DE3825126A1 - Verfahren zur bidirektionalen uebertragung optischer signale ueber einen lichtwellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale zwischen zwei durch einen Lichtwellenleiter verbundenen Stationen, bei welchem die Signale jeweils von einem in den Stationen angeordneten optischen Sender ausgesandt und am Ende der jeweils durch den Lichtwellenleiter gebildeten Übertragungsstrecke in den Stationen empfangen werden, bei welchem die Signale der einen Senderichtung in Sendepausen der anderen Senderichtung über den Lichtwellenleiter übertragen werden und bei welchem der Sender gleichzeitig als Empfänger benutzt wird (DE-OS 29 05 734).

Nach diesem Verfahren arbeiten heute alle optischen Übertragungssysteme im Nachrichtenbereich, bei denen die Signale bzw. Daten über Lichtwellenleiter - im folgenden kurz "LWL" genannt - übertragen werden. Zum Aussenden der Signale werden in bekannter Technik beispielsweise Laserdioden oder auch Lasermodule verwendet, in denen eine Laserdiode und eine zur Kontrolle derselben verwendete Monitordiode vereinigt sind. Ein solcher Lasermodul geht beispielsweise aus der DE-Z "Wiss. Ber. AEG-TELEFUNKEN 53 (1980) 1-2", Seite 56 hervor. Mittels der Monitordiode und einem zugehörigen Regler kann die Leistung der Laserdiode geregelt beziehungsweise kontrolliert werden. Das ist bei einer Laserdiode ohne Monitordiode nur mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand möglich. Fertigungsbedingte Streuungen bei der Herstellung der Laserdiode sowie Temperatur- und Alterungseinflüsse können durch die Monitordiode auf einfache Weise ausgeregelt werden. Diese Faktoren können sich daher auf die Leistung der in einem Lasermodul befindlichen Laserdiode nicht auswirken.

In der GB-OS 20 00 373 ist eine Diode beschrieben, die sowohl als Sendediode als auch als Empfangsdiode für Licht der gleichen Wellenlänge eingesetzt werden kann. In der Druckschrift ist auch erwähnt, daß solche Dioden zum wechselweisen Betrieb an zwei Enden einer optischen Faser angeordnet und je nach Betriebsart umgeschaltet werden können. Weitere Angaben bezüglich der Übertragung des Lichts sind der Druckschrift nicht zu entnehmen.

Die DE-OS 32 03 094 beschreibt eine Leuchtdiodenschaltung für den Halbduplex-Betrieb. Mit dieser Schaltung können Informationen über einen LWL in beiden Richtungen übertragen werden. Sowohl als Sender als auch als Empfänger wird dabei die gleiche Leuchtdiode verwendet. Sie wird mittels einer Transistorschaltung entweder als Sender oder als Empfänger geschaltet. Diese bekannte Schaltung arbeitet im Empfangsbetrieb mit geringem Wirkungsgrad, da die Leuchtdiode als Sendediode und nicht als Empfangsdiode konzipiert ist. Die Übertragung von Informationen über den LWL ist dadurch auf relativ kurze Strecken beschränkt, weil das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umgesetzt wird. Ein Einsatz der bekannten Schaltung in der Nachrichtentechnik mit ihren hohen Bitraten ist daher nicht möglich.

Bei dem Verfahren nach der eingangs erwähnten DE-OS 29 05 734 wird als optischer Sender, der gleichzeitig Empfänger ist, ein lichtaussendendes Halbleiterelement verwendet, bei dem es sich um eine Diode handeln kann. Hier gilt das gleiche wie für die Leuchtdiode bei der Schaltung nach der DE-OS 32 03 094. Auch dieses Halbleiterelement ist als sendendes Bauteil konzipiert. Es kann das Empfangssignal nur mit geringem Wirkungsgrad umsetzen. In der Schaltung dieses bekannten Verfahrens ist außerdem als Eingangsverstärker ein Operationsverstärker eingesetzt, bei dem es sich um ein für schwache Signale nicht ausreichend empfindliches Bauteil handelt. Auch dieses bekannte Verfahren ist daher nur für kurze Strecken, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, und niedrige Bitraten mit ausreichend starken Empfangssignalen einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale über einen LWL, bei dem als Sender und Empfänger jeweils das gleiche Bauteil verwendet werden, anzugeben, das mit verbessertem Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode und Monitordiode bestehender Lasermodul verwendet wird und
• - daß die im Lasermodul enthaltene Monitordiode in jeder Station als Empfänger verwendet wird, der in den Sendepausen der eigenen Station die von einer anderen Station kommenden Signale empfängt.

