DE69025822T2

DE69025822T2 - Signalstrahlenpolarisationsregelung für hauptzustandsbidirektionale Übertragung durch eine optische Faser

Info

Publication number: DE69025822T2
Application number: DE69025822T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ono; Shuntaro Yamazaki
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2010-08-10
Also published as: DE69025822D1; JP2540951B2; EP0412543A3; EP0412543A2; JPH0369927A; EP0412543B1; US5031998A

Description

Die Erfindung betrifft ein Polarisationsregelungssystem zur Verwendung in einem optischen Übertragungs- bzw. Kommunikationssystem zum bidirektionalen Übertragen von optischen Signalstrahlen. Im allgemeinen weist ein optisches Übertragungssystem eine optische Faser mit einem ersten und einem zweiten Faserende auf. Die optische Faser ist beispielsweise 20 bis 100 km lang und weist eine Doppelbrechung auf, die aufgrund der Umgebungstemperatur der optischen Faser, des äußeren Drukkes, der auf der optischen Faser lastet oder von beidem an verschiedenen Punkten der Länge zwangsläufig Schwankungen unterworfen ist. Es ist daher unvermeidbar, daß ein Signalstrahl einen Polarisationszustand oder eine Polarisationsebene hat, der bzw. die von Zeit zu Zeit, während er durch die optische Faser übertragen wird, Schwankungen unterliegt.
In einem optischen Übertragungssystem sind eine erste oder an einem ersten Ende befindliche Sendervorrichtung und eine erste oder am ersten Ende befindliche Empfängervorrich tung mit dem ersten Faserende verbunden. Eine zweite oder an einem zweiten Ende befindliche Sendervorrichtung und eine zweite oder am zweiten Ende befindliche Empfängervorrichtung sind mit dem zweiten Faserende verbunden. Jede Empfängervorrichtung, nämlich die erste und die zweite, arbeiten mit einem lokalen Strahl mit einem lokalen Polarisationszustand, um ein Detektionssignal mit einem Leistungspegel zu erzeugen.
Die erste Sendervorrichtung dient zum Erzeugen eines ersten Signalstrahls und zum Liefern des ersten Signalstrahls an das erste Faserende mit einem ersten ursprünglichen Polansationszustand. Nach Übertragung durch die optische Faser kommt der erste Signalstrahl am zweiten Faserende als erster ankommender Strahl an, um von der zweiten Empfängervorrichtung empfangen zu werden. Aufgrund von Schwankungen des Polarisationszustandes hat der erste ankommende Strahl einen ersten veränderlichen Polarisationszustand. Infolge dessen kann die zweite Empfängervorrichtung nicht immer eine sehr gute Empfängerempfindlichkeit haben.
Die zweite Empfängervorrichtung dient zum Erzeugen eines zweiten Signalstrahls und zum Liefern des zweiten Signalstrahls an das zweite Faserende mit einem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand. Nach Übertragung durch die optische Faser kommt der zweite Signalstrahl am ersten Faserende als zweiter ankommender Strahl an, um von der ersten Empfängervorrichtung empfangen zu werden. Der zweite ankommende Strahl hat einen zweiten veränderlichen Polarisationszustand. Infolgedes sen kann die erste Empfängervorrichtung nicht immer eine sehr gute Empfängerempfindlichkeit haben.
Man kann das Auftreten von Schwankungen des Polarisationszustands vermeiden und immer beste Empfängerempfindlichkeiten erreichen, wenn die optische Faser eine polarisationserhaltende optische Faser ist. Die polarisationserhaltende optische Faser ist jedoch sehr teuer. Es ist deshalb üblich, eine optische Einmodenfaser und ein Polarisationsregelungssystem zu verwenden, um die Schwankungen zu unterdrücken.
Das Polarisationsregelungssystem kann entweder mit automatischen Polarisationsregelung oder mit Polarisationsdiversität arbeiten. Wenn die Polarisationsdiversität gewählt wird, muß jede Empfängervorrichtung einen komplizierten Aufbau haben. Außerdem wird die Empfängerempfindlichkeit schlecht. Es wird deshalb zwecks einfacher Ausführung jeder Empfängervorrichtung und zur Erreichung einer hohen Empfängerempfindlichkeit vorzugsweise die automatische Polarisationsregelung verwendet.
Ein ausgezeichnetes Polarisationsregelungssystem ist in EP-A-408 861 (veröffentlicht am 23.1. 1991 ) offenbart. Das Polarisationsregelungssystem dient zur Verwendung in einem bidirektionalen optischen Übertragungssystem der beschriebenen Art und weist eine einzige Polarisationsregelungsvorrichtung auf.
Die erwähnte EP-A-408 861 wird nachstehend als ältere Anmeldung bezeichnet.
Wie bekannt, weist die Polarisationsregelungsvorrichtung eine optische Faser auf, die in der älteren Patentanmeldung Steuerfaser genannt wird, und hat ein Vorrichtungs- und ein Faserende, wie es in der bekannten Patentanmeldung genannt wird. Man beachte im Zusammenhang mit der älteren Patentanmeldung und mit der vorliegenden Patentanmeldung, daß die Steuerfaser Teil der optischen Einmodenfaser ist. Das Vorrichtungsende ist daher entweder das oben erwähnte erste oder zweite Faserende und kann das erste Faserende sein, ohne an Allgemeingültigkeit zu verlieren.
Nach der älteren Patentanmeldung dient die einzelne Polarisationsregelungsvorrlchtung zum gemeinsamen Steuer des ersten und des zweiten veränderlichen Polarisationszustands. Im einzelnen ist eine Steuerschaltung mit der ersten Empfängervorrichtung verbunden, um mit dem Detektionssignal versorgt zu werden, und steuert die Polarisationsregelungsvorrichtung, um das Leistungspegelmaximum beizubehalten.
In der älteren Patentanmeldung wird Polarisationsdispersion erörtert. Die Polarisationsdispersion tritt aufgrund der Doppelbrechung der optischen Faser auf, entweder wenn der erste und der zweite Signalstrahl einzelne Signalstrahlen sind und eine begrenzte Frequenzdifferenz haben oder wenn mindestens ein Signalstrahl, nämlich der erste oder der zweite, der Frequenzmultiplexsignalstrahl ist, in dem einzelne Teilsignalstrahlen Frequenzdifferenzen haben. Die einzelne Polarisationsregelungsvorrichtung ist somit nur effektiv, wenn die Frequenzdifferenz in einem zulässigen Bereich liegt. Folglich ist die Anzahl der gemeinsam polarisationsregelbaren Kanäle beschränkt. Ferner wird die Polarisationsdispersion kritisch, wenn die optische Faser lang ist. Die Polarisationsdispersion schränkt somit eine mögliche Übertragungsstrecke oder -länge ein.
EP-A-142 020 offenbart ein optisches Übertragungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. DE-A-3 716 247 offenbart ein bidirektionales optisches Übertragungssystem, bei dem der Polarisationszustand der Nachbarkanäle orthogonal ist.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur gemeinsamen Polarisationsregelung bereitzustellen, das zu Verwendung in einem bidirektionalen optischen Übertragungssystem dient und schädliche Einflüsse der Polarisationsdispersion vermeiden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Polarisationsregelungssystem der beschriebenen Art bereitzustellen, daß eine Beschränkung der Anzahl der gemeinsam polarisationsregelbaren Kanäle und der möglichen Übertragungsstrecke beseitigen kann. Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines bidirektionalen optischen Übertragungssystems, das ein gemeinsames Polarisationsregelungssystem gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform aufweist,
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Poincaré-Kugel zur Beschreibung der Polarisationsdispersion;
Fig. 3 ist eine weitere schematische Darstellung der Poincaré-Kugel zur Beschreibung von Prinzipien des Betriebs des Polarisationsregelungssystems gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines weiteren optischen Übertragungssystems, das ein Polarisationsregelungssystem gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung aufweist.
Gemäß Fig. 1 weist ein bidirektionales optisches Übertragungssystem ein System zur gemeinsamen Polarisationsregelung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung auf. Das optische Übertragungssystem weist eine optische Faser 11 auf, die eine optische Einmodenfaser ist und 100 km lang ist. Die optische Faser 11 weist einen ersten und einen zweiten Faserteil links und rechts in der Figur auf, wie später beschrieben wird. Der erste Faserteil hat ein erstes Faserende an seinem linken Ende. Der zweite Faserteil hat ein zweites Faserteil an seinem rechten Ende. Das erste und das zweite Faserende werden in der nachstehenden Beschreibung verdeutlicht.
Eine erste oder am ersten Ende befindliche Sendervorrichtung 12 ist mit dem ersten Faserende über eine erste lokale (optische) Faser verbunden und dient als erste Signalstrahlenquelle zum Erzeugen eines ersten Signalstrahls, der ein einzelner optischer Strahl ist, der der Frequenzumtast(FSK-)Modulation mit einer Bitrate von 1,2 Gb/s unterzogen wird. Eine erste oder am ersten Ende befindliche Empfängervorrichtung 16 ist über einen ersten lokalen optischen Faserkoppler 17 mit einer ersten lokalen Strahlenquelle 18 zum Erzeugen eines ersten lokalen Strahls verbunden. Die erste Empfängervorrichtung 16 ist mit dem ersten Faserende über einen ersten optischen Haupt- oder Sende- und Empfangsfaserkoppler 19 verbunden. Im ersten optische Hauptfaserkoppler 19 ist das erste Faserende mit der ersten lokalen Faser und mit einem Zweig verbunden, der über den ersten lokalen optischen Faserkoppler 17 mit der ersten Empfängervorrichtung 16 verbunden ist.
Eine zweite oder am zweiten Ende befindliche Sendervorrichtung 22 ist mit dem zweiten Faserende über eine zweite lokale (optische) Faser verbunden und dient als zweite Signalstrahlenguelle zum Erzeugen eines zweiten Signalstrahls, der wiederum ein einzelner optischer Strahl ist, der der Frequenzumtastmodulation mit einer Bitrate von 1,2 Gb/s unterzogen wird. Eine zweite oder am zweiten Ende befindliche Empfängervorrichtung 26 ist über einen zweiten lokalen optischen Faserkoppler 27 mit einer zweiten lokalen Strahlenquelle 28 zum Erzeugen eines zweiten lokalen Strahls verbunden. Die zweite Empfängervorrichtung 26 ist mit dem zweiten Faserende über einen zweiten optischen Haupt- oder Sende- und Empfangsfaserkoppler 29 verbunden. Im zweiten optischen Hauptfaserkoppler 29 ist das zweite Faserende mit der zweiten lokalen Faser und mit einem Zweig verbunden, der mit der zweiten Empfängervorrichtung 26 über den zweiten lokalen optischen Faserkoppler 27 verbunden ist.
Jeder optische Faserkoppler 17, 19, 27 oder 29 dient in Abhängigkeit von den Umständen als optische Strahlkombinieroder -koppelvorrichtung und als optische Strahlverzweigungsoder -trennvorrichtung. Folglich wird der erste Signalstrahl an das erste Faserende geliefert und über die optische Faser 11 zum zweiten Faserende übertragen. Bei Ankunft am zweiten Faserende als erster ankommender Strahl wird der erste Signalstrahl zur zweiten Empfängervorrichtung 26 umgeleitet. Der zweite Signalstrahl wird an das zweite Faserende geliefert und über die optische Faser 11 zum ersten Faserende übertragen. Beim Erreichen des ersten Faserendes als zweiter ankommender Strahl wird der zweite Signalstrahl zur ersten Empfängervorrichtung 16 umgeleitet.
Jeder Signalstrahl, nämlich der erste und der zweite, wird von der Sendervorrichtung 12 oder 22 als linearpolansierter Signalstrahl mit einer bestimmten Ebene oder Polarisation erzeugt. Man kann bekanntlich eine Polarisationsänderung der Ebene oder Polarisation entweder parallel oder orthogonal zu einer vorbestimmten Richtung durchführen. Wie später beschrieben, wird der erste Signalstrahl an das erste Faserende mit einem ersten ursprünglichen Polarisationszustand geliefert. Der zweite Signalstrahl wird an das zweite Faserende mit einem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand geliefert. Der erste lokale Strahl wird an die erste Empfängervorrichtung 16 mit einem ersten lokalen Polarisationszustand geliefert. Das heißt, die erste Empfängervorrichtung 16 arbeitet mit dem ersten lokalen Strahl, der den ersten lokalen Polarisationszustand hat. Die zweite Empfängervorrichtung 26 arbeitet mit dem zweiten lokalen Strahl, die einen zweiten Polarisationszustand hat. Jede Empfängervorrichtung 16 oder 26 arbeitet in Abhängigkeit von ihrem Aufbau entweder als optische Überlagerungsempfängervorrichtung oder als optische Homodynempfängervorrichtung.
Bei der Übertragung durch die optische Faser 11 ist der Polarisationszustand jedes Signalstrahls Schwankungen unterworfen. Infolgedessen hat der erste ankommende Strahl einen ersten veränderlichen Polarisationszustand. Der zweite ankommende Strahl hat einen zweiten veränderlichen Polarisationszustand.
Wenn der zweite veränderliche Polarisationszustand nicht orthogonal zum ersten lokalen Polarisationszustand ist, erzeugt die erste Empfängervorrichtung 16 ein erstes Detektionssignal mit einem ersten Leistungspegel oder einer ersten Signalintensität. Ebenso erzeugt die zweite Empfängervorrichtung 26 ein zweites Detektionssignal mit einem zweiten Leistungspegel.
Um jede Empfängervorrichtung 16 oder 26 mit einer hohen Empfängerempfindlichkeit in Betrieb zu setzen, wird das System zur gemeinsamen Polarisationsregelung bei der Polarisationsregelung des ersten veränderlichen Polarisationszustands verwendet, um den ersten veränderlichen Polarisationszustand immer parallel zum zweiten lokalen Polarisationszustand zu halten, und bei der Polarisationsregelung des zweiten veränderlichen Polarisationszustands verwendet, um ihn immer parallel zum ersten lokalen Polarisationszustand zu halten.
In der Praxis werden der erste ursprüngliche und der erste lokale Polarisationszustand einer Polarisationsänderung unterzogen, so daß sie entwender parallel oder orthogonal zueinander sind. Der zweite urspründliche und der zweite lokale Polarisationszustand werden Polarisationsänderungen unterzogen, so daß sie entweder parallel oder orthogonal zueinander sind.
Infolgedessen wird der zweite veränderliche Polarisationszustand polarisationsgeregelt, so daß er in einem ersten gewählten, nämlich parallelen oder orthogonalen Verhältnis zum ersten ursprünglichen Polarisationszustand ist. Der erste veränderliche Polarisationszustand wird polarisationsgeregelt, so daß er in einem zweiten gewählten, nämlich parallelen oder orthogonalen Verhältnis zum zweiten ursprünglichen Polarisationszustand ist. Dieses erste und zweite gewählte Verhältnis wird nachstehend erstes bzw. zweites vorbestimmtes Verhältnis genannt.
Das System zur Gesamtpolarisationsregelung weist eine erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31 auf. Wie bekannt, weist eine solche Polarisationsregelungsvorrichtung eine optische Faser auf.
Der oben erwähnte erste Faserteil ist die optische Faser der ersten Polarisationsregelungsvorrichtung 31 und erstreckt sich in der Figur geringfügig nach links zum ersten Faserende.
Eine erste Steuerschaltung 32 wird mit dem ersten Detektionssignal versorgt und steuert die erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31, um das erste Leistungspegelmaximum beizubehalten. Der zweite veränderliche Polarisationszustand wird dadurch im ersten vorbestimmten Verhältnis zum ersten ursprünglichen Polarisationszustand gehalten.
Verschiedene Polarisationsregelungsvorrichtungen sind bereits bekannt. Beispielsweise weist die Polarisationsregelungsvorrichtung 31 verschiedene piezoelektrische Stellglieder (nicht dargestellt) auf, die entlang der optischen Faser der Polarisationsregelungsvorrichtung 31 angeordnet sind und mit dem Detektionssignal versorgt werden, um die optische Faser zusammenzupressen. Entsprechend dem Leistungspegel hält die Polarisationsregelungsvorrichtung 31 den zweiten veränderlichen Polarisationszustand im ersten vorbestimmten Verhältnis mit dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand. Wer Genaueres darüber erfahren will, wird verwiesen auf einem Artikel von Reinhold Noé und zwei weiteren Autoren in Journal of Lightwave Technology, Volume 6, No. 7 (Juli 1988), S. 1199- 1208 unter dem Titel "Endless Polarization Control System for Coherent Optics".
Im Zusammenwirken mit der ersten Empfängervorrichtung 16 und ihrer entsprechenden Schaltung dient eine Kombination aus der ersten Polarisationsregelungsvorrichtung 31 und der ersten Steuerschaltung 32 als erste Polarisationsregelungsanordnung. Daher kann man verstehen, daß die erste Polarisationsregelungsanordnung 31, 32 mit dem ersten Faserteil verbunden ist und zum Regeln des zweiten veränderlichen Polarisationszustandes dient, um den zweiten veränderlichen Polarisationszustand im ersten vorbestimmten Verhältnis mit dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand zu halten.
Wenn der erste und der zweite Signalstrahl eine im wesentlich gleiche Frequenz oder Wellenlänge haben, ist die erste Polarisationsregelungsanordnung allein ausreichend, um den ersten veränderlichen Polarisationszustand im zweiten vorbestimmten Verhältnis mit dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand zu halten, wie in der oben zitierten bekannten Patentanmeldung beschrieben. Die erste Polarisationsregelungsanordnung allein ist jedoch unzureichend, wenn der erste oder zweite Signalstrahl eine begrenzte Frequenzdifferenz, z.B. von 100 GHz, haben oder eine Wellenlängedifferenz von 0,8 nm. Dies ist zurückzuführen auf die Polarisationsdispersion, die nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Mit einem kurzen Blick auf Fig. 2 soll nachstehend eine Poincaré-Kugel beschrieben werden, um die Polarisationsdispersion zu erläutern. Es wird lediglich aus Gründen einer einfacheren Beschreibung angenommen, daß der erste Signalstrahl ein Frequenzmultiplex-(FDM-)Signalstrahl ist, der aus einem ersten und einem zweiten Teilsignalstrahl mit einer begrenzten Frequenzdifferenz besteht. Es wird angenommen, daß der erste und der zweite Teilsignalstrahl beim Verlassen des ersten Faserteils einen gemeinsamen Einfallspolarisationszustand 35 auf der Poincaré-Kugel haben. Beim Erreichen des zweiten Faserteils haben der erste und der zweite Teilsignalstrahl einen ersten und einen zweiten Ausgangspolarisationszustand AB, die verschiedene Punkte auf der Poincaré-Kugel sind.
Andererseits kann man, was die beiden orthogonalpolarisierten Zustände in einer langen optischen Einmodenfaser betrifft, zwei prinzipielle Zustände definieren, wie beschrieben in einem Artikel von C.D. Poole et al. im Journal of Lightwave Technology, Volume 6, No. 7 (Juli 1988), Seite 1185 - 1190 unter dem Titel "Polarization Dispersion and Principal States in a 147 km Undersea Lightwave Cable". Die beiden Hauptzustände der optischen Faser werden als erster und zweiter Hauptzustand 36 und 37 auf der Poincaré-Kugel beschrieben. Eine Achse, die durch den ersten und zweiten Hauptzustand 36 und 37 verläuft, wird als Hauptachse 38 bezeichnet.
Der Einfallspolarisationszustand 35 und der erste und zweite Ausgangspolarisationszustand A und B liegen auf einer Ebene, die senkrecht zur Hauptachse 38 ist. Ein Bogen AB ist auf der Poincaré-Kugel entlang einer kleinen Kreislinie definiert, in der diese Ebene sich mit der Poincaré-Kugel schneidet. Der erste und der zweite Ausgangspolarisationszustand AB drehen sich um die Hauptachse 38 entlang der kleinen Kreislinie mit einem Drehungsverhältnis, daß durch die Polarisations dispersion definiert ist. An der Hauptachse 38 gegenüber dem Bogen AB ist ein Winkel im Verhältnis zu einem Produkt aus der Polarisationsdispersion und der Frequenzdifferenz.
Wenn der erste und der zweite Teilsignalstrahl den ersten Faserteil mit einem unterschiedlichen Einfallspolarisationszustand verlassen, hat der Bogen AB eine unterschiedliche Bogenlänge. Wenn der Einfallspolarisationsstrahl mit einem der Hauptzustände übereinstimmt, hat der Bogen AB eine Bogenlänge von null unabhängig von den Frequenzen oder Wellenlängen des ersten und des zweiten Teilsignalstrahls. Das heißt, der erste und der zweite Ausgangspolarisationszustand haben einen gemeinsamen Polarisationszustand, der mit einem der Hauptzustände, der als der Einfallspolarisationszustand verwendet wird, zusammenfällt. Diese Tatsache wird bei der erfindungsgemäßen gemeinsamen Polarisationsregelung des ersten und des zweiten veränderlichen Polarisationszustand verwendet. Das heißt, diese Tatsache wird verwendet, um die Hauptzustände, die die optische Faser 11 zwischen dem ersten und dem zweiten Faserteil hat, zu regeln.
Wenn man wieder Fig. 1 betrachtet, so wird die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 41 zusätzlich zur ersten Polarisationsregelungsvorrichtung 31 verwendet. Die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 41 weist eine optische Faser auf, die als Hauptabschnitt des oben erwähnten zweiten Faserteils dient.
Eine zweite Steuerschaltung 42 wird mit dem zweiten Detektionssignal versorgt und steuert die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 41, um das zweite Leistungspegelmaximum beizubehalten. Der erste veränderliche Polarisationszustand wird dadurch im zweiten vorbestimmten Verhältnis mit dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand gehalten.
Im einzelnen wird angenommen, ohne an Allgemeingültigkeit zu verlieren, daß der zweite ursprüngliche Polarisationszustand parallel zum zweiten lokalen Polarisationszustand ist, d.h., es wird angenommen, daß der erste veränderliche Polansationszustand so polarisationsgeregelt werden sollte, daß er parallel zum zweiten ursprünglichen Polarisationszustand im zweiten vorbestimmten Verhältnis ist. Der zweite lokale Polarisationszustand wird folgendermaßen parallel zum zweiten ursprünglichen Polarisationszustand gemacht.
Gemäß Fig. 1 wird anstelle des zweiten optischen Hauptfaserkopplers 29 ein Polarisationsstrahlteiler verwendet. Beim Ändern der zweiten Sendervorrichtung 22 wird der zweite ursprüngliche Polarisationszustand einer ersten Polarisationsänderung unterzogen, so daß der zweite Signalstrahl mit einer maximalen Signalintensität durch den Polarisationsstrahlteiler laufen kann. Danach wird der zweite lokale Polarisationszustand durch Änderung der zweiten lokalen Strahlenquellen 28 einer Polarisationsänderung unterzogen, so daß die zweite Empfängervorrichtung 26 den ersten ankommenden Strahl optimal empfangen kann, so daß nämlich der zweite Leistungspegel maximiert werden kann. Der Polarisationsstrahlteiler kann entweder zur Verwendung als der zweite optische Hauptfaserkoppler 29 so bleiben oder wieder durch den Faserkoppler 29 ersetzt werden.
Beim Maximieren des ersten Leistungspegels werden die erste Sendervorrichtung 12 und die erste lokale Strahlenquelle 18 ebenso einer Polarisationsänderung unterzogen. Wenn die erste und die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 31 und 41 gesteuert werden, wie oben beschrieben, wird der erste Signalstrahl in einem der Hauptzustände der optischen Faser 11 über die erste polarisationsregelungsvorrichtung 31 an die optische Faser 11 geliefert. Der zweite Signalstrahl wird von der zweiten Polarisationsregelungsvorrichtung 41 entweder in diesem oder in dem anderen der Hauptzustände der optischen Faser an die optische Faser 11 geliefert. In diesem Fall arbeitet eine Kombination aus der optischen Faser 11 und der ersten und der zweiten Polarisationsregelungsvorrichtung 31 und 41 wie eine polarisationserhaltende optische Faser im Zusammenwirken mit der ersten und der zweiten Steuerschaltung 32 und 42 und der ersten und der zweiten Empfängervorrichtung 16 und 26 und deren entsprechenden Schaltungen.
Im Zusammenwirken mit der zweiten Empfängervorrichtung 26 und ihren entsprechenden Schaltungen dient eine Kombination aus der zweiten Polarisationsregelungsvorrichtung 41 und der zweiten Steuerschaltung 42 als zweite Polarisationsregelungsanordnung. Daher kann man verstehen, daß die zweite Polarisationsregelungsanordnung 41, 42 mit dem zweiten Faserteil verbunden ist und zum Regeln des ersten veränderlichen Polarisationszustands dient, um den ersten veränderlichen Polarisationszustand im zweiten vorbestimmten Verhältnis mit dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand zu halten.
Jede Steuerschaltung, nämlich die erste und die zweite 32 und 42, wird in der Praxis durch einen Computer implementiert, der den Leistungspegel mit einer bestimmten Steuergeschwindigkeit maximiert. Eine Steuerschaltung, nämlich die erste oder die zweite 32 oder 42, sollte schneller als die andere arbeiten, nämlich um zu verhindern, daß im ersten und im zweiten vorbestimmten Verhältnis eine Schwingung auftritt. Beispielsweise sollte eine Steuerschaltung, nämlich die erste oder die zweite 32 oder 42, den Leistungspegel in etwa 10 ms und die andere in etwa 100 ms maximieren.
Mit Bezug auf Fig. 3 und weiter mit Bezug auf Fig. 1 wird nachstehend unter Verwendung der Poincaré-Kugel die gemeinsame Polarisationsregelung beschrieben. Der Einfallspolarisationszustand 35 ist wiederum dargestellt. Die Hauptachse 38 ist auch dargestellt und wird als erste Hauptachse bezeichnet. Der erste und der zweite Ausgangspolarisationszustand AB sind auch dargestellt. Der Bogen AB wird als erster Bogen bezeichnet.
Es wird unterstellt, daß die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 41 so gesteuert wird, daß sie den zweiten Leistungspegel des zweiten Detektionssignals maximiert, das von der zweiten Empfängervorrichtung 26 als Anwort auf den ersten ankommenden Strahl erzeugt wird, wobei der zweite lokale Polarisationszustand entweder parallel oder orthogonal zum zweiten ursprünglichen Polarisationszustand gemacht wird, und daß die erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31 in der Zwischenzeit verwendet wird zum geringfügigen Ändern der Hauptachse 38, nämlich des ersten und des zweiten Hauptzustandes der optischen Faser 11, die in Fig. 2 mit 36 und 37 bezeichnet ist. Die Regelung des zweiten Leistungspegels entspricht der Verringerung der Länge des Bogens AB. Wenn die er ste Hauptachse 38 zu einer zweiten Hauptachse 38' verändert wird, wird daher der erste Bogen AB zu einem zweiten Bogen A'B'. Wenn die zweite Hauptachse 38' ferner zu einer dritten Hauptachse 38" verändert wird, wird der zweite Bogen A'B' zu einem dritten Bogen A"B". In dem dargestellten Beispiel haben der erste und der dritte Bogen abnehmende Bogenlängen, die zum Einfallspolarisationszustand 35 konvergieren, wenn die Hauptachse optimal verändert wird. Wenn die Bogenlänge null erreicht, stimmt der Einfallspolarisationszustand 35 mit dem Hauptzustand 36 überein.
Die erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31 wird nun so gesteuert, daß sie den ersten Leistungspegel des ersten Signals maximiert, das als Antwort auf den zweiten ankommenden Strahl erzeugt wird. Auf diese Weise wird eine Spitzenwertsuche durchgeführt, um den ersten und zweiten Leistungspegel zu maximieren. Nach Beendigung der Spitzenwertsuche werden der erste und der zweite Signalstrahl automatisch polarisationsgeregelt, um durch die optische Faser in einem gemeinsamen oder in einzelnen Hauptzuständen der optischen Faser 11 übertragen, die, wie oben beschrieben, in Verbindung mit der Hauptachse geändert werden.
Nachstehend wird eine Hauptzustandsübertragung des ersten und des zweiten Signalstrahls, der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, erörtert. Man kann verstehen, daß die optische Faser 11 den ersten und den zweiten Faserteil und eine optische Einmodenfaser zwischen dem ersten und dem zweiten Faserteil aufweist. Die optische Einmodenfaser 11 hat den ersten und den zweiten Hauptzustand 36 und 37, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden sind.
Die erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31 wird so gesteuert, daß der erste Signalstrahl vom ersten Faserteil zur optischen Einmodenfaser mit einem Einfallspolarisationszustand geliefert wird, der mit einem ersten Hauptzustand, nämlich dem ersten oder dem zweiten 36 oder 37, übereinstimmt. In diesem Fall wird der erste Signalstrahl von der optischen Einmodenfaser an den zweiten Faserteil der zweiten Polarisationsregelungsvorrichtung 41 mit einem Ausgangspolarisationszustand geliefert, der mit dem ersten von den beiden Hauptzuständen 36 und 37 übereinstimmt. Die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 41 wird so gesteuert, daß der zweite Signalstrahl vom zweiten Faserteil an die optische Einmodenfaser mit einem Einfallspolarisationszustand geliefert wird, der mit dem zweiten von den ersten und zweiten Hauptzustand 36 und 37 übereinstimmt. Nach Übertragung durch die optische Einmodenfaser wird der zweite Signalstrahl mit einem Ausgangspolarisationszustand an den ersten Faserteil geliefert, der mit dem zweiten von den Hauptzuständen 36 und 37 übereinstimmt. Der erste und der zweite von den Hauptzuständen 36 und 37, können entweder ein gemeinsamer