausgewählt, und Steuerung wird so durchgeführt, dass die externen Modulatoren 66a und 66b modulierte optische Signale mit unterschiedlichen Phasen ausgeben, die dann in dem optischen Multiplexer 68 zusammen multiplext werden.
Falls der optische Koppler 65 z. B. als ein Mach-Zehnder-Optikmodulator mit zwei getrennten Ausgangsports aufgebaut ist, und das ausgegebene Licht der abstimmbaren Lichtquelle 64 zu dem optischen Modulator für eine Modulation z. B. mit einem 10-GHz-Taktsignal eingegeben wird, werden optische Taktsignale 180° phasenverschoben mit Bezug aufeinander in 10 GHz von den zwei jeweiligen Ausgangsports ausgegeben und an die externen Modulatoren 66a bzw. 66b angelegt. Diese optischen Signale werden durch die externen Modulatoren 66a und 66b mit Information moduliert, die zu übertragen ist, und durch den optischen Multiplexer 68 optisch multiplext, der ein multiplextes optisches Signal in einer Übertragungsrate von 20 Gb/s ausgibt.
Wenn zwei getrennte Informationssignale durch Zeitmultiplex zusammen übertragen werden, wäre es in dem optischen Empfänger 62 möglich, sie nach zuerst Wandlung des multiplexten Signals zu einem elektrischen Signal zu demultiplexen; in dem obigen Beispiel wird jedoch das multiplexte Signal zuerst durch den optischen Verstärker 70 verstärkt, dann durch das abstimmbare Filter 71 für eine Beseitigung von Rauschen und anderen unerwünschten Lichtkomponenten weitergegeben und dann in den optischen Koppler 72 eingespeist, wo das eingegebene Signal in zwei Signale gesplittet wird, die dann an die jeweiligen optischen Detektoren 73a und 73b angelegt werden. Unter Verwendung eines Taktsignals von einem Taktregenerator, der nicht gezeigt wird, werden zwei Taktsignale entsprechend den Taktsignalen CLKa und CLKb, die in dem optischen Sender 61 verwendet werden, erhalten, und unter Verwendung der so erhaltenen Taktsignale werden die zwei übertragenen Informationssignale aus den ausgegebenen Signalen von den optischen Detektoren 73a und 73b rekonstruiert.
Es kann eine Übertragungscharakteristikmessungssektion 74 für jeden der optischen Detektoren 73a und 73b vorgesehen sein, in dem obigen Beispiel ist aber eine für einen der Detektoren vorgesehen. Wenn das System gestartet wird oder während das System in Betrieb ist, misst die Übertragungscharakteristikmessungssektion 74 die Übertragungscharakteristik, stellt die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 64 für die beste Übertragungscharakteristik ein und stellt die Übertragungswellenlängencharakteristik des abstimmbaren Filters 71 entsprechend ein. Dies erleichtert Übertragung hoher Geschwindigkeit über lange Strecken. Der optische Verstärker 69, das abstimmbare Filter 71 etc. können weggelassen werden.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel des optischen Übertragungssystems zeigt. In 9 ist Bezugszeichen 81 ein optischer Sender, 82 ist ein optischer Empfänger, 83 ist eine optische Faser, 84 ist eine abstimmbare Lichtquelle, 85 ist ein optischer Koppler, 86a und 86b sind externe Modulatoren, 87a und 87b sind Ansteuerschaltungen, 88 ist ein optischer Multiplexer, 89 ist ein optischer Direktverstärker, 90 ist ein optischer Koppler, 91a und 91b sind optische Direktverstärker, 92a und 92b sind abstimmbare Filter, 93a und 93b sind optische Detektoren und 94 ist eine Übertragungscharakteristikmessungssektion.
Der optische Sender 81 ist in sowohl Konfiguration als auch Operation dem Sender 61 in dem vorangehenden optischen Übertragungssystem identisch. In dem optischen Empfänger 82 wird das optische Signal, das über die optische Faser 83 empfangen wird, durch den optischen Koppler 90 in zwei Signale gesplittet, die dann durch die jeweiligen optischen Verstärker 91a und 91b verstärkt und an die optischen Detektoren 93a und 93b durch die abstimmbaren Filter 92a bzw. 92b angelegt werden. Die zwei übertragenen Informationssignale werden so durch die jeweiligen optischen Detektoren 93a und 93b verarbeitet.
Wie in dem vorangehenden optischen Übertragungssystem misst die Übertragungscharakteristikmessungssektion 94 die Übertragungscharakteristik zwischen dem optischen Sender 81 und dem optischen Empfänger 82 durch Verwenden des ausgegebenen Signals von einem oder dem anderen der optischen Detektoren 93a, 93b, und steuert die Emissionswellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 84 für die beste Übertragungscharakteristik, während die Wellenlängenübertragungscharakteristika der ab stimmbaren Filter 92a und 92b entsprechend gesteuert werden. Somit wird Übertragung hoher Geschwindigkeit durch Zeitmultiplex optischer Signale möglich gemacht; obwohl eine Variation in der Nulldispersionswellenlänge existiert, da die Emissionswellenlänge so gesteuert wird, um die besten Übertragungscharakteristika zu ergeben, kann des weiteren die Übertragungsstrecke ausgedehnt werden.
Es wird verstanden, dass die oben veranschaulichten Beispiele nicht als begrenzend zu betrachten sind, sondern verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können. Z. B. wird in 8 und 9 das ausgegebene Licht der abstimmbaren Lichtquelle in zwei Signale unterteilt, es wäre aber möglich, es in eine größere Zahl von Signalen mit einer entsprechenden Zahl von vorgesehenen externen Modulatoren zu unterteilen, sodass optische Signale, die mit übertragener Information von vielen Leitungen moduliert sind, zeitmultiplext würden, wobei dadurch Übertragung in höheren Geschwindigkeiten möglich gemacht wird. Ferner haben die obigen optischen Übertagungssysteme ein Beispiel behandelt, in dem Bitmultiplexierung verwendet wird, es wäre aber möglich, andere Multiplexierungsmittel zu verwenden, wie etwa Bytemultiplexierung oder Rahmenmultiplexierung. Des weiteren können in den in 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen optische Verstärker in vorgeschriebenen Intervallen eines Abstands entlang der optischen Faser 63, 83 vorgesehen sein, um die Übertragungsstrecke weiter auszudehnen.
Beliebige der so weit beschriebenen Beispiele verwenden eine abstimmbare Lichtquelle und optimieren die Übertragungsbedingungen durch Steuern der Wellenlänge des Signallichts auf einen optimalen Wert mit Bezug auf die Übertragungsleitung, die im Gebrauch ist. Umgekehrt ist es möglich, ein Signallicht einer fixierten Wellenlänge zu verwenden, in welchem Fall die Übertragungsbedingungen für diese fixierte Wellenlänge durch Verwenden eines variablen Dispersionskompensators optimiert werden, der zum Abstimmen des Betrags von Wellenlängendispersion fähig ist. Beispiele eines derartigen optischen Übertragungssystems werden nachstehend beschrieben.
In den in 10 und 11 gezeigten Beispielen ist der variable Dispersionskompensator in dem übertragenden Ende vorgesehen, während er in den in 12 und 13 gezeigten Beispielen in dem empfangenden Ende vorgesehen ist. 10 und 12 zeigen jede ein Beispiel eines Übertragungssystems ohne Repeater, und 11 und 13 zeigen jede ein Beispiel eines Vielfach-Optikverstärker-Repeatersystems. In den Figuren ist Bezugszeichen 100 ein optischer Sender, 101 ist ein variabler Dispersionskompensator, der zum Variieren des Betrags von Dispersion fähig ist, 102 ist eine Übertragungsleitung, 103 ist ein optischer Empfänger und 104 ist ein Repeater-Verstärker. In der nachstehenden Beschreibung zeigen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Bestandteile an.
Der variable Dispersionskompensator 101, der hier verwendet wird, kann aufgebaut sein aus einem Dispersionskompensator eines Mach-Zehnder-Interferometertyps, der eine planare Lichtwellenschaltung (PLC) verwendet (z. B. Takiguchi et al., "Dispersion Compensation Experiments Using PLC-type Light Dispersion Equalizer", C-337, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Spring Convention, 1994), oder einem Dispersionskompensator des optischen Resonatortyps (z. B. Fukashiro et al., "Study an a Dispersion Compensation Method Using an Optical Resonator", B-935, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Autumn Convention, 1994).
14 zeigt ein Beispiel eines Mehrfachoptikverstärker-Repeatersystems, in dem ein variabler Dispersionskompensator auch in jedem Repeater vorgesehen ist. Die Erfindung ist je doch nicht auf die in dem Beispiel von 14 gezeigte Konfiguration begrenzt, wo sowohl der Sender als auch Empfänger ebenso wie alle Repeater mit variablen Dispersionskompensatoren versehen sind, sondern es sind verschiedene andere Konfigurationen möglich, z. B. eine Konfiguration, von nur die Repeater mit variablen Dispersionskompensatoren versehen sind, eine Konfiguration, wo der Sender und die Repeater mit variablen Dispersionskompensatoren versehen sind, eine Konfiguration, wo die Repeater und der Empfänger mit variablen Dispersionskompensatoren versehen sind. In dem Fall des weiteren, wo die Repeater mit den variablen Dispersionskompensatoren versehen sind, können nur einige der Repeater mit ihnen versehen sein.
Bezüglich der Dispersionskompensationstechniken, die in den Beispielen von 10 bis 14 verwendet werden, besteht, obwohl verschiedene Dispersionskompensatoren und Dispersionskompensationsverfahren, die sie verwenden, bereits vorgeschlagen wurden und für Landsysteme, Unterseesysteme, Systeme ohne Repeater und Vielfachrepeatersysteme implementiert wurden, der Punkt der vorliegenden Erfindung darin, dass unter Verwendung eines variablen Dispersionskompensators, der zum Variieren des Betrages von Dispersion fähig ist, der Betrag von Dispersionskompensation in einem Wert optimiert wird, der die Übertragungscharakteristik für jede Repeatersektion maximiert.
Wenn die Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsleitung, einschließlich der Variation entlang der Längsrichtung, bekannt ist, kann zur Optimierung der optimale Dispersionskompensationsbetrag durch Simulation bestimmt werden, und dieser Betrag wird in dem variablen Dispersionskompensator 101 eingestellt.
15 zeigt ein anderes Beispiel. In diesem Beispiel wird Durchlaufen des Dispersionskompensationsbetrags durchgeführt, während die Übertragungscharakteristik in dem empfangenden Ende gemessen wird, und der variable Dispersionskompensator wird auf einen Wert gesetzt, in dem eine gute Übertragungscharakteristik erhalten wird. Da in diesem Beispiel der variable Dispersionskompensator 101 in dem Empfänger vorgesehen ist, wird die Übertragungscharakteristik in dem empfangenden Ende gemessen, während der Dispersionskompensationsbetrag durchlaufen wird, und der optimale Dispersionskompensationsbetrag wird entsprechend eingestellt. Das gleiche Verfahren einer Messung, wie in der zuvor beschriebenen Übertragungscharakteristikmessungssektion 53, 74 oder 94 beschrieben, kann in der Übertragungscharakteristikmessungssektion 105 für eine Messung der Übertragungscharakteristik verwendet werden.
16 und 17 zeigen noch ein weiteres Beispiel. In dem optischen Übertragungssystem dieses Beispiels wird ein Steuersignal zu dem Sender oder zu den Repeatern auf der Basis der Übertragungscharakteristik, die in dem Empfänger gemessen wird, zurückgekoppelt, um den Dispersionskompensationsbetrag zu optimieren, der in dem variablen Dispersionskompensator 101 eingestellt ist, der darin installiert ist. 16 zeigt eine Konfiguration, wo der variable Dispersionskompensator nur in dem Sender installiert ist. In dieser Konfiguration wird die Übertragungscharakteristik in dem empfangenden Ende gemessen, während der Dispersionskompensationsbetrag in dem übertragenden Ende durchlaufen wird, und die resultierende Information wird zurückgekoppelt, sodass der optimale Dispersionskompensationsbetrag eingestellt werden kann. 17 zeigt eine Konfiguration, wo der variable Dispersionskompensator in dem Sender, dem Empfänger und in jedem Repeater installiert ist. In einem System, wo eine Vielzahl von Dispersionskompensatoren installiert ist, müssen nicht alle Kompensatoren notwendigerweise vom Typ variabler Dispersion sein, sondern einige können aus Dispersionskompensatoren eines fixierten Typs aufgebaut sein. Ein Dispersionskompensator des fixierten Typs kann unter Verwendung einer Dispersionskompensationsfaser (DCF, dispersion compensation fiber) implementiert sein.
Der Dispersionskompensationsbetrag kann durch den variablen Dispersionskompensator gesteuert werden, während die Übertragungscharakteristik nicht nur überwacht wird, wenn das System hochgefahren wird, sondern auch während das System in Betrieb ist. Auf diese Weise kann richtige Steuerung unabhängig von der Variation der Wellenlänge der Lichtquellen-LD und der Variation der Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsleitung wegen Temperaturänderungen und Alterung durchgeführt werden.
Dieser Prozess kann manuell durchgeführt werden, oder kann durch die CPU automatisch durchgeführt werden. Des weiteren kann eine getrennte CPU für jede der regenerativen Repeatersektionen zwischen dem optischen Sender und Empfänger für eine unabhängige Steuerung vorgesehen sein, oder alternativ kann eine Steuerung zentral durch eine einzelne CPU durchgeführt werden, während die Beziehungen unter der Vielzahl von regenerativen Repeatersektionen abgestimmt werden.
18 und 19 zeigen noch ein weiteres Beispiel. In diesem Beispiel wird der variable Dispersionskompensator in Verbindung mit einer abstimmbaren Lichtquelle 106 verwendet. 18 zeigt eine Konfiguration für ein Übertragungssystem ohne Repeater, und 19 eine Konfiguration für ein Optikverstärkungsvielfach-Repeaterübertragungssystem. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte Konfiguration begrenzt, wo der variable Dispersionskompensator in dem Sender, dem Empfänger und in jedem Repeater installiert ist, sondern es sind verschiedene Kombinationen möglich, wie mit Bezug auf 14 erwähnt.
In diesem optischen Übertragungssystem wird der variable Dispersionskompensator in Verbindung mit der abstimmbaren Lichtquelle 106 in dem Sender verwendet, und während die Übertragungscharakteristik in dem Empfänger gemessen wird, wird die Übertragungswellenlänge durchlaufen und auf einen Wert eingestellt, in dem eine gute Übertragungscharakteristik erhalten wird, oder basierend auf der Übertragungscharakteristik, die in dem Empfänger gemessen wird, wird ein Steuersignal zu dem Sender zurückgekoppelt, sodass die Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle 106 auf den optimalen Wert gesetzt wird.