Bei diesem Verfahren wird ein an sich bekannter Lasermodul verwendet, der gegenüber einer Laserdiode und anderen Licht aussendenden Halbleitern den Vorteil hat, daß die Leistung seiner Laserdiode auf einfache Weise mittels der Monitordiode geregelt wird. Die Monitordiode ist dabei im Lasermodul als Empfangsdiode eingesetzt und dementsprechend auch als solche konzipiert. Sie ist also für den Empfang optischer Signale optimiert und setzt Empfangssignale mit hohem Wirkungsgrad um. Das Verfahren ist dadurch auch für große Übertragungsstrecken und hohe Bitraten geeignet. Auch schwache Empfangssignale werden durch die Monitordiode noch empfangen und einwandfrei umgesetzt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß schaltungstechnisch am Lasermodul und insbesondere an der Monitordiode zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb nichts geändert werden muß, da die Monitordiode in beiden Fällen als Empfangsdiode geschaltet ist. Im Empfangsbetrieb muß nur ein geeigneter Empfänger in den Stromkreis der Monitordiode eingeschaltet werden.

Die Laserdiode des Lasermoduls kann während des Empfangsbetriebs prinzipiell als eine Art Verstärkungselement für die empfangenen Signale verwendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Übertragungsstrecke mit einem LWL zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines für das Verfahren verwendbaren Lasermoduls,

Fig. 3 eine Schaltung zur Gewinnung von Empfangssignalen.

Mit 1 und 2 sind zwei Stationen bezeichnet, zwischen denen ein LWL 3 zur Übertragung optischer Signale der Nachrichtentechnik angeordnet ist. Der LWL 3 ist in beiden Stationen 1 und 2 an einen Lasermodul 4 angeschlossen, dessen genauerer Aufbau beispielseise aus Fig. 2 hervorgeht. Sonstige, an sich bekannte Bauteile der Stationen 1 und 2 sind jeweils durch ein Kästchen 5 angedeutet. Über den LWL 3 werden die Signale in beiden Richtungen übertragen, und zwar derart, daß die Signale der einen Übertragungsrichtung in Sendepausen der anderen Übertragungsrichtung gesendet werden. Ein dafür verwendbares Übertragungsverfahren ist beispielsweise das aus der herkömmlichen Übertragungstechnik mit metallischen Leitern bekannte Zeitgetrenntlageverfahren. Die Signale können sowohl in analoger als auch in digitaler Form übertragen werden.

Zum Senden der Signale bzw. Daten wird nach Fig. 2 jeweils ein Lasermodul 4 verwendet, der eine als Lichtsender dienende Laserdiode 6 und eine Monitordiode 7 umfaßt. Die Laserdiode 6 wird aus einer Spannungsquelle gespeist, die beispielsweise eine Spannung von 5 V liefert. An die Laserdiode 6 ist auf deren Sendeseite der LWL 3 angeschlossen. Die Monitordiode 7 befindet sich auf der Kontrollseite der Laserdiode 6. An die Monitordiode 7 ist ein Regler 8 angeschlossen, dem als Sollwert eine Referenzspannung aufgegeben wird, welche einer Leistung der Laserdiode 6 von beispielsweise 0,25 mW entspricht. Der Regler 8 ist mit einem Stellglied 9 verbunden, das im Strompfad der Laserdiode 6 liegt. Zu sendende Signale bzw. Daten werden der Laserdiode 6 in bekannter Weise aufmoduliert. Sie können beispielsweise über den Eingang E des Stellgliedes 9 zugeführt werden. Das Stellglied 9 kann beispielsweise ein beliebiger Transistor sein.

Bei der Übertragung von Signalen bzw. Daten sendet die Laserdiode 6 Licht bzw. Lichtimpulse in Richtung des LWL 3 einerseits und der Monitordiode 7 andererseits. Die Leistung des auf die Monitordiode 7 fallenden Lichts ist der Sendeleistung proportional. Der von der Monitordiode 7 gelieferte Strom wird im Regler 8 mit dem vorgegebenen Sollwert der entsprechenden Referenzspannung verglichen. Der Regler 8 bewirkt nach Maßgabe dieses Stromes über das Stellglied 9 ständig eine Anpassung des zur Laserdiode 6 fließenden Stroms, so daß die vorgegebene Lichtleistung der Laserdiode 6 eingehalten wird. Unter dem Wort "Lichtleistung" ist dabei die Sendeleistung der Laserdiode 6 zu verstehen.

In den Sendepausen wird von der Laserdiode 6 kein Licht ausgesandt. In dieser Zeit dient die Monitordiode 7 des Lasermoduls 4 als Empfänger für über den LWL 3 ankommende Signale. Die Monitordiode 7 eignet sich besonders zum Abgriff der Empfangssignale, weil sie ohnehin in Sperrichtung, also als Empfangsdiode, betrieben wird. Ein über den LWL 3 ankommendes Signal erzeugt in der Monitordiode 7 einen der Lichtleistung proportionalen Strom. Dieser Strom wird einem Empfänger 10 zugeführt, und zwar zweckmäßig über einen Verstärker 11, der mittels eines Schalters 12 an die Monitordiode 7 anschaltbar ist. Der Verstärker 11 ist beispielsweise als Transimpedanzverstärker ausgebildet. Der Schalter 12 ist vorzugsweise nur in den Sendepausen des zugehörigen Lasermoduls 4 geschlossen. Er wird geöffnet, wenn die Laserdiode 6 ein Burst sendet. Zwischen Empfänger 10 und Verstärker 11 kann noch ein geregelter Verstärker 13 zur Aussteuerung des Empfangssignals eingeschaltet sein.

Der Schalter 12 kann als beliebiger Transistor ausgeführt sein. Besonders geeignet ist ein kapazitätsarmer MOSFET. Verstärker 11 und Schalter 12 werden zweckmäßig zur Abschirmung in ein geschlossenes metallisches Gehäuse 14 eingekapselt, das in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Während des Empfangsbetriebs kann die Laserdiode 6 der empfangenen Station mit Strom versorgt werden, der kleiner als ihr Schwellenstrom ist. Der Wirkungsgrad des Verfahrens beim Empfang der Signale kann dadurch weiter verbessert werden. Die Laserdiode 6 arbeitet dann quasi in einer Verstärkerfunktion.

Claims (5)

1. Verfahren zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale zwischen zwei durch einen Lichtwellenleiter verbundenen Stationen, bei welchem die Signale jeweils von einem in den Stationen angeordneten optischen Sender ausgesandt und am Ende der durch den Lichtwellenleiter gebildeten Übertragungsstrecke in den Stationen empfangen werden, bei welchem die Signale der einen Senderichtung in Sendepausen der anderen Senderichtung über den Lichtwellenleiter übertragen werden und bei welchem der Sender gleichzeitig als Empfänger benutzt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als optischer Sender ein aus Laserdiode (6) und Monitordiode (7) bestehender Lasermodul (4) verwendet wird und
• - daß die im Lasermodul (4) enthaltene Monitordiode (7) in jeder Station (1, 2) als Empfänger verwendet wird, der in den Sendepausen der eigenen Station die von einer anderen Station kommenden Signale empfängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Monitordiode (7) fließende, der empfangenen Lichtleistung proportionale Strom über einen Verstärker (11) einem Empfänger (10) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Monitordiode (7) und Verstärker (11) ein Schalter (12) angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärker (11) und Schalter (12) in ein metallisches Gehäuse (14) eingebettet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (6) des Lasermoduls (4) während des Empfangsbetriebs mit einem Strom beaufschlagt wird, der kleiner als ihr Schwellenstrom ist.