Wie zuvor beschrieben, geschieht, wenn Übertragung (sowohl Übertragung ohne Repeater als auch Vielfachrepeaterübertragung) in einem relativ hohen optischen Leistungspegel unter Verwendung eines optischen Verstärkers durchgeführt wird, falls die Wellenlänge von Signallicht nahe der Nulldispersionswellenlänge der Optikfaser-Übertragungsleitung und in einer anomalen (positiven) Dispersionsregion eingestellt ist, Modulationsinstabilität wegen einer Erscheinung von Vierwellenmischung (FWM), die zwischen dem Signallicht und der verstärkten spontanen Emission (ASE, amplified spontaneous emission) auftritt. Als ein Ergebnis wird die ASE verstärkt und das S/R-Verhältnis des Signallichts verschlechtert sich. Es ist bekannt, dass dies durch Einstellen der Signallichtwellenlänge innerhalb der normalen (negativen) Dispersionsregion oder durch Anwenden positiver Dispersion in dem Empfänger oder in dem Repeater effektiv vermieden werden kann. D. h. Dispersionskompensation wird durch Einstellen der Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle auf einen Wert durchgeführt, der den Dispersionswert mit Bezug auf die Übertragungsleitung negativ macht und FWM unterdrücken kann, während zur gleichen Zeit der Dispersionsbetrag des Dispersionskompensators auf einen positiven Wert gesetzt wird. Alternativ kann Dispersionskompensation durch Einstellen der Wellenlänge der abstimmbaren Lichtquelle auf einen Wert durchgeführt werden, der den Dispersionswert mit Bezug auf die Übertragungsleitung positiv macht und FWM unterdrücken kann, während zur gleichen Zeit der Dispersionsbetrag des Dispersionskompensators auf einen negativen Wert eingestellt wird. Die Einstellung der Übertragungswellenlänge kann automatisch geschehen. Auch kann die Einstellung der Übertragungswellenlänge geschehen, wenn das System hochgefahren wird, oder während das System in Betrieb ist.
Falls es eine Reserveleitung gibt, deren Dispersionsbedingung und Installationsumgebung ungefähr gleich jenen der arbeitenden Leitung sind, wird es möglich sein, zuerst den Dispersionskompensationsbetrag und die Übertragungswellenlänge in der Reserveleitung zu optimieren und dann die Optimierung auf die arbeitende Leitung durch Verweis auf sie anzuwenden. Dies ermöglicht, dass die Optimierung der jeweiligen Größen geschieht, ohne die Dienstgeschwindigkeit zu beeinträchtigen.
Parameter zum Steuern der Bedingungen der Übertragungsleitung können auch den Vorchirpenbetrag und die optische Leistung, die zu der Faser einzugeben ist, zusätzlich zu der Signallichtwellenlänge (1, 3, 4, 8, 9, 18, 19) und den Dispersionskompensationsbetrag (10 bis 19), die bereits beschrieben sind, einschließen.
Vorchirpen (prechirping) ist eine Technik zum Steuern der Anderung der übertragenen Wellenform wegen Wellenlängendispersion und nichtlinearen Effekten durch Bereitstellen im voraus einer Wellenlängen-(Frequenz) Verteilung innerhalb eines Impulses der Übertragungswellenlänge, und es wurden verschiedene Verfahren für eine Implementierung vorgeschlagen. Wenn ein Mach-Zehnder-Optikmodulator als ein externer Modulator verwendet wird, wird die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und optischen Leistung durch eine Sinuskurve dargestellt, wie in 20 gezeigt. Wenn eine Spannung nahe Vb1 ausgewählt und als ein positiver Impuls angelegt wird, wie etwa in Teil (1) (a) von 21 gezeigt, wird ein positiver Lichtimpuls in Phase mit der angelegten Spannung ausgegeben, wie in Teil (2) (a) von 21 gezeigt. In diesem Zeitpunkt verlagert sich die Lichtwellenlänge zu dem kürzeren Wert in dem steigenden Abschnitt des Lichtimpulses, und zu dem längeren Wert in dem fallenden Abschnitt, wie in Teil (3) (a) von 21 gezeigt. D. h. innerhalb der Dauer eines Lichtimpulses verschiebt sich die Wellenlänge mit der Zeit von der kürzeren Wellenlänge (blau) zu der längeren Wellenlänge (rot). Diese Erscheinung wird eine Rotverschiebung genannt. Wenn andererseits eine Spannung nahe Vb2 ausgewählt und als ein negativer Impuls angelegt wird, wie etwa in Teil (1) (b) von 21 gezeigt, wird ein positiver Impuls 180° phasenverschoben mit der angelegten Spannung ausgegeben, wie in Teil (2) (b) von 21 gezeigt. In diesem Zeitpunkt verschiebt sich die Lichtwellenlänge zu dem längeren Wert in dem steigenden Abschnitt des Lichtimpulses, und zu dem kürzeren Wert in dem fallenden Abschnitt, wie in Teil (3) (b) von 21 gezeigt. D. h. innerhalb der Dauer eines Lichtimpulses verschiebt sich die Wellenlänge mit der Zeit von der längeren Wellenlänge (rot) zu der kürzeren Wellenlänge (blau). Diese Erscheinung wird eine Blauverschiebung genannt. Wenn ein Parameter, der den Chirpenbetrag definiert, durch α bezeichnet wird, dann ist α > 0 für die Rotverschiebung und α < 0 für die Blauverschiebung. Wenn die Wellenlänge des Signallichts kürzer als die Nulldispersionswellenlänge ist und die Übertragungsbedingung der optischen Faser innerhalb der Region der normalen Dispersion ist (D < 0), bewegt sich Licht in einer längeren Wellenlänge durch die optische Faser schneller als Licht in einer kürzeren Wellenlänge; falls ein Vorchirpen von α > 0 (Rotverschiebung) im voraus gegeben ist, hat dies deshalb den Effekt einer Komprimierung der Impulswellenform, und unterdrückt Wellenformverschlechterung. Wenn umgekehrt die Übertragungsbedingung innerhalb der Region der anomalen Dispersion ist (D > 0), bewegt sich Licht in einer kürzeren Wellenlänge schneller, sodass ein Vorchirpen von α < 0 (Blauverschiebung) dazu dienen wird, Wellenformverschlechterung zu unterdrücken. Durch Abstimmen des Wertes von α gemäß der Bedingung der Übertragungsleitung kann ferner die gesamte Übertragungsbedingung des optischen Systems optimiert werden. In einem Mach-Zehnder-Optikmodulator kann das Vorzeichen von α zwischen positiv und negativ abhängig davon geändert werden, welcher Operationspunkt, Vb1 oder Vb2, verwendet wird. Wenn ein Mach-Zehnder-Optikmodulator verwendet wird, der aus einem Intensitätsmodulator 107 und einem Phasenmodulator 108 besteht, die im Tandem verbunden sind, wie in 22 gezeigt, kann der Vorchirpenbetrag α kontinuierlich durch Variieren der Spannung variiert werden, die an den Phasenmodulator 108 angelegt wird. In dem dargestellten Beispiel sind der Intensitätsmodulator und der Phasenmodulator als eine einzelne Einrichtung integriert, sie können aber als getrennte Einrichtungen aufgebaut sein, die miteinander verbunden sind.
Bezüglich der eingegebenen optischen Leistung zu der Faser kann durch Variieren der Senderoptikerleistung und der Repeateroptikausgangsleistung die Wellenformänderung wegen der Interaktion zwischen Selbstphasenmodulation und chromatischer Dispersion in der Übertragungsleitung reguliert werden. Variieren der optischen Leistung kann durch Steuern der optischen ausgegebenen Leistungen der übertragenden Lichtquelle und der optischen Verstärker (optische Nachverstärker und Inline-Optikverstärker) einfach bewerkstelligt werden.
Steuerung des Vorchirpenbetrags und/oder Steuerung der optischen Leistung kann an Stelle von oder in Verbindung mit Steuerung der Signallichtwellenlänge und/oder Steuerung des Dispersionskompensationsbetrags in den Beispielen durchgeführt werden, die in 1, 3, 4, 8 bis 19 gezeigt werden.
In den so weit beschriebenen Beispielen wird die Übertragungscharakteristik periodisch oder kontinuierlich gemessen, und die Steuerparameter, wie etwa die Signallichtwellenlänge etc., werden auf eine derartige Art und Weise abgestimmt, um die Änderung der Nulldispersionswellenlänge λ₀ in der Übertragungsleitung zu kompensieren. Einer der Faktoren, die die Nulldispersionswellenlänge λ₀ ändern, ist eine Temperaturänderung in der Übertragungsleitung. Bezüglich der Temperaturänderung können die Übertragungsbedingungen auch durch Schätzen des Betrages von Verschiebung der Nulldispersionswellenlänge durch Evaluieren der Temperatur der Übertragungsleitung, und durch Korrigieren der Steuerparameter basierend auf dem geschätzten Verschiebungsbetrag optimiert werden.
Ferner wird in einem WDM-System vieler Repeater optischer Verstärkung, das ein Wellenlängenband nahe der Nulldispersionswellenlänge der optischen Faser verwendet, Nebensprechen, das durch Vierwellenmischung zwischen Signallichtern verursacht wird, ein Faktor, der die Übertragungscharakteristik verschlechtern kann. Um dieses Nebensprechen zu vermeiden, muss das Signalwellenlängenband von der Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsleitung weit entfernt getrennt sein, im Gegensatz zu dem Fall einer Einwellenübertragung. Ein Beispiel des Abstands von Signallichtwellenlängen wird in 23 gezeigt. Auch in diesem Fall ist es wichtig, die Variation von λ₀ entlang der Längsrichtung der tatsächlichen Optikfaser-Übertragungsleitung zu bewerten.
24 zeigt die Temperaturabhängigkeit von λ₀, die tatsächlich gemessen wird.

Quelle: H. Onaka et al., "Measuring the Longitudinal Distribution of Four-Wave Mixing Efficiency in Dispersion-Shifted Fibers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 6, Nr. 12, 1994.

In diesem Beispiel wird für eine DSF von 1,1 km Länge λ₀ aus der Auftrittseffizienz von Vierwellenmischung (FWM) erhalten. Hier wird eine Änderung von 2,4 nm (Ratenänderung: 0,03 nm/°C) gegenüber einem Temperaturbereich von –20 bis +60°C gezeigt. Da die Dispersionsneigung der DSF, die hier verwendet wird, 0,07 ps/nm²/km ist, ändert sich der Wellenlängendispersionswert in einer Rate von 0,168 ps/nm/km. Bei Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 Gb/s oder darüber kann es sein, dass diese Änderung bei der Systemgestaltung gemeinsam mit der Variation entlang der Längsrichtung berücksichtigt werden muss.
Temperatur wird in einem geeigneten Punkt 110 in der Optikfaser-Übertragungsleitung 102 evaluiert, die zwischen dem optischen Sender 100 und dem optischen Empfänger 103 installiert ist, wie in 25 gezeigt, oder in vielen Punkten, wie in 26 gezeigt. Wenn die Temperatur in vielen Punkten evaluiert wird, kann die Verteilung von Verschiebungsbeträgen der Nulldispersionswellenlänge erhalten werden. In dem Fall eines Repeaterübertragungssystems optischer Verstärkung wird Temperatur in einem Punkt oder in vielen Punkten in jeder Repeatersektion 102 oder in einigen der Repeatersektionen evaluiert.
Temperaturevaluierung kann durch direktes Messen der Temperatur des Faseroptikkabels der Übertragungsleitung unter Verwendung eines geeigneten Temperatursensors bewerkstelligt werden, oder die Temperatur des Faseroptikkabels kann durch Messen der Rohrleitungstemperatur geschätzt werden, oder in dem Fall eines Untergrund-Optikfaserkabels durch Messen der Temperatur der Erdoberfläche, unter der das Kabel vergraben ist, oder in dem Fall eines Unterseekabels durch Messen der Wassertemperatur. Des weiteren kann die Kabeltemperatur aus der Umgebungstemperatur in einer Endstation oder in einem Repeater, oder aus der Temperatur der Erdoberfläche geschätzt werden. Eine kontinuierliche Temperaturverteilung kann durch Verlegung einer optischen Faser für Temperaturmessung entlang des Faseroptikkabels und durch Verwenden von OTDR (Optikzeitdomänen-Reflektometrie) gemessen werden, um Ramanstreulicht zu messen.
Aus dem Temperaturevaluierungswert, der so erhalten wird, wird der Betrag von Variation von λ₀ berechnet, und basierend darauf werden Steuerparameter, wie etwa Signallichtwellenlänge, korrigiert. Es ist auch möglich, Kalender für mittlere saisonale und Tag-zu-Nacht-Variationen aus den vergangenen Temperaturevaluierungsergebnissen zu erstellen und die Steuerparameter unter Verwendung derartiger Kalender zu ändern (oder Daten können im voraus programmiert werden).
28 und 29 sind mit einem Beispiel befasst, in dem eine Signallichtwellenlänge für jede regenerative Repeatersektion für optimale Übertragungsbedingungen durch Steuern der abstimmbaren Lichtquelle 106 basierend auf dem Temperaturevaluierungswert korrigiert wird. 28 zeigt ein Beispiel eines Übertragungssystems ohne Repeater, und 29 ein Beispiel eines Repeaterübertragungssystems optischer Verstärkung. 30 ist mit einem Beispiel befasst, wo der Vorchirpenbetrag α basierend auf dem Temperaturevaluierungswert korrigiert wird.
31 bis 33 sind mit einem Beispiel befasst, wo der Dispersionskompensationsbetrag korrigiert wird. Es wird hier ein Repeaterübertragungssystem optischer Verstärkung gezeigt, es wird aber erkannt, dass das Beispiel auch auf ein Übertragungssystem ohne Repeater anwendbar ist. 31 zeigt eine Konfiguration, wo der variable Dispersionskompensator 101 in dem Sender installiert ist, 32 betrifft eine Konfiguration, wo der variable Dispersionskompensator 101 in dem Empfänger installiert ist, und 33 veranschaulicht eine Konfiguration, wo der variable Dispersionskompensator 101 in sowohl dem Sender als auch dem Empfänger, und auch in jedem Repeater installiert ist.
34 ist mit einem Beispiel befasst, worin die Wellenformverschlechterung wegen dem SPM-GVD-Effekt durch Korrigieren von Senderleistung und optischer Ausgabeleistung des Repeaters basierend auf dem Temperaturevaluierungswert unterdrückt wird. An Stelle einer Steuerung des Verstärkers kann die Lichtquelle gesteuert werden. 35 ist mit einem Beispiel befasst, wo Signallichtwellenlänge, Vorchirpenbetrag, Dispersionskompensationsbetrag und optische Leistung korrigiert werden.
Die Verarbeitung für diese Korrekturen kann manuell durchgeführt werden, oder kann durch die CPU automatisch durchgeführt werden. Des weiteren kann eine getrennte CPU für jede der regenerativen Repeatersektionen zwischen dem optischen Sender und Empfänger für eine unabhängige Steuerung vorgesehen sein, oder alternativ kann Steuerung zentral durch eine einzelne CPU durchgeführt werden, während die Beziehungen zwischen der Vielzahl von regenerativen Repeatersektionen abgestimmt werden.
Es wird geglaubt, dass der SPM-Effekt durch abrupte Änderungen in einem Faserbrechungsindex wegen abrupten Änderungen in der Lichtintensität verursacht wird. Durch Übertragen von optischen Impulsen mit der Anstiegszeit und Abfallzeit, die zwangsweise gestreckt werden und wobei dadurch die Variation optischer Signalstärke geglättet wird, kann die Wellenformverschlechterung wegen dem SPM-Effekt reduziert werden. An statt zu bewirken, dass nur die Lichtintensität glatt variiert und die Anstiegs-/Abfallübergangszeiten gestreckt werden, wäre es in diesem Fall wünschenswert, die Übergangszeiten durch bewusstes Verursachen von Wellenlängendispersion zu strecken, da es dann möglich wäre, sie durch Dispersionskompensation oder andere Mittel in einer späteren Stufe zu kompensieren. Bewusste Wellenlängendispersion kann entweder durch absichtliches Verschieben der Signallichtwellenlänge von der Nulldispersionswellenlänge λ₀ und dadurch Verursachen von Dispersion durch GVD, oder durch Einfügen eines Dispersionskompensators in den Sender verursacht werden.
36 und 37 sind mit einem Beispiel befasst, in dem die Wellenlänge λ_s von Signallicht auf einen Wert gesetzt ist, der von der Nulldispersionswellenlänge λ₀ einer DSF getrennt ist, und ein Dispersionskompensator 112 mit einem fixierten Dispersionsbetrag in dem empfangenden Ende installiert ist. 36 zeigt ein Beispiel von Übertragung ohne Repeater, und 37 ein Beispiel von Vielfachrepeaterübertragung. Der Dispersionsbetrag D des Dispersionskompensators 112 ist auf einen Wert gesetzt, der die GVD kompensieren kann, die durch λ_s ≠ λ₀ verursacht wird.
38 und 39 sind mit einem Beispiel befasst, wo der Dispersionskompensator 112 in dem übertragenden Ende installiert ist. 38 zeigt ein Beispiel von Übertragung ohne Repeater, und 39 ein Beispiel von Übertragung mit vielen Repeatern. Auch in diesem Fall wird der Dispersionsbetrag D des Dispersionskompensators 112 auf einen Wert gesetzt, der die GVD kompensieren kann, die durch λ_s ≠ λ₀ verursacht wird.
In dem Beispiel von 36 oder 37 kann, falls das System ausdrücklich für λ_s < λ₀ und D > 0 eingestellt ist, wie in 40 gezeigt, da λ_s in der negativen Dispersionsregion ist, Vierwellenmischung zwischen Signallicht und spontaner Emission verhindert werden. Natürlich kann auch eine Kombination von λ_s > λ₀ und D < 0, wie in 41 gezeigt, diesem Zweck dienen. Des weiteren können Dispersionskompensatoren mit einem Dispersionswert D von entgegengesetzten Vorzeichen in dem Sender bzw. Empfänger installiert sein, wie in Teil (a) und Teil (b) von 42 gezeigt. Es ist auch möglich, einen Dispersionskompensator in dem Sender, in dem Empfänger und in jedem Repeater oder einigen der Repeater zu installieren, wie in 43 gezeigt.
Weitere Optimierung kann durch Messen der Übertragungscharakteristik mit der Wellenlänge λ_s von Signallicht, die zuerst in einem Wert getrennt von der Nulldispersionswellenlänge λ₀ eingestellt ist, und mit dem Dispersionskompensator, der in einer geeigneten Stelle angeordnet ist, um den SPM-Effekt zu unterdrücken, wie oben beschrieben, und dann durch Korrigieren von λ_s auf einen optimalen Wert basierend auf dem Ergebnis der Messung erreicht werden. 44 und 46 zeigen mehrere Beispiele einer derartigen Systemkonfiguration. Für das Verfahren zum Messen der Übertragungscharakteristik und den Modus einer Steuerung können beliebige der verschiedenen Verfahren und Modi, die bereits beschrieben wurden, angewendet werden. Wie in 47 bis 49 gezeigt, kann der Vorchirpenbetrag mit der fixierten Signallichtwellenlänge λ_s gesteuert werden. Alternativ können sowohl die Signallichtwellenlänge λ_s als auch der Vorchirpenbetrag gesteuert werden, wie in 50 bis 52 gezeigt. Steuerung des Vorchirpenbetrags kann unter Verwendung eines Mach-Zehnder-Optikmodulators bewerkstelligt werden, wie zuvor beschrieben.
In den so weit beschriebenen Beispielen wurde eine einzelne Signallichtwellenlänge überall in einer regenerativen Repeatersektion zwischen dem optischen Sender und Empfänger ungeachtet der Bereitstellung eines optischen Verstärkungsrepeaters verwendet. In den hierin nachstehend beschriebenen Bei spielen ist ein Wellenlängenwandler in jedem optischen Verstärkungsrepeater installiert, und die Signallichtwellenlänge λ_s wird für jede Verstärkungsrepeatersektion optimiert.
53 zeigt ein Beispiel eines optischen Übertragungssystems, in dem ein Wellenlängenwandler 118 in jedem optischen Verstärkungsrepeater vorgesehen ist, und die Signallichtwellenlänge für jede Verstärkungsrepeatersektion optimiert wird. In dem Beispiel von 53 ist der Wellenlängenwandler 118 für jede Verstärkungsrepeatersektion vorgesehen, die Erfindung ist aber nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Des weiteren kann eine Lichtquelle variabler Wellenlänge 106 in dem Sender vorgesehen sein, wie in 54 gezeigt, um die Signallichtwellenlänge für die Sektion zwischen dem Sender und dem ersten optischen Verstärkungsrepeater weiter zu optimieren.
Der Wellenlängenwandler 118 kann unter Verwendung eines Wellenlängenwandlungslasers implementiert sein, der z. B. aus einem bistabilen optischen Laser aufgebaut ist, wie etwa in 55 gezeigt. Die linke Hälfte der Figur ist die Region optischer Bistabilität; die Elektrode über der aktiven Schicht 120 ist in zwei Sektionen unterteilt, und der Abschnitt zwischen ihnen wird als eine sättigbare Absorptionsregion verwendet. Wenn eingegebenes Licht injiziert wird, während die Einrichtung in einem Zustand gehalten wird, um durch Abstimmen von Strömen in Verstärkungsregionen 122 und 124 zu oszillieren, wird die sättigbare Absorptionsregion 126 transparent und beginnt zu lasern, wobei ausgegebenes Licht in unterschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird. Die rechte Hälfte der Figur ist die Steuerregion für eine Oszillationswellenlänge, die aus einer Phasenverschiebungsregion 128 und einer DBR-Region 130 mit einem Beugungsgitter 129 besteht. Wenn ein Strom in die DBR-Region 130 injiziert wird, verringert sich der Brechungsindex einer Lichtführungsschicht 132 wegen dem Plasmaeffekt, der durch Träger verursacht wird, wobei es somit möglich gemacht wird, die Bragg-Wellenlänge zu der Seite kürzerer Wellenlänge zu verschieben. Durch Variieren des Stroms, der zu der Phasenverschiebungsregion 128 injiziert wird, kann ferner eine äquivalente Lichtpfadlänge dieser Region variiert werden, was es möglich macht, die Phase von Licht zu der Schwingungsbedingung anzupassen. Durch geeignetes Variieren der Ströme, die an diese zwei Regionen angelegt werden, kann die Wellenlänge von ausgegebenem Licht über einen breiten Bereich gesteuert werden.
In einer zweiten Implementierung des Wellenlängenwandlers 112 wird von der Erscheinung von Vierwellenmischung bewusst Gebrauch gemacht. Wenn Licht in zwei Wellenlängen, λ₀ und λ_in, nahe der Dispersionswellenlänge, zu der DSF eingegeben wird, wird Licht von λ_out = λ₀ + (λ₀ + λ_in) als ein Ergebnis von Vierwellenmischung erzeugt. Wenn eine abstimmbare Lichtquelle verwendet wird, um λ₀ zu emittieren, die variabel gemacht ist, und nur Licht in λ_out aus dem ausgegebenen Licht durch Verwenden eines Filters extrahiert wird, kann λ_in zu λ_out gewandelt werden, während seine Wellenlänge gesteuert wird.
Durch Einstellen einer Lichtsignalwellenlänge für jede optische Verstärkungsrepeatersektion wird es möglich, die Übertragungsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, da Wellenlängendispersion weiter reduziert werden kann, und die Übertragungsleitungskosten können reduziert werden, da der zulässige Bereich für die Variation der Nulldispersionswellenlänge λ₀ ausgedehnt werden kann. Des weiteren können durch Wandeln in der Wellenlänge von optischen Signalen hoher Geschwindigkeit als Licht in jedem optischen Verstärkungsrepeater, an Stelle von Regenerieren und Wiederholen von ihnen und Einstellen der Signallichtwellenlänge erneut für eine weitere Übertragung, zwei Wandlungen zwischen optischen und elektrischen Signalen und zugehörige elektronische Schaltungstechnik hoher Ge schwindigkeit weggelassen werden, wobei somit Verringerungen in der Größe und den Kosten des Systems erreicht werden.
Wenn die Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsleitung, einschließlich ihrer Variation entlang der Längsrichtung, bereits bekannt ist, wird die Signallichtwellenlänge in einem optimalen Wert für jede optische Verstärkungsrepeatersektion durch Simulation etc. eingestellt. Wenn andererseits die Nulldispersionswellenlänge der Übertragungsleitung nicht bekannt ist, wird die Übertragungscharakteristik in dem empfangenden Ende gemessen, wenn das System hochgefahren wird, während die Wellenlänge durch die abstimmbare Lichtquelle und den Wellenlängenwandler durchlaufen wird, und die Wellenlänge wird für eine optimale Übertragungscharakteristik eingestellt. Es wäre auch möglich, die Wellenlänge zu durchlaufen, während das Steuersignal von der Übertragungscharakteristikmessungssektion 105 zurückgekoppelt wird, wie in 56 gezeigt. In diesem Fall wird jeder Wellenlängenwandler zuerst auf einen Nullwellenlängenverschiebungsbetrag gesetzt, und die abstimmbare Lichtquelle wird betrieben, um Durchlaufen durchzuführen, um die Wellenlänge zu bestimmen, die die beste Übertragungscharakteristik bereitstellt. Falls die Übertragungscharakteristik die Spezifikation in diesem Zeitpunkt nicht erfüllt, dann könnten die Wellenlängenwandler betrieben werden, Durchlaufen zum Beispiel in einer Sequenz durchzuführen, beginnend zuerst mit dem Wellenlängenwandler am nächsten zu dem Sender, dann dem nächst gelegenen usw., wobei jeder auf die Wellenlänge gesetzt wird, die die beste Übertragungscharakteristik bereitstellt. Für das Verfahren zum Messen der Übertragungscharakteristik und den Modus einer Steuerung während Systeminbetriebnahme und während Systemoperation können beliebige der verschiedenen Verfahren und Modi, die bereits beschrieben wurden, angewendet werden.
In dem in 57 gezeigten Beispiel ist ein Dispersionskompensator 112 zum bewussten Verursachen von GVD in dem Sender vorgesehen, um den SPM-Effekt zu reduzieren, wie bereits beschrieben. Der Dispersionskompensator kann auch in jedem Repeater installiert sein.
Als Nächstes werden periphere Techniken zu Implementieren optischer Multiplexierung beschrieben.
Der Mach-Zehnder-Optikmodulator, der verwendet wird, um ein optisches Signal durch Modulieren eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle mit einem elektrischen Signal zu erzeugen, hat eine sinusförmige Charakteristik, wie vorher mit Bezug auf 20 beschrieben, da aber die Charakteristik mit einer Änderung der Temperatur und Alterung driftet, muss die Drift kompensiert werden, sodass der Variationsbereich (Operationspunkt) der angelegten Spannung immer innerhalb spezifizierter Grenzen gehalten wird. Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 3-251851 offenbart eine Technik, wodurch die Drift eines Mach-Zehnder-Modulators durch Amplitudenmodulation der angelegten Spannung (elektrisches Signal hoher Frequenz) mit einem Niederfrequenzsignal einer Frequenz f₀ und durch Steuern der Vorspannung der angelegten Spannung so, dass die f₀-Komponente, die in dem ausgegebenen Licht enthalten ist, Null wird, kompensiert wird. D. h. wenn der Ansteuerspannungsbereich V₀–V₁ innerhalb der richtigen Grenzen ist, variieren die oberen und unteren Hüllen des ausgegebenen Lichtsignals mit der Frequenz 2f₀, wobei ihre Phasen voneinander entgegengesetzt sind, wie in 58 gezeigt, sodass keine f₀-Komponente enthalten ist; wenn andererseits der Operationspunkt außerhalb des richtigen Bereiches verschoben wurde, variieren die oberen und unteren Hüllen des ausgegebenen Lichtsignals mit der Frequenz f₀ und in Phase miteinander, wie in 59 und 60 gezeigt, sodass die f₀-Komponente enthalten ist. Um dies zu verhindern, wird ein Teil des aus gegebenen Lichtsignals durch Verwenden eines Kopplers getrennt und zu einem elektrischen Signal gewandelt, und die Vorspannung des optischen Modulators wird unter Verwendung einer Ausgabe, die in f₀ in der Phase erfasst wird, gesteuert, um den Operationspunkt zu stabilisieren.
Wenn eine derartige Driftkompensationstechnik auf ein optisches Multiplexsystem angewendet wird, muss, da jeder optische Kanal die Bereitstellung eines optischen Modulators erfordert, eine gleiche Zahl von Driftkompensationsschaltungen bereitgestellt werden. Falls die obige Driftkompensationstechnik auf ein optisches Multiplexsystem direkt angewendet wird, entsteht entsprechend das Problem, dass Koppler zum Splitten optischer Signale und optische Detektoren zum Wandeln getrennter optischer Signale in elektrische Signale in großen Zahlen notwendig werden.
61 zeigt ein Beispiel eines optischen Multiplexsystems, das mit einer Driftkompensationsschaltung ausgerüstet ist. In diesem Beispiel werden Laserstrahlen der gleichen Wellenlänge λ₀ zu einer Vielzahl von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren, 201₁ , 201₂ , ..., die parallel angeordnet sind, eingegeben, und Ansteuerschaltungen 203₁ , 203₂ , ... für die optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ..., modulieren in der Amplitude Ansteuersignale (Modulationssignale) mit Niederfrequenzsignalen unterschiedlicher Frequenzen f₁, f₂, ..., die durch Niederfrequenzoszillatoren 204₁ , 204₂ , ... generiert werden.
Ausgegebene Lichter von den optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... werden optisch kombiniert und auf eine optische Übertragungsleitung übertragen, während ein Teil des kombinierten Lichtes als Überwachungslicht durch Verwenden eines optischen Kopplers 205 getrennt wird; das getrennte Licht wird dann zu einem elektrischen Signal gewandelt und weiter in eine Vielzahl von Signalen unterteilt, die durch Bandpassfilter 208₁ , 208₂ , ... weitergegeben werden, und an entsprechende Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltungen 202₁ , 202₂ , ... angelegt. Das Bandpassfilter 208_k (k = 1, 2, ..., das gleiche trifft hierin nachstehend zu) überträgt eine Frequenz f_k der Niederfrequenz-Überlagerungskomponenten des entsprechenden optischen Modulators 201_k .
Die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202_k erfasst in der Phase die Niederfrequenzkomponente des ausgegebenen Lichts, das durch das Bandpassfilter 208_k extrahiert wird, mit der Ausgabe des Oszillators 204_k , und generiert ein Signal, um den Operationspunkt des optischen Modulators 201_k zu steuern. Diese Steuerung wird gleichzeitig in allen optischen Modulatoren 202₁ , 202₂ , ... durchgeführt.
In der obigen Konfiguration wird die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202₁ für den optischen Modulator 201₁ unter Verwendung der Niederfrequenzkomponente f₁, die durch das Bandpassfilter 208₁ extrahiert wird, gesteuert, und gleichermaßen wird die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202₂ für den optischen Modulator 201₂ unter Verwendung der Niederfrequenzkomponente f₂ gesteuert, die durch das Bandpassfilter 208₂ extrahiert wird. Entsprechend kann Vorspannungssteuerung für jeden der optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ..., die parallel angeordnet sind, unabhängig voneinander durchgeführt werden.
Die obige Konfiguration ist effektiv, wenn optischer Zeitmultiplex (OTDM) einer Vielzahl optischer Signale durchgeführt wird. Durch Durchführung von Trennung von ausgegebenem Licht und optischer/elektrischer Wandlung in einer Stelle kann gleichzeitige Steuerung einer Vielzahl optischer Modulatoren bewerkstelligt werden. In diesem Beispiel werden die Bandpassfilter 208₁ , 208₂ , ... verwendet, um die entsprechenden Frequenzkomponenten nach optischer/elektrischer Wandlung und Trennung zu extrahieren, falls aber stabile Operation sichergestellt werden kann, können diese Filter weggelassen werden.
In dem Beispiel von 61 wird Steuerung der Operationspunktdrift durch Niederfrequenz-Amplitudenmodulation in allen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ..., die parallel arbeiten, gleichzeitig durchgeführt. Alternativ kann das System auf eine derartige Art und Weise aufgebaut sein, dass jede der Ansteuerschaltungen zum Durchführen von Niederfrequenz-Amplitudenmodulation in gewissen Zeitintervallen abwechselnd in Betrieb geschaltet wird, sodass in einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt nur eine Ansteuerschaltung Niederfrequenz-Amplitudenmodulation durchführt; in diesem Fall wird die Operationspunktdrift nur des optischen Modulators, der gegenwärtig die Niederfrequenzmodulation durchführt, erfasst und gesteuert, während die Operationspunkte der anderen optischen Modulatoren fixiert gehalten werden. Auf diese Art und Weise können Signale der gleichen Frequenz als die Niederfrequenzsignale verwendet werden.
62 zeigt ein Beispiel eines derartigen optischen Multiplexsystems. In diesem Beispiel wird Steuerung in fixierten Zeitintervallen T₀ zwischen optischen Modulatoren umgeschaltet, die parallel angeordnet sind. Genauer ist eine Vielzahl von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren 201₁ , 201₂ , ... parallel angeordnet; zuerst werden optische Signale der gleichen Wellenlänge λ₀ durch die optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... moduliert, und dann werden die modulierten Signale zusammen kombiniert. Nur ein Niederfrequenzgenerator 204 ist vorgesehen, der eine einzelne Niederfrequenz f₀ generiert, die über einen Selektorschalter 209 den Ansteuerschaltungen 203₁ , 203₂ , ... zugeführt wird, von denen jede abwechselnd in fixierten Zeitintervallen T₀ in Betrieb geschaltet wird. Jede Ansteuerschaltung, die so abwechselnd in fixierten Zeitinter vallen in Betrieb geschaltet wird, führt Niederfrequenz-Amplitudenmodulation mit der einzelnen Frequenz f₀ durch.
Auf der Ausgangsseite der optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... wird das kombinierte ausgegebene Licht durch den optischen Koppler 205 gesplittet und durch den optischen Detektor 206 in ein elektrisches Signal gewandelt, das der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 zugeführt wird. Die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 erfasst in der Phase die Niederfrequenzkomponente in dem elektrischen Signal, das von dem getrennten ausgegebenen Licht gewandelt wird mit dem Signal der Niederfrequenzkomponente f₀ von dem Niederfrequenzoszillator 204, und generiert eine Vorspannung für eine Ausgabe.
Die Ausgabe der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 wird über einen Selektorschalter 210 zu den optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... zugeführt. Der Selektorschalter 210, der auf eine sperrende Weise mit dem Selektorschalter 209 arbeitet, steuert die Operationspunktdrift durch Zuführen der Versorgungsspannung nur zu dem optischen Modulator, dessen zugehörige Ansteuerschaltung gerade Niederfrequenz-Amplitudenmodulation durchführt. Während dieser Zeit werden die Operationspunkte der anderen optischen Modulatoren fixiert gehalten (z. B. unter Verwendung einer Verriegelung oder dergleichen: das gleiche trifft hierin nachstehend zu).
Dieses Beispiel, wie bei dem Beispiel von 61, ist effektiv, wenn eine Vielzahl optischer Signale optisch zeitmultiplext wird, und hat einen zusätzlichen Vorteil dadurch, dass eine Steuerung unter Verwendung einer Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung bewerkstelligt werden kann. Um Auftreten von Drift in den optischen Modulatoren nicht unter einer Steuerung zu verhindern, wird die Zeit T₀ so kurz wie möglich, aber ausreichend länger als die Zeitkonstante der Steuerung eingestellt.
63 zeigt ein anderes Beispiel des optischen Multiplexsystems der Erfindung. In diesem Beispiel sind die optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... in Reihe angeordnet. D. h. das System ist mit einer Vielzahl von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren 201₁ , 201₂ , ... aufgebaut, die in Reihe angeordnet sind, sodass das Licht einer Wellenlänge λ₀ von der Lichtquelle Modulation zwei oder mehr Male unterzogen wird. Dieses System sollte nicht ein optisches Multiplexsystem genannt werden, da optische Signale nicht multiplext werden. In dieser Spezifikation wird jedoch der Einfachheit halber das System ein optisches Multiplexsystem genannt.
Die Ansteuerschaltungen 203₁ , 203₂ , ... für die optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... sind aufgebaut, Niederfrequenz-Amplitudenmodulation mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen f₁, f₂, ... durchzuführen. Das ausgegebene Licht von dem optischen Modulator der letzten Stufe wird durch den optischen Koppler 205 gesplittet und durch den optischen Detektor 206 in ein elektrisches Signal gewandelt, das den Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltungen 202₁ , 202₂ , ... über die jeweiligen Bandpassfilter 208₁ , 208₂ , ... zugeführt wird. Das Bandpassfilter 208_k überträgt die Frequenz f_k der Niederfrequenz-Überlagerungskomponenten des entsprechenden optischen Modulators 201_k.
Die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202_k moduliert in der Phase die Niederfrequenzkomponente in dem Signal, das von dem ausgegebenen Licht getrennt wird mit dem Signal der Niederfrequenz f_k von dem Oszillator 204_k , und erfasst somit eine Operationspunktdrift und steuert den Operationspunkt des entsprechenden optischen Modulators 201_k . Steuerung des Operationspunktes wird gleichzeitig in allen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... durchgeführt. Falls stabile Operation sichergestellt werden kann, können die Bandpassfilter 208₁ , 208₂ , ... weggelassen werden.
In dem Beispiel von 63 wird Steuerung der Operationspunktdrift unter Verwendung von Niederfrequenzüberlagerung gleichzeitig in allen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... durchgeführt. Alternativ kann das System auf eine derartige Art und Weise aufgebaut sein, dass jede der Ansteuerschaltungen zum Durchführen von Niederfrequenz-Amplitudenmodulation in gewissen Zeitintervallen abwechselnd in Betrieb geschaltet wird, sodass in einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt nur eine Ansteuerschaltung Niederfrequenz-Amplitudenmodulation durchführt; in diesem Fall wird die Operationspunktdrift nur des optischen Modulators, der die Niederfrequenzmodulation gegenwärtig durchführt, erfasst und gesteuert, während die Operationspunkte der anderen optischen Modulatoren fixiert gehalten werden.
64 zeigt ein Beispiel eines derartigen optischen Multiplexsystems. In diesem Beispiel wird Steuerung in fixierten Zeitintervallen T₀ zwischen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ..., die in Reihe angeordnet sind, umgeschaltet. Genauer ist eine Vielzahl von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren 201₁ , 201₂ , ... in Reihe angeordnet, um ein System aufzubauen, in dem Licht von der Lichtquelle Modulation zwei oder mehr Male unterzogen wird. Es ist nur ein Niederfrequenzgenerator 204 vorgesehen, der eine einzelne Niederfrequenz f₀ generiert, die über den Selektorschalter 209 den Ansteuerschaltungen 203₁ , 203₂ , ... zugeführt wird, von denen jede in fixierten Zeitintervallen T₀ abwechselnd in Betrieb geschaltet wird. Jede Ansteuerschaltung, die so abwechselnd in fixierten Zeitintervallen in Betrieb geschaltet wird, führt Niederfrequenz-Amplitudenmodulation mit der einzelnen Frequenz f₀ durch.
Das ausgegebene Licht von dem optischen Modulator der letzten Stufe wird durch den optischen Koppler 205 gesplittet und in ein elektrisches Signal durch den optischen Detektor 206 gewandelt, das der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 zugeführt wird. Die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 erfasst in der Phase die Niederfrequenzkomponente in dem elektrischen Signal, das von dem getrennten ausgegebenen Licht gewandelt wird mit dem Signal der einzelnen Niederfrequenz f₀ von dem Niederfrequenzoszillator 204, und generiert eine Vorspannung für eine Ausgabe.
Die Ausgabe der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 wird über den Selektorschalter 210 den optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... zugeführt. Der Selektorschalter 210, der auf eine sperrende Weise mit dem Selektorschalter 209 arbeitet, steuert die Operationspunktdrift durch Zuführen der Vorspannung nur zu dem optischen Modulator, dessen zugehörige Ansteuerschaltung gerade Niederfrequenz-Amplitudenmodulation durchführt. Während dieser Zeit werden die Operationspunkte der anderen optischen Modulatoren fixiert gehalten.
Dieses Beispiel, wie bei dem Beispiel von 63, ist für optischen Zeitmultiplex effektiv, und hat einen zusätzlichen Vorteil dadurch, dass Steuerung unter Verwendung einer Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung bewerkstelligt werden kann.
65 zeigt ein Beispiel eines optischen Multiplexsystems. In diesem Beispiel wird die Steuerung in fixierten Zeitintervallen T₀ zwischen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ..., die parallel angeordnet sind und zu denen optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen λ₁, λ₂, ... eingegeben werden, umgeschaltet. Genauer ist eine Vielzahl von Mach-Zehnder-Optikmodulatoren 201₁ , 202, ... parallel angeordnet; zuerst werden optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen λ₁, λ₂, ... durch die jeweiligen optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... moduliert, und dann werden die modulierten Signale zusammen kombiniert. Es ist nur ein Niederfrequenzgenerator 204 vorgesehen, der eine einzelne Niederfrequenz f₀ generiert, die über den Selektorschalter 209 den Ansteuerschaltungen 203₁ , 203₂ , ... zugeführt wird, von denen jede abwechselnd in fixierten Zeitintervallen T₀ in Betrieb geschaltet wird. Jede Ansteuerschaltung, die so abwechselnd in fixierten Zeitintervallen in Betrieb geschaltet wird, führt Niederfrequenz-Amplitudenmodulation mit der einzelnen Frequenz f₀ durch.
Auf der Ausgangsseite der optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... wird das kombinierte ausgegebene Licht durch den optischen Koppler 205 gesplittet und durch den optischen Detektor 206 in ein elektrisches Signal gewandelt, das der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 zugeführt wird. Die Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 erfasst in der Phase die Niederfrequenzkomponente in dem elektrischen Signal, das von dem getrennten ausgegebenen Licht gewandelt wird mit dem Signal der einzelnen Niederfrequenz f₀ von dem Niederfrequenzoszillator 204, und generiert eine Vorspannung für eine Ausgabe.
Die Ausgabe der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202 wird über den Selektorschalter 210 zu den optischen Modulatoren 201₁ , 201₂ , ... zugeführt. Der Selektorschalter 210, der auf eine sperrende Weise mit dem Selektorschalter 209 arbeitet, steuert die Operationspunktdrift durch Zuführen der Vorspannung nur zu dem optischen Modulator, dessen zugehörige Ansteuerschaltung gerade Niederfrequenz-Amplitudenmodulation durchführt. Während dieser Zeit werden die Operationspunkte der anderen optischen Modulatoren fixiert gehalten.
Dieses Beispiel hat einen zusätzlichen Vorteil dadurch, dass Steuerung unter Verwendung einer Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung bewerkstelligt werden kann.
66 zeigt ein anderes Beispiel des optischen Multiplexsystems. Das hier gezeigte optische Multiplexsystem ist durch Hinzufügen von Vorzeichenumkehrungsschaltungen 215_k und 216_k , die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 4-140712 beschrieben sind, zu dem in 61 gezeigten System aufgebaut. Wie mit Bezug auf 20 und 21 beschrieben, kann in dem Mach-Zehnder-Optikmodulator die Richtung von Vorchirpen von Rotverschiebung zu Blauverschiebung durch Ändern des Operationspunktes von Vb1 zu Vb2 geändert werden. Wenn die Wellenlänge des Signallichts in der normalen Dispersionsregion der DSF ist, wird Rotverschiebung bereitgestellt, und wenn sie in der anomalen Dispersionsregion ist, wird Blauverschiebung bereitgestellt, um die Wellenform zu verbessern. Die Vorzeichenumkehrungsschaltung 215_k ändert den Operationspunkt von Vb1 zu Vb2 durch Umkehren, in Übereinstimmung mit einem Operationspunkt-Schaltsignal, der Polarität des Niederfrequenzsignals, das von dem Oszillator 204_k an die Ansteuerschaltung 203_k angelegt wird. Wenn der Operationspunkt zu Vb2 geändert wird, wird die Logik des optischen Signals umgekehrt, sodass die Logik des Modulationssignals durch die Vorzeichenumkehrungsschaltung 216_k umgekehrt wird in Synchronismus mit der Schaltoperation der Vorzeichenumkehrungsschaltung 215_k. An Stelle einer Umkehrung der Logik des Signals, das von dem Oszillator 204_k zu der Ansteuerschaltung 203_k zugeführt wird, kann die Logik des Signals, das von dem Oszillator 204_k zu der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202_k zugeführt wird, oder das Ergebnis von Phasenerfassung in der Phasenerfassungs-/Vorspannungsversorgungsschaltung 202_k umgekehrt werden. Des weiteren kann das Umschalten des Operationspunktes gleichzeitig für alle optischen Modulatoren 201_k durchgeführt werden.
In dem Beispiel von 66 sind Vorzeichenumkehrungsschaltungen dem optische Multiplexsystem von 61 hinzugefügt, die Erfindung ist aber nicht auf dieses bestimmte Beispiel begrenzt. Stattdessen wird erkannt, dass die Vorzeichenumkehrungsschaltungen gleichermaßen beliebigen der optischen Multiplexsystemen hinzugefügt werden können, die so weit beschrieben wurden (62 bis 65), in welchem Fall die Schaltoperation der Vorzeichenumkehrungsschaltungen einzeln oder zusammen auf eine sperrende Weise durchgeführt werden können.
Eine Änderung des Operationspunktes durch die Vorzeichenumkehrungsschaltung (Operationspunkt-Verschiebungsschaltung) kann auf mehreren Wegen implementiert werden; z. B. kann ein externer Selektorschalter bereitgestellt werden, oder automatische Umschaltung kann in dem System durch Prüfen der Übertragungscharakteristik z. B. in dem empfangenden Ende durchgeführt werden. Wenn in einer Wellenlänge nahe der Nulldispersionswellenlänge der Faser übertragen wird, kann das Vorzeichen von Wellenlängendispersion während Übertragung positiv oder negativ werden, abhängig von der Variation der Nulldispersionswellenlänge der Faser, der Variation der Lichtquellenwellenlänge etc. In derartigen Fällen kann es nützlich sein, falls der Operationspunkt in jedem optischen Modulator unabhängig geändert wird. In dem Fall von Wellenlängenmultiplex kann es, wenn die Beziehung von Größe zwischen der Nulldispersionswellenlänge der Faser und jeder Signallichtwellenlänge bereits bekannt ist, nützlich sein, falls die Operationspunkte in den optischen Modulatoren mit der gleichen Beziehung von Größe gemeinsam in einem Zeitpunkt geändert werden. In dem Fall von optischem Zeitmultiplex kann auch das Chirpen der ausgegebenen Lichtwellenlänge durch Ändern der Operationspunkte der seriell angeordneten optischen Modulatoren in dem gleichen Zeitpunkt umgekehrt werden.
Als Nächstes wird eine Taktextraktionstechnik im optischen Zeitmultiplex (OTDM) beschrieben.
67 zeigt ein optisches Zeitmultiplex-Übertragungssystem, in dem die Taktsignalextraktion angewendet wird. Diese Ausführungsform ist mit einer Systemkonfiguration befasst, die eine Übertragungsrate von 40 Gb/s durch Zweiwellenmultiplex erreicht. 68 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm für verschiedene Signale, die in dem Empfänger dieses Systems verwendet werden, wobei die Wellenformen der Signale, die durch Bezugszeichen a bis i in 67 bezeichnet sind, gezeigt werden.
Zuerst werden unter Verwendung eines optischen Schalters mit einem Eingang und zwei Ausgängen 241, der in einer einzelnen 20-GHz-Sinuswelle b arbeitet, 20-GHz-Optiksignale c und d, deren Phasen entgegengesetzt voneinander sind, aus einem optischen Signal a erstellt, das von einer Lichtquellen-LD (Laserdiode) 240 ausgegeben wird. Die optischen Taktsignale c und d werden dann an externe Modulatoren 244 bzw. 245 angelegt, wo sie extern durch 20-Gb/s-NRZ-Signale e und f moduliert werden, wobei 20-Gb/s-RZ-Signale g und h erzeugt werden. Dann werden diese Signale bit-multiplext (optischer MUX) durch eine Wellenkombinationseinrichtung 246, die ein 40-Gb/s optisches multiplextes Signal i ausgibt. Mit diesem optischen Zeitmultiplex-(OTDM)Verfahren kann 40-Gb/s-Optikübertragung erreicht werden, ohne dass eine elektronische Einrichtung vom Ultrabreitband erforderlich ist, die zu 40 Gb/s fähig ist.
In einer alternativen Konfiguration kann eine Kurzimpulslichtquelle oder eine LD mit einem Halbleiter-Optikmodulator an Stelle der Lichtquellen-LD 240 und des optischen Schalters 241, die in 67 gezeigt werden, verwendet werden, oder der Strahlensplitting-Optikschalter 241 in dem übertragenden Ende kann durch eine einfache Optikleistungssplittingeinrichtung oder einen externen Modulator, der durch eine Sinuswelle angesteuert wird, ersetzt werden.
In dem empfangenden Ende muss andererseits das 40-Gb/s-Optikmultiplexsignal i in zwei 20-Gb/s-RZ-Optiksignale (optischer DEMUX) demultiplext werden. Die letzten Jahre haben viele Vorschläge und Experimente im optischen DEMUX-Techniken gesehen, die ultraschnelle PLLs verwenden, die nicht-lineare Effekte nutzen, wie etwa Vierwellenmischung und Kreuzphasenmodulation (XPM), aber beliebige der vorgeschlagenen Techniken erfordern Schaltungstechnik großen Maßstabs, und des weiteren gibt es Stabilitätsprobleme, die noch zu überwinden sind.
Das einfachste Verfahren, das betrachtet werden kann, ist deshalb durch Durchführen von Bit-Demultiplexing abwechselnd auf einer Basis Bit für Bit unter Verwendung eines optischen Schalters mit einem Eingang und zwei Ausgängen, wie etwa der, der in dem in 67 gezeigten Sender verwendet wird. In 67 wird das optische multiplexte Signal, das von der Übertragungsleitung 248 empfangen wird, zu einem Bit-Demultiplexing-Optikschalter 252 über einen optischen Vorverstärker 249 eingegeben, während ein Teil von ihm durch einen optischen Koppler 250 getrennt und zu einer Taktextraktionsschaltung 251 eingegeben wird. In der Taktextraktionsschaltung 251 wird, wie z. B. in 79 gezeigt, das eingegebene Signal zuerst zu einer elektrischen Form durch einen optischen Detektor 260 gewandelt, und dann wird ein Taktsignal unter Verwendung eines elektrischen Schmalbandfilters (dielektrisches Resonanzfilter, SAW-Filter etc.) 262 direkt extrahiert. Das extrahierte Taktsignal wird an den optischen Schalter 252 als ein Signal zum Bereitstellen von Bit-Demultiplexing-Zeitsteuerung angelegt. In Synchronismus mit diesem Taktsignal demultiplext der optische Schalter 252 das empfangene 40-Gb/s-Optikmultiplexsignal i in zwei 20-Gb/s-RZ-Optik signale (optischer DEMUX) und führt sie jeweiligen optischen Empfängern 253 und 254 zu.
In dieser Empfängerkonfiguration ist jedoch ein 20-GHz-Taktsignal, das mit dem Datenhauptsignal synchronisiert ist, nicht nur für die Identifikation des Vorzeichens, sondern auch für die optische Schaltoperation des optischen Schalters 252 erforderlich; deshalb muss das empfangene optische multiplexte Signal eine 20-GHz-Komponente enthalten.
In der vorliegenden Erfindung wird eine 20-GHz-Komponente einer Größe, die für die Extraktion des Taktsignals ausreichend ist, in dem übertragenen optischen multiplexten Signal i auf die folgende Weise übertragen. D. h. wie in 69 gezeigt, werden in dem Sender zwei RZ-Signale, g und h, mit unterschiedlichen Amplituden generiert, und das Taktsignal wird aus dem resultierenden 40-GHz-Optikmultiplexsignal i extrahiert. Wie gezeigt, überträgt das so erzeugte optische multiplexte Signal i eine 20-GHz-Taktsignalkomponente ausreichender Größe, wie durch eine gestrichelte Linie in der Figur gezeigt.
Das Folgende beschreibt verschiedene Verfahren zum Versehen der optischen Signale mit unterschiedlichen Amplituden, die multiplext werden, um ein optisches multiplextes Signal zu erzeugen, das eine Taktsignalkomponente enthält. Der Einfachheit der Erläuterung halber behandelt die folgende Beschreibung zwei Fälle: Fall A, wo getrennte Lichtquellen-LDs verwendet werden, deren optische Ausgaben zuerst extern moduliert und dann gemeinsam kombiniert werden, und ein Fall B, wo ausgegebenes Licht von einer Lichtquellen-LD gesplittet wird und die resultierenden Signale nach externer Modulation kombiniert werden, wie in dem Beispiel von 67.
71 zeigt ein Beispiel von Fall A. Es sind getrennte Lichtquellen-LDs vorgesehen, die jeweilige optische Signale externen Modulatoren 244 und 245 bereitstellen; falls diese Lichtquellen-LDs, 240a und 240b, auf unterschiedliche Ausgabeleistungen gesetzt sind, können die optischen Signale, g und h, die zu multiplexen sind, mit unterschiedlichen Amplituden versehen werden.
72 zeigt ein anderes Beispiel von Fall A. Wie gezeigt, können durch Einfügen eines optischen Dämpfers 256 in einen oder den anderen der Lichtpfade, die von den Lichtquellen-LDs zu der Wellenkombinationseinrichtung 246 führen, die optischen Signale, g und h, die zu multiplexen sind, mit unterschiedlichen Amplituden versehen werden. In dem dargestellten Beispiel ist der optische Dämpfer 256 zwischen den externen Modulator 244 und die Wellenkombinationseinrichtung 246 eingefügt, er kann aber zwischen die Lichtquellen-LD 240a und den externen Modulator 244 eingefügt werden. Natürlich kann der optische Dämpfer 256 in den Lichtpfad eingefügt werden, wo sich der externe Modulator 245 befindet. Es wäre möglich, einen optischen Verstärker an Stelle des optischen Dämpfers 256 zu verwenden. Des weiteren sind diese Verfahren nicht nur auf externe Modulation anwendbar, sondern auch auf LD-Direktmodulation oder Direktmodulation, die eine in einen Modulator einbezogene LD verwendet.
73 zeigt ein Beispiel, in dem das Verfahren von 72 auf Fall B angewendet wird. Dieses Beispiel von Fall B ist identisch zu dem vorangehenden Beispiel, mit Ausnahme dessen, dass nur eine Lichtquellen-LD verwendet wird, und deshalb wird hier keine detaillierte Erläuterung gegeben.
In entweder Fall A oder B können in einem optischen Zeitmultiplex-Übertragungssystem, das externe Modulation verwendet, Lichtintensitätsamplitudendifferenzen zwischen einer Vielzahl von optischen Signalen durch Verwenden von externen Modulatoren, 244 und 245, mit unterschiedlichen Einfügungsverlusten realisiert werden.
Wenn ein Mach-Zehnder-Optikmodulator als der externe Modulator verwendet wird, kann die Amplitude des ausgegebenen Lichts durch Ändern der Amplitude der Spannung zum Ansteuern des optischen Modulators oder durch Ändern seines Vorspannungspunktes geändert werden. 74 und 75 sind Diagramme zum Erläutern dessen, wie dies erreicht werden kann. 74 zeigt, wie sich die Lichtausgabestärke ändert, wenn der Amplitudenwert der Ansteuerspannung (angelegte Spannung) von Ve zu Vf geändert wird. 75 zeigt, wie sich die Lichtausgabeintensität ändert, wenn die Vorspannung der Ansteuerspannung von VB-e zu VB-f geändert wird. Solange wie ein Mach-Zehnder-Lichtmodulator für jeden externen Modulator verwendet wird, können auf diese Weise die Ausgabelichtintensitäten der externen Modulatoren 244 und 245 durch Ändern der Ansteuerspannungsamplitude oder der Vorspannung geändert werden.
In Fall B ist es des weiteren auch möglich, die optischen Ausgaben der externen Modulatoren mit unterschiedlichen Amplituden durch Einstellen des Splittverhältnisses des ausgegebenen Lichts der Lichtquellen-LD 240 zu versehen, in dem optischen Schalter 241 (oder einer passiven optischen Leistungssplitteinrichtung, die an seiner Stelle verwendet werden kann), auf einen Wert außer 1:1.
76 zeigt ein anderes Beispiel von Fall B. In diesem Beispiel sind die externen Modulatoren 244 und 245 ist so eingestellt, dass ihre optischen Ausgaben mit ihren Hauptachsen von Polarisation senkrecht zueinander linear polarisiert sind. Wenn die zwei RZ-Signale mit unterschiedlichen Polarisationsbedingungen optisch multiplext werden, wobei z. B. ihre Hauptachsen linearer Polarisation in rechten Winkeln zueinan der sind, wie oben beschrieben, werden, falls eine polarisationsabhängige optische Einrichtung 257 in einen Lichtpfad nach dem optischen Multiplexen in dem Sender (Wellenkombinationseinrichtung 246) eingefügt wird, die multiplexten zwei optischen Signale von der optischen Einrichtung 257 entspringen, wobei ihre Amplituden von Lichtintensität voneinander verschieden sind, wobei somit ein optisches multiplextes Signal erzeugt wird, dessen Lichtamplitude zwischen wechselnden Bits variiert.
An Stelle einer Einfügung der polarisationsabhängigen optischen Einrichtung 257, wie oben beschrieben, wäre es möglich, die Wellenkombinationseinrichtung durch eine Wellenkombinationseinrichtung zu ersetzen, deren Kombinationsverhältnis von Polarisation entweder strukturell oder durch die Einfallpolarisationsachsen der optischen Signale abhängig ist.
In einem Übertragungssystem, in dem die Polarisationsbeziehung zwischen wechselnden Bits in dem Sender zu einem gewissen Grad durch zu dem Empfänger aufrechterhalten wird, kann des weiteren eine polarisationsabhängige optische Einrichtung 258 vor dem optischen Demultiplexen in dem optischen Schalter 252 in dem Empfänger eingefügt werden, wie in 77 gezeigt.
Dieses Beispiel hat Zweiwellenmultiplexing mit einer Differenz in der Lichtintensitätsamplitude zwischen wechselnden Bits beschrieben, es ist aber auch eine N-Wellenmultiplexingkonfiguration möglich. In dem Fall eines Vierwellen-Optikmultiplex-Übertragungssystems kann z. B. auch ein Taktsignal aus einem optischen multiplexten Signals extrahiert werden. 70 zeigt ein Beispiel eines derartigen Vierwellenmultiplexing. Wenn optische Signale, die als vier Wellen zu multiplexen sind, als g1, g2, g3 und g4 bezeichnet werden, werden Amplitudendifferenzen so eingestellt, dass die Beziehung g1 > g2 = g4 > g3 zutrifft. Wenn diese Signale kombiniert werden, um ein optisches multiplextes Signal i zu erzeugen, wird das optische multiplexte Signal i eine Taktsignalkomponente enthalten, wie durch eine gestrichelte Linie in der Figur gezeigt. Ferner ist es in diesem Beispiel möglich, ein multiplextes Signal zu erzeugen, das eine Vielzahl von Taktsignalkomponenten enthält, abhängig davon, wie die Amplitudendifferenzen eingestellt sind.
Eine andere Charakteristik liegt in dem folgenden Punkt. D. h. in herkömmlichen optischen Übertragungssystemen in Übertragungsraten bis zu 10 Gb/s wird Taktextraktion durch Splitten des Hauptsignals in der elektrischen Stufe nach Erfassung (Wandeln zur elektrischen Form) des Signallichts durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines der oben beschriebenen Verfahren ein Taktsignal aus dem optischen multiplexten Signals extrahiert, das von dem Hauptsignal in der optischen Stufe getrennt wird, und optisches Demultiplexen wird unter Verwendung des so extrahierten Taktsignals durchgeführt.
Ein anderes Problem, das in dem Multiplexing-Übertragungssystem entsteht, besteht darin, dass es allgemein erforderlich ist, dass die Entsprechung zwischen den Kanälen in dem Sender vor Multiplexing und den Kanälen in dem Empfänger nach Demultiplexing auf eine feste Weise vorbestimmt wird. In 67 ist es z. B. erforderlich, dass das Signal, das der Ansteuerschaltung 242 zugeführt wird, immer durch den optischen Empfänger 253 empfangen wird, und das Signal, das der Ansteuerschaltung 243 zugeführt wird, immer durch den optischen Empfänger 254 empfangen wird. In herkömmlichen OTDM-Übertragungssystemen kann sich jedoch, da Kanalidentifikation nicht in dem Empfänger geschieht, die Entsprechung jedes Mal ändern, wenn das System gestartet wird, was Übertragungsleitungsmanagement unmöglich macht.
80 zeigt die Konfiguration eines optischen Demultiplexers, der zur Verwendung in dem empfangenden Ende eines OTDM-Kommunikationssystems geeignet ist. Der optische Demultiplexer umfasst einen optischen Koppler 300 zum Splitten des empfangenen optischen Signals in zwei Signale, eine Taktsignal-Regenerierungsschaltung 302 zum Regenerieren eines Taktsignals aus einem der gesplitteten Signale, einen optischen Schalter 304 zum Trennen des empfangenen optischen Signals als ein optisches Signal entsprechend jedem optischen Signalkanal durch Verwenden des regenerierten Taktsignals und zwei optische Empfänger, 306 und 308, jeder zum Wiedergewinnen von Daten aus dem optischen Signal in jedem getrennten Kanal. Diese Konfiguration ist grundsätzlich die gleiche wie die der empfangenden Sektion des in 67 gezeigten Systems.
Daten in jedem optischen Signalkanal sind z. B. in dem in 81 gezeigten Format strukturiert. Daten in jedem optischen Signalkanal werden durch Bit-Verschachtelung optisch multiplext, und von dem Sender übertragen. In 81 zeigt Bezugszeichen 310 Rahmensynchronisationsdaten an, die verwendet werden, um Rahmensynchronisation in dem optischen Empfänger 306 oder 308 herzustellen, und 312 bezeichnet Identifikationsdaten zum Identifizieren des Kanals. Leitungsidentifikations-Datenextraktionsschaltungen 314 und 316 extrahieren die Identifikationsdaten 312; in Übereinstimmung mit den Identifikationsdaten, die durch die Leitungsidentifikations-Datenextraktionsschaltungen 314 und 316 extrahiert werden, steuert eine Steuerschaltung 318 einen Signalschaltkreis 320, um die Verbindung in dem Signalschaltkreis 320 so zu steuern, dass die Daten, die für eine Ausgangsleitung 1 gedacht sind, auf die Ausgangsleitung 1 ausgegeben werden, und die Daten für eine Ausgangsleitung 2 auf die Ausgangsleitung 2 ausgegeben werden. Eingegebene Signale zu den Leitungsidentifikations-Datenextraktionsschaltungen 314 und 316 können aus den Ausga ben des Signalschaltkreises 320 abgeleitet werden. Die Steuerschaltung 318 wird unter Verwendung eines Mikroprozessors einfach implementiert.
In dem in 82 gezeigten optischen Demultiplexer wird an Stelle eines Umschaltens der ausgegebenen Verbindung in jedem optischen Empfänger die Phase des Taktsignals, das an den optischen Schalter 304 angelegt wird, durch Steuern eines Phasenschiebers 322 geändert, wobei dadurch im wesentlichen der gleiche Effekt wie Verbindungsumschalten erreicht wird. In dem Fall von Zweiwellen-Multiplexing kann Umschalten zwischen den Verbindungen im wesentlichen durch Verschieben der Phase des Taktsignals um 180° bewerkstelligt werden.
83 zeigt ein Beispiel, in dem der optische Demultiplexer von 82 von der Zweikanal- zu der Vierkanal-Konfiguration erweitert ist. Das Taktsignal, das durch die Taktsignal-Generierungsschaltung 302 rekonstruiert wird, wird dem optischen Schalter 304 über den Phasenwechsler 322 zugeführt. Das Taktsignal wird auch einem Teile-durch-2-Frequenzteiler 303 zugeführt, wo es durch 2 geteilt wird, und das geteilte Signal wird dann jeweils den optischen Schaltern 305 und 305' über Phasenwechsler 323 und 323' zugeführt. Unter der Annahme, dass Vierkanal-Optiksignale, CH1 bis CH4, in der Reihenfolge von CH1, CH2, CH3 und CH4 multiplext werden, wie in Teil (a) von 112 gezeigt, werden, da der optischen Schalter 304 für jeden Zeitschlitz durch ein Taktsignal umgeschaltet wird, das in Teil (b) von 112 gezeigt wird, CH1 und CH3 von einem Ausgang ausgegeben, wie in Teil (c) von 112 gezeigt, und CH2 und CH4 werden von dem anderen Ausgang ausgegeben, wie in Teil (d) von 112 gezeigt, auf eine wechselnde Weise. Da die optischen Schalter 305 und 305' jeder für jede zwei Zeitschlitze durch ein Taktsignal umgeschaltet werden, wie in Teil (e) und Teil (h) von 112 gezeigt, werden jeweils CH1 und CH3 getrennt, wie in Teil (f) und (g) von 112 gezeigt, und CH2 und CH4 werden getrennt, wie in Teil (i) und Teil (j) von 112 gezeigt. In Übereinstimmung mit den Identifikationsdaten, die durch die Leitungsidentifikations-Datenextraktionsschaltungen 314 bis 317 extrahiert werden, steuert die Steuerschaltung 318 die Phasenschieber 322, 323 und 323' z. B. auf eine derartige Art und Weise, dass CH1 von Ausgangsleitung 1, CH2 von Ausgangsleitung 2, CH3 von Ausgangsleitung 3 und CH4 von Ausgangsleitung 4 ausgegeben wird.
Während die Phase des Taktsignals durch den Phasenschieber 322 in 82 um 180° verschoben wird, wird in dem optischen Demultiplexer, der in 84 gezeigt wird, das optische Signal vor Demultiplexen durch eine optische Verzögerungsschaltung 324 um den Betrag einer Zeit äquivalent zu einer Phasenverschiebung von 180° des Taktsignals verzögert oder vorgerückt. An Stelle einer Änderung der Phase des Taktsignals kann der gleiche Effekt durch Verzögern oder Vorrücken des optischen Signals um den Betrag einer Zeit äquivalent dazu erhalten werden. Die optische Verzögerungsschaltung 324 kann unter Verwendung z. B. eines Eckwürfels 326, wie in 85 gezeigt, implementiert werden, der durch mechanische Mittel bewegt wird, um die Lichtpfadlänge zu ändern.
86 zeigt ein anderes Beispiel des optischen Demultiplexers. In dem Beispiel von 86 werden Niederfrequenzsignale, f₁–f₄, unterschiedlicher Frequenzen für unterschiedliche Kanäle überlagert, wie in 87 gezeigt, für Kanalidentifikation, an Stelle einer Verwendung der Identifikationsdaten 312 in 81. 86 zeigt einen Fall von Zweiwellen-Multiplexing.
Die optischen Signale, die durch den optischen Schalter 304 getrennt werden, werden in den jeweiligen optischen Kopplern 328 und 330 gesplittet, und durch optische/elektrische Wand lungsschaltungen 332 und 334 in elektrische Signale gewandelt, die Niederfrequenzdetektoren 336 und 338 zur Erfassung der Niederfrequenzsignale, die in den jeweiligen Signalen überlagert sind, zugeführt werden. Die Steuerschaltung 318 identifiziert die Kanäle aus den Frequenzen der Niederfrequenzsignale, die durch die Niederfrequenzdetektoren 336 und 338 erfasst werden, und schaltet die Verbindungen in dem Signalschaltkreis 320 um, sodass die Signale, die für die jeweiligen Kanäle gedacht sind, in den jeweiligen Ausgangsleitungen 1 und 2 ausgegeben werden. Wie zuvor beschrieben, kann an Stelle einer Umschaltung der Verbindungen die Phase des Taktsignals geändert werden, wie in 88 gezeigt, oder das optische Signal kann verzögert oder vorgerückt werden, wie in 89 gezeigt. In dem Fall von Zweiwellen-Multiplexing müssen ferner, da es ausreichend ist, einen oder den anderen der zwei Kanäle zu identifizieren, der optische Koppler 330, die optische/elektrische Wandlungsschaltung 334 und der Niederfrequenzdetektor 338 nicht notwendigerweise bereitgestellt werden, und es kann nur ein Kanal verwendet werden, wie in 88 und 89 gezeigt. Diese Schaltungen können jedoch als Reserveschaltungen bereitgestellt werden, die in dem Fall eines Ausfalls dieses einen Kanals verwendet werden. Ferner kann der optische Empfänger 306 oder 308 mit einer Lichtstrom-Überwachungsschaltung 342 zum Überwachen des Stroms versehen sein, der zu einem optischen/elektrischen Wandlungselement 340 fließt, wie in 90 gezeigt, in welchem Fall das Niederfrequenzsignal aus seiner Ausgabe abgeleitet werden kann. In diesem Fall können die optischen Koppler, 328 und 330, und die optischen/elektrischen Wandlungsschaltungen, 332 und 334, beseitigt werden.
91 zeigt die Konfiguration eines optischen Senders zum Übertragen optischer Signale durch Überlagern darauf von Niederfrequenzsignalen f₁ unterschiedlicher Frequenzen für unterschiedliche Kanäle. Licht von einer Lichtquelle 400 wird in einem externen optischen Modulator 402 in Synchronismus mit einem Taktsignal "gestanzt", und es werden optische Impulsfolgen erzeugt, und durch einen optischen Koppler 404 in eine erforderliche Zahl von Ausgaben (in dem in der Figur gezeigten Fall zwei) gesplittet. Das erste gesplittete Licht wird mit einer Frequenz f₁ in einem externen optischen Modulator 406 moduliert, und ferner mit einem ersten Hauptsignal in einem externen Modulator 408 moduliert. Gleichermaßen wird das zweite gesplittete Licht mit einer Frequenz f₂ moduliert, und ferner mit einem zweiten Hauptsignal in einem externen optischen Modulator 412 moduliert; das so modulierte Licht wird durch ein optisches Verzögerungselement 414 weitergegeben, um eine Zeitverschiebung mit Bezug auf das erste optische Signal zu erzeugen, und zusammen in einem Addierer 416 addiert. Folglich wird während der Periode (Zeitschlitz), dass das Licht mit dem ersten Hauptsignal moduliert wird, die Frequenz f₁ in der Amplitude überlagert, und während des Zeitschlitzes, in dem das Licht mit dem zweiten Hauptsignal moduliert wird, wird die Frequenz f₂ in der Amplitude überlagert. Es ist wünschenswert, dass das Signal-"Stanzen" in dem externen optischen Modulator 402 so durchgeführt wird, dass das resultierende multiplexte Signal die Wellenform haben wird, die in 104 gezeigt wird, wobei der Impuls für jeden Kanal gerade einen Zeitschlitz belegt. Der dadurch erhaltene Vorteil wird später erläutert.
In dem in 91 gezeigten optischen Multiplexsystem wird das eingegebene optische Signal ohne Einführung einer Phasendifferenz zwischen den gesplitteten Signalen gesplittet, und nach Anwendung von Modulation wird eine Phasenverschiebung eingeführt und die zwei Signale werden zusammen kombiniert; im Gegensatz dazu wird in dem in 67 gezeigten optischen Multiplexsystem das eingegebene optische Signal durch den optischen Schalter 241 in zwei Signale mit entgegengesetzten Phasen gesplittet, und diese Signale werden direkt miteinan der kombiniert. In dem letzteren System können auch, falls ein externer optischer Modulator zum Modulieren mit der Frequenz f₁ oder f₂ in Reihe zu den externen optischen Modulatoren 244 und 245 vorgesehen ist, Niederfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzen für unterschiedliche Kanäle überlagert werden. Jeder der externen optischen Modulatoren 402, 406, 408, 410 und 412 kann unter Verwendung eines Mach-Zehnder-Optikmodulators oder eines optischen Modulators elektrischer Feldabsorption (EA-Optikmodulators) implementiert werden.
92 zeigt ein anderes Beispiel des optischen Senders. Die Zahl von externen optischen Modulatoren kann reduziert werden, indem bereits die Frequenzen f₁ und f₂ in der Amplitude in den jeweiligen Hauptsignalen in Ansteuerschaltungen 418 und 420 überlagert werden. Die Ansteuerschaltungen 418 und 420 können jede unter Verwendung eines Dual-Gate-FET implementiert werden, wie etwa in 93 gezeigt. Eine Wellenform in Ansteuerschaltungen wird in 120 gezeigt.
Der optische Demultiplexer für den optischen Empfänger, der mit Bezug auf 80 bis 88 erläutert wird, kann zu seiner Verwendung als irgendeine Art einer optischen Vermittlung modifiziert werden, die optische Signale gemäß Identifikationsinformation vermittelt, die in einem optischen multiplexten Signal enthalten ist. Durch Ersetzen z. B. des optischen Empfängers 306 und 308 von 82 und 84 durch optische Koppler 600 bzw. 602, wie in 113 und 114 gezeigt, und durch Verbinden anderer Ausgänge der optischen Koppler 600 und 602 mit optischen Ausgängen 1 und 2 kann der modifizierte optische Demultiplexer als eine optische Vermittlung verwendet werden. Die Schaltung von 88 oder 89 kann zu einer optischen Vermittlung durch direktes Verbinden des Ausgangs der optischen Koppler 328 und 330 mit der optischen Ausgangsleitung 1 und 2 modifiziert werden, wie in 115 oder 116 gezeigt.
Wenn Niederfrequenzsignale in dem empfangenen Signal überlagert sind, wie in 87 gezeigt, können die Niederfrequenzsignale nicht nur für Kanalidentifikation, sondern auch für eine Steuerung zum Stabilisieren der Phase des Taktsignals, das für optisches Demultiplexen verwendet wird, verwendet werden. 94, die die erste Ausführungsform der Erfindung offenbart, zeigt die Konfiguration eines optischen Empfängers mit einer Phasensteuervorrichtung zum Stabilisieren des Taktsignals durch Verwenden der überlagerten Niederfrequenzsignale.
Der gezeigte optische Empfänger umfasst einen optischen Koppler 430 zum Splitten des empfangenen Q-Bit-Optiksignals in zwei Signale, einen Zeitsteuerungsregenerator 432 zum Regenerieren eines Q/2-Hz-Taktsignals von einem der gesplitteten Signale, einen optischen Schalter 434 zum Trennen des optischen Signals als Licht in zwei Q/2-Bit/s-Optiksignale durch Verwenden des regenerierten Taktsignals und optische Empfänger 436 und 438 zum Wiedergewinnen der Datensignale aus den getrennten optischen Signalen. Diese Konfiguration ist im Grundsatz die gleiche wie die, die in 80 gezeigt wird.
Die Phase des Taktsignals, das von dem Zeitsteuerungsregenerator 432 zu dem optischen Schalter 434 bereitgestellt wird, wird durch einen Phasenschieber 439 geändert, der unter der Steuerung einer Phasensteuervorrichtung 440 ist. Die Phasensteuervorrichtung 440 umfasst einen optischen Koppler 442 zum Splitten eines der getrennten Q/2-Bit/s-Optiksignale, einen optischen Detektor 444 zum Wandeln eines der getrennten optischen Signale in ein elektrisches Signal, ein Bandpassfilter 446 zum Übertragen nur eines Signals einer bestimmten Frequenz f₁ in der Ausgabe von dem optischen Detektor 444, einen Oszillator 448 mit einer Oszillationsfrequenz von g₁, eine Synchronerfassungsschaltung 450 zum Durchführen von Phasensynchronerfassung in der Ausgabe des Bandpassfilters 446 mit einem Signal der Frequenz g₁, einen Komparator 452 zum Vergleichen der Erfassungsausgabe der Synchronerfassungsschaltung 450 mit einem vorbestimmten Bezugswert und zum Generieren einer Steuerspannung basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs, und einen Addierer 454 zum Addieren der Ausgabe des Komparators 452 mit der Ausgabe des Oszillators 448 und zum Ausgeben eines Steuersignals für den Phasenschieber 439. Niederfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzen müssen nicht in den optischen Signalen aller Kanäle überlagert sein, sondern müssen nur in einem bestimmten Kanal überlagert sein. In dem letzteren Fall kann das Bandpassfilter 446 beseitigt werden. In dem letzteren Fall kann jedoch auch, falls das Bandpassfilter 446 eingefügt ist, das S/R-Verhältnis der Signaleingabe zu der Synchronerfassungsschaltung 450 verbessert werden.
Es wird hier angenommen, dass die Frequenz f₁ nur in CH1 überlagert ist, wie in 95(a) gezeigt. Wenn die Phase des Taktsignals perfekt zu der Phase des optischen Signals in dem optischen Schalter 434 passt, wie in 95(b) gezeigt, wird die Stärke des Signals von Frequenz f₁, das von dem optischen Detektor 444 ausgegeben wird, am größten, wie in 95(c) gezeigt. Wenn andererseits das Taktsignal gegenphasig ist, wie in 95(d) gezeigt, verringert sich, da das f₁-Signal in seiner Gesamtheit in dem optischen Schalter 434 nicht abgeleitet wird, die Stärke des f₁-Signals. Während sich die Phasendifferenz Θ zwischen dem optischen Signal und dem Taktsignal, wie in 96 definiert, von 0° zu ±180° ändert, verringert sich genauer die Stärke der f₁-Komponente linear, wie in 97 gezeigt. Da der Phasenschieber 439 durch die Ausgabe des Oszillators 448 gesteuert wird, wird das Taktsignal mit der Frequenz g₁ leicht in der Phase moduliert. Es wird hier angenommen, dass der Mittelpunkt der Phasenvariationen in Punkt (b) in 97 ist. Da die Stärke der f₁-Komponente mit der Frequenz g₁ variiert und die gerade Linie aufwärts nach rechts ist, ist dann die Variation der Stärke der f₁-Komponente in Phase oder 180° gegenphasig mit der Frequenz g₁, die von dem Oszillator 448 ausgegeben wird. Wenn die Phasensynchronerfassung in der Synchronerfassungsschaltung 450 mit der Frequenz g₁ geschieht, nimmt deshalb die Ausgabe einen positiven oder negativen Wert der gleichen Größe an. Wenn der Mittelpunkt der Phasenvariationen in Punkt (c) in 97 ist, nimmt, da die gerade Linie abwärts nach rechts ist, die Phasenerfassungsausgabe den gleichen Wert wie in Punkt (b), aber mit dem umgekehrten Vorzeichen an. Wenn der Mittelpunkt in Punkt (a) ist, gibt es, da die Hälfte der Variation zurück gefaltet ist, keine Variationskomponente der Frequenz g₁ und die Phasenerfassungsausgabe wird Null. Durch Vergleichen der Ausgabe der Synchronerfassungsschaltung 450 mit dem Bezugswert, z. B. dem Nullpegel, in dem Komparator 452, und durch Steuern der Phase des Taktsignals mit der Summe des Ergebnisses des Vergleichs und der Ausgabe des Oszillators 448, kann deshalb der Operationspunkt zu Punkt (a) in 97 gesteuert werden. Das Steuersignal, das zu dem Komparator 452 eingegeben wird, dient zum Umkehren der Polarität der Ausgabe des Komparators 452; wenn die Polarität der Ausgabe des Komparators 452 umgekehrt wird, verschiebt sich der Mittelpunkt der Steuerung von Punkt (a) (Maximum) zum Minimum, wobei somit die Phase des Taktsignals um 180° verschoben wird. Umschalten zwischen den Kanälen kann auf diese Art und Weise einfach erreicht werden.
Die in 98 gezeigte Schaltung ist ein modifiziertes Beispiel des optischen Empfängers von 94. In der Schaltung von 98 wird nicht nur das optische Signal zu dem optischen Empfänger 438 gesplittet, sondern das optische Signal zu dem optischen Empfänger 436 wird durch einen optischen Koppler 460 gesplittet, und zu einer Phasensteuervorrichtung 462 mit der gleichen Konfiguration wie die Phasensteuervorrichtung 440 eingegeben. Während die Mittelfrequenz des Bandpassfilters in der Phasensteuervorrichtung 440 f₁ ist, ist jedoch in der Phasensteuervorrichtung 462 die Mittelfrequenz des Bandpassfilters f₂, um Sperren in dem anderen Kanal zu erreichen. Die Ausgaben der Bandpassfilter in den Phasensteuervorrichtungen 440 und 462 werden zu einem Komparator 464 zum Vergleich mit einem Bezugswert eingespeist. Dies ermöglicht die Erfassung eines beliebigen Kanals, der nicht in Gebrauch ist. Wenn einer der Kanäle nicht in Gebrauch ist, wird ein Selektor 466 gesteuert, das ausgegebene Signal einer oder der anderen der Phasensteuervorrichtungen 440 und 462 auszuwählen und es auszugeben, um die Phase des Taktsignals unter Verwendung des Phasenverschiebungsbetragsteuersignals zu steuern, das für den Kanal in Gebrauch erhalten wird. Das Phasenverschiebungsbetragsteuersignal, das durch den Selektor 466 ausgewählt wird, wird dem Phasenschieber 439 zugeführt. Falls es mehr als einen Kanal gibt, der als in Gebrauch identifiziert wird, wird der Selektor 466 gemäß vorbestimmter Priorität gesteuert.
99 zeigt auch ein modifiziertes Beispiel von 94. An Stelle des Splittens des optischen Signals und dessen Wandeln zu einem elektrischen Signal für eine Erfassung von Niederfrequenzsignalen in der Phasensteuervorrichtung 440 enthält der optische Empfänger 438 eine Lichtstrom-Überwachungsschaltung 472 für ein optisches/elektrisches Wandlungselement 470, und Niederfrequenzsignale werden aus der Ausgabe der Licht- strom-Überwachungsschaltung 472 abgeleitet, wie mit Bezug auf 90 beschrieben.
100 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration, die auf Vierwellen-Multiplexing erweitert ist. Die Q/2-Bit/s-Optiksignale, die durch den optischen Schalter 434 getrennt wer den, werden weiter durch optische Schalter 474 und 479 in vier Q/4-Bit/s-Optiksignale getrennt. Das Q/2-Hz-Taktsignal, das von dem Phasenschieber 439 ausgegeben wird, wird durch einen Teile-durch-2-Frequenzteiler 478 geteilt, und das resultierende Q/4-Hz-Taktsignal wird den optischen Schaltern 474 und 476 über Phasenschieber 480 bzw. 482 zugeführt. Die Phasensteuervorrichtung 440 steuert die Phase des Q/2-Hz-Taktsignals basierend auf der Frequenz f₁. Da die Frequenz f₁ überlagert ist, z. B. in CH1- und CH3-Zeitschlitzen, wie in 101 gezeigt, wird das Q/2-Hz-Taktsignal in der Phase zu dem CH1- oder CH3-Zeitschlitz unter der Steuerung der Phasensteuervorrichtung 440 synchronisiert. Dies stellt stabile Trennung von CH1 + CH3 und CH2 + CH4 durch den optischen Schalter 434 sicher. Es sollte vermerkt werden, dass f₁ nicht notwendigerweise in CH3 überlagert wird.
In dem Beispiel von 100 wird angenommen, dass CH1 + CH2 zu dem optischen Schalter 476, und CH2 + CH4 zu dem optischen Schalter 474 eingegeben wird. Eine Phasensteuervorrichtung 484 steuert die Phase des Q/4-Hz-Taktsignals, das zu dem optischen Schalter 476 eingegeben wird, basierend auf Frequenz f₂. In dem in 101 gezeigten Beispiel wird die Frequenz f₂ in dem CH1-Zeitschlitz überlagert, sodass der optische Schalter 476 CH1 und CH3 stabil trennen kann. Eine Phasensteuervorrichtung 486 steuert die Phase des Q/4-Hz-Taktsignals, das zu dem optischen Schalter 474 eingegeben wird, basierend auf Frequenz f₃. In dem in 101 gezeigten Beispiel wird die Frequenz f₃ in dem CH2-Zeitschlitz überlagert, sodass der optische Schalter 474 CH2 und CH4 stabil trennen kann.
100 zeigt ein Beispiel von Vierwellen-Multiplexing. Ein System zum Achtwellen- oder 16-Wellenmultiplexing kann durch Kaskadieren eines optischen Schalters, Teilers und einer Pha sensteuervorrichtung auf eine ähnliche Art und Weise aufgebaut werden.
In einem modifizierten Beispiel der Schaltung von 100 können die Phasenschieber 480 und 482 und ihre zugehörigen Phasensteuervorrichtungen 484 und 486 weggelassen werden, wie in 102 gezeigt, vorausgesetzt, dass die Phasen des optischen Pfades und des elektrischen Pfades in der Zeit einer Herstellung so abgestimmt sind, dass die Phase des Q/4-Hz-Taktsignals, das an die optischen Schalter 474 und 476 angelegt wird, optimal wird, falls das Q/2-Hz-Taktsignal, das an den optischen Schalter 434 angelegt wird, optimal ist. In dieser Konfiguration kann auch, da nur das Niederfrequenzsignal f₁ überlagert werden muss, das Bandpassfilter 446 weggelassen werden.
Des weiteren kann die Konfiguration von 100 so modifiziert werden, dass die Frequenzen f₁, f₂ und f₃, die für die Phasensteuervorrichtungen 440, 484 und 486 notwendig sind, aus der Ausgabe der Lichtstrom-Überwachungsschaltung des optischen/elektrischen Wandlungselementes erfasst werden können, das in dem optischen Empfänger vorgesehen ist, wie in dem in 99 gezeigten Beispiel. In diesem Fall müssen Vorkehrungen getroffen werden, dass f₁ und f₂ von dem optischen Empfänger 453 erfasst werden, der CH1 zu empfangen hat, und f₃ von dem optischen Empfänger 455, der CH3 zu empfangen hat.
103 zeigt ein Beispiel der detaillierten Konfiguration des Zeitsteuerungsregenerators 432 und des Phasenschiebers 439, die in 94, 98, 99, 100 und 102 gezeigt werden. Der Zeitsteuerungsregenerator 432 umfasst einen optischen Detektor 490 zum Durchführen optischer/elektrischer Wandlung, eine nichtlineare Extraktionsschaltung 492 zum Ableiten einer Q-Hz-Komponente aus der Ausgabe des optischen Detektors 490, ein Zeitsteuerungsfilter 494 zum Extrahieren nur der Q-Hz-Komponente aus der Ausgabe der nichtlinearen Extraktionsschaltung 492, einen Begrenzerverstärker 496 zum Halten der Ausgabe des Zeitsteuerungsfilters 494 in einer konstanten Amplitude und einen Teile-durch-2-Frequenzteiler 498. Es ist vorteilhaft, den Phasenschieber 439 zwischen das Zeitsteuerungsfilter 494 und den Begrenzerverstärker 496 einzufügen.
Des weiteren umfasst die nichtlineare Extraktionsschaltung 492 eine Differenzialschaltung 500 und eine Zweiweg-Gleichrichtungsschaltung 502. Wenn Signale mit jedem Impuls, der innerhalb eines Zeitschlitzes positioniert ist, optisch multiplext werden, können die Differenzialschaltung 500 und die Zweiweg-Gleichrichtungsschaltung 502 zum Durchführen nichtlinearer Extraktion weggelassen werden, wobei somit der Zeitsteuerungsgenerator 432 vereinfacht wird.
In der so vereinfachten Konfiguration kann der optische Detektor 490 zum Durchführen optischer/elektrischer Wandlung aufgebaut sein, eine Resonanzfrequenz in Q Hz zu haben, wie in 105 gezeigt. Dies macht die Herstellung des optischen Detektors einfacher, da der Detektor nicht eine flache Frequenzcharakteristik über einen breiten Bereich haben muss. Da der Detektor eine Filtercharakteristik hat, kann des weiteren die Dämpfungscharakteristik außerhalb des Bandes des Zeitsteuerungsfilters 494 entspannt werden.
106 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Schaltung von 103. Eine Kopplerschaltung 504 wird verwendet, um einen Abschnitt eines Signals zu trennen, und der Pegel des empfangenen Signals wird durch einen Pegeldetektor 506 erfasst. Der erfasste Pegel wird in einem Komparator 508 mit einem Bezugswert verglichen, und falls der Pegel unter dem Bezugswert ist, wird ein Eingabeaus-Alarmsignal ausgegeben. Da die Schaltung von dem Eingang zu dem Komparator 508 nur aus pas siven Komponenten besteht, die weniger fehleranfällig sind, kann die Eingabeausbedingung des Lichts zuverlässig erfasst werden. Falls eine Signal-aus-Bedingung in dem optischen Empfänger aufgetreten ist, kann mit dieser Konfiguration die Ursache dieser Bedingung identifiziert werden, d. h. ob das optische eingegebene Signal abgeschnitten wurde oder außer Synchronisation gelangt ist.
Der optische Schalter zum Trennen eines eingegebenen optischen Signals in zwei um 180° gegenphasige optische Signale durch Verwenden eines Taktsignals kann durch einen gerichteten aktiven optischen Koppler implementiert werden, der einen Ti-diffundierten LiNbO₃-Kristallwellenleiter verwendet, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 55-7315 beschrieben wird. Wie in 110 gezeigt, kann er auch unter Verwendung von zwei optischen Schaltern vom Gattertyp 510 und 512, einer optischen Kopplerschaltung 514 zum Verteilen optischer Signale zu ihnen und eines Phasenschiebers 516 zum Verschieben der Phase des Taktsignals, das zu dem optischen Schalter vom Gattertyp 510 eingegeben wird, um 180° aufgebaut werden. Diese Konfiguration kann Polarisationsabhängigkeit von dem gerichteten aktiven optischen Koppler reduzieren. Der optische Schalter vom Gattertyp ist eine Einrichtung, die eine variierende Transmittanz mit einer angelegten Spannung aufweist, und kann deshalb als ein optischer Modulator verwendet werden. Ein optischer Modulator elektrischer Feldabsorption (EA-Modulator) ist ein Beispiel.
In beliebigen der optischen Empfänger, die mit Bezug auf 94 bis 102 beschrieben werden, wurde ein optimales Taktsignal durch Steuern der Phase des Taktsignals erhalten, das aus dem empfangenen optischen Signal wiedergewonnen wird. Stattdessen wäre es möglich, ein Taktsignal unter Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) zu generieren und es so zu steuern, dass die Frequenz und die Phase optimal werden, wie in 108 gezeigt. In 108 ist die Phasensteuervorrichtung 440 in Konfiguration und Operation der einen identisch, die in 94 gezeigt wird. Das Taktsignal, das dem optischen Schalter 434 zugeführt wird, wird durch den VCO 520 generiert, während das Steuersignal, das von der Phasensteuervorrichtung 440 ausgegeben wird, zu dem VCO 520 gegeben wird.
Das Folgende beschreibt, wie das Taktsignal, das durch den VCO 520 generiert wird, zu dem optimalen Wert gesteuert wird.
Zuerst werden folgende Definitionen gegeben.

Φ(t):: Phase des Taktsignals, das zu dem optischen Schalter 434 eingegeben wird (Phase des ausgegebenen Signals von dem VCO 520)
α(t):: Phase des optischen Signals, das zu dem optischen Schalter eingegeben wird (der Einfachheit halber wird angenommen, dass ein wechselndes Signal 1010 eingegeben wird) mit Bezug auf Kanal 1
Θ(t):: Φ(t) – α(t) (siehe 96)
ω₀:: freilaufende Winkelfrequenz vom VCO
V(t):: Steuerspannung für VCO x Winkelfrequenz-Modulationsempfindlichkeit vom VCO
Vo:: Ausgangswert von Synchronerfassungsschaltung 450
K:: Konstante

Die Stärke der f₁-Komponente, die das Bandpassfilter 446 durchläuft (Mittelfrequenz f₁), variiert mit der Phasendifferenz Θ, wie in 97 gezeigt.
Hier wird eine Störung an Θ durch Addieren eines Niederfrequenzsignals, I₀cos2πg₁t, das von dem Oszillator 448 ausgegeben wird, zu der Steuerspannung, die an den VCO 520 angelegt wird, angelegt. dΦ/dt = ω0 + V(t) = ω0 + I0cos2πg1t + KVo (1)
Nun wird Vo angenommen, sich langsam zu ändern oder in einem stetigen Zustand zu sein, und deshalb konstant sein.
Integrieren von Gleichung (1) ergibt Gleichung (2), aus der gesehen werden kann, dass Φ mit der Frequenz g₁ in der Phase moduliert ist. Φ = (ω0 + KVo)t + I1sin2πg1t + C (2)

(C: Konstante der Integration, I₁: Konstante)

Angenommen, dass die Ableitung von α(t) mit Bezug auf die Zeit konstant ist, ist deshalb Θ(t) mit der Frequenz g₁ wie in dem Fall von 94 phasen-moduliert.
Wenn Θ phasen-moduliert ist, weist die f₁-Komponente, die durch das Bandpassfilter 446 übertragen wird, die Antwort auf, die in 97 gezeigt wird, wie bereits beschrieben. Das heißt in Punkt (a), wo die Wellenform zurück gefaltet ist, existiert die Komponente von sin2πg₁t in der Variation der f₁-Komponente nicht. In Punkt (b) ist sie mit dem eingegebenen Signal in Phase, und in Punkt (c), ist sie 180° gegenphasig.
Deshalb wird die Ausgabe Vo(t) der Synchronerfassung, die unter Verwendung der Ausgabe von Oszillator 448 durchgeführt wird, I₀sin2πg₁t, sein, wie in 109 gezeigt.
(Es wird angenommen, dass +1 ausgegeben wird, wenn in Phase, und –1, wenn 180° gegenphasig.)
Als Nächstes wird die Konvergenz der Operation beobachtet. Wenn die Störungskomponente der Einfachheit halber entfernt wird, kann dies als dΦ/dt = ω0 + V(t) = ω0 + KVo(t) (3)geschrieben werden. Bei Umformung dieser Gleichung haben wir dΘ/dt = dΦ/dt – dα/dt = ω0 – dα/dt + Vo(t) = Δω0 + KVo(t)
Da dα/dt ein konstanter Wert ist, ist Δω₀ ein konstanter Wert. Falls K positiv und groß ist, und falls Δω₀/K ≒ 0 ist, dann
wenn Θ > 0, Vo(t) < 0 und dΘ/dt < 0, und daher konvergiert Θ zu 0, und
wenn Θ < 0, Vo(t) > 0 und dΘ/dt > 0, und daher konvergiert Θ zu 0.
Aus dem obigen wird gezeigt, dass Θ zu 0 konvergiert, was anzeigt, dass das optische Signale zwischen den Lichtpfaden durch den optischen Schalter mit optimaler Zeitsteuerung umgeschaltet werden kann.
110 zeigt eine Schaltungskonfiguration zum Implementieren der Erfassung einer Lichteingabe-aus-Bedingung in der in 108 gezeigten Empfängerkonfiguration. Das empfangene optische Signal wird durch einen optischen Koppler 522 gesplittet, dessen eine Ausgabe dem optischen Schalter 434 (108) zugeführt wird. Die andere Ausgabe wird einem optischen Detektor 524 zur Umwandlung in ein elektrisches Signal zugeführt. Dieses elektrische Signal wird zu Bandpassfiltern 526 und 528 zur Erfassung der Niederfrequenzkomponenten f₁ bzw. f₂ zugeführt, die dann normalisiert werden, indem sie durch einen GS-Wert in Teilern 530 und 532 geteilt werden, und werden mit einem Bezugswert in Komparatoren 534 und 536 verglichen, und die Ergebnisse der Vergleiche werden mit UND ver knüpft, um ein Eingabe-aus-Alarmsignal zu erzeugen. Die in 108 gezeigte Schaltung nimmt an, dass f₁ in einem Kanal, und f₂ in dem anderen Kanal überlagert ist. Es kann nur eine von f₁ und f₂ überwacht werden, wenn aber beide überwacht werden, kann nur eine der Leitungen verwendet werden. Die Teiler 530 und 532 sind vorgesehen, um die Effekte von Eingangsleistungsvariation zu beseitigen, diese können aber weggelassen werden, wenn die Eingangsleistung stabil ist.
111 zeigt eine erweiterte Version der Schaltung von 108 für Vierwellen-Multiplexing. Taktsignale, die an optische Schalter 540 und 542 angelegt werden, werden durch Teilen der Ausgabe des VCO 520 durch zwei in einem Teile-durch-zwei-Frequenzteiler 544 erstellt. Das Niederfrequenzsignal f₁ ist in CH1 und CH2 überlagert.

Claims

Ein optischer Empfänger zum Empfangen eines optischen Zeitmultiplexsignals, das eine Vielzahl von optischen Signalen trägt, die darin zeitmultiplext sind, und ein Niederfrequenzsignal hat, das darin in einem Zeitschlitz überlagert ist, der für ein spezifisches optisches Signal bestimmt ist, umfassend: einen optischen Schalter (434) zum Trennen des optischen Zeitmultiplexsignals in die jeweiligen optischen Signale; ein Taktgenerierungsmittel (432) zum Generieren eines Taktsignals zum Steuern des optischen Schalters; und ein Taktphasensteuermittel (439, 440) zum Durchführen einer Steuerung, sodass das Taktsignal, das durch das Taktgenerierungsmittel generiert wird, mit dem optischen Zeitmultiplexsignal phasensynchronisiert ist, durch Verwenden des Niederfrequenzsignals, das in dem optischen Zeitmultiplexsignal überlagert ist.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 1, wobei das Taktgenerierungsmittel einen Zeitsteuerungsregenerator (432) zum Generieren eines Taktsignals durch Extrahieren einer Taktkomponente aus dem empfangenen optischen Zeitmultiplexsignal enthält, und das Taktphasensteuermittel enthält einen Phasenverschieber (439) zum Ändern der Phase des Taktsignals, das von dem Zeitsteuerungsregenerator (432) ausgegeben wird in Übereinstimmung mit einem Phasensteuersignal, und eine Phasensteuervorrichtung (440) zum Generieren eines Phasensteuersignals zum Steuern des Phasenverschiebers (439), um das Taktsignal mit dem optischen Zeitmultiplexsignal zu synchronisieren durch Verwenden des Niederfrequenzsignals.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 2, wobei die Phasensteuervorrichtung (440) enthält ein Lichterfassungselement (444) zum Wandeln von einem der optischen Signale, die durch den optischen Schalter (434) getrennt werden, in ein elektrisches Signal, einen Oszillator (448) zum Ausgeben eines Signals einer vorgeschriebenen Frequenz, eine Synchronerfassungsschaltung (450) zum Phasenerfassen der Ausgabe des Lichterfassungselementes (444) mit der Ausgabe des Oszillators (448), einen Komparator (452) zum Vergleichen der Ausgabe der Synchronerfassungsschaltung (450) mit einem vorbestimmten Schwellwert, und einen Addierer (454) zum Addieren des Ergebnisses des Vergleichs von dem Komparator (452) mit der Ausgabe des Oszillators (448) und zum Ausgeben der resultierenden Summe als das Phasensteuersignal.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 3, wobei die Phasensteuervorrichtung (440) ferner ein Bandpassfilter (446) enthält, das zwischen dem Lichterfassungselement (444) und der Synchronerfassungsschaltung (450) installiert ist, zum Durchlassen nur der Niederfrequenzsignalkomponente dort durch.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Komparator (452) angeordnet ist, das Ergebnis des Vergleichs für eine Ausgabe in Übereinstimmung mit einem Steuersignal zu invertieren.
Ein optischer Empfänger nach einem beliebigen von Ansprüchen 2 bis 5, wobei der Zeitsteuerungsregenerator (432) versehen ist mit einem Pegeldetektor (506) zum Erfassen des Pegels der extrahierten Taktkomponente, und einem Komparator (508) zum Vergleichen der Ausgabe des Pegeldetektors mit einem vorbestimmten Bezugswert, und zum Ausgeben eines Alarmsignals, wenn die Ausgabe des Pegeldetektors (506) unter einem Bezugswert ist.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 1, wobei das Taktgenerierungsmittel (432) einen spannungsgesteuerten Oszillator (520) zum Generieren eines Taktsignals einer Frequenz enthält, die zu einer Steuerspannung passt, und das Taktphasensteuermittel eine Phasensteuervorrichtung (440) zum Generieren einer Steuerspannung zum Steuern des spannungsgesteuerten Oszillators (520) enthält, um das Taktsignal mit dem optischen Zeitmultiplexsignal durch Verwenden des Niederfrequenzsignals zu synchronisieren.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 7, wobei die Phasensteuervorrichtung (44) enthält ein Lichterfassungselement (444) zum Wandeln von einem der optischen Signale, die durch den optischen Schalter (434) getrennt werden, in ein elektrisches Signal, einen Oszillator (448) zum Ausgeben eines Signals einer vorgeschriebenen Frequenz, eine Synchronerfassungsschaltung (450) zum Phasenvergleichen der Ausgabe des Lichterfassungselementes (444) mit der Ausgabe des Oszillators (448), einen Komparator (452) zum Vergleichen der Ausgabe der Synchronerfassungsschaltung (450) mit einem vorbestimmten Schwellwert, und einen Addierer (454) zum Addieren des Ergebnisses des Vergleichs von dem Komparator (452) mit der Ausgabe des Oszillators (448) und zum Ausgeben der resultierenden Summe als die Steuerspannung.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 8, wobei die Phasensteuervorrichtung ferner ein Bandpassfilter (446) enthält, das zwischen dem Lichterfassungselement (444) und der Synchronerfassungsschaltung (450) instal liert ist, zum Durchlassen nur der Niederfrequenzsignalkomponente dort durch.
Ein optischer Empfänger nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Komparator (452) angeordnet ist, das Ergebnis des Vergleichs für eine Ausgabe in Übereinstimmung mit einem Steuersignal zu invertieren.
Ein optischer Empfänger nach einem beliebigen von Ansprüchen 7 bis 10, ferner umfassend eine Niederfrequenzsignal-Erfassungsschaltung (506) zum Erfassen der Niederfrequenzkomponente, die in dem optischen Zeitmultiplexsignal überlagert ist, und einen Komparator (508) zum Vergleichen eines erfassten Pegels von der Niederfrequenzsignal-Erfassungsschaltung (506) mit einem vorbestimmten Bezugswert, und zum Ausgeben eines Alarmsignals, wenn der erfasste Pegel unter dem Bezugswert ist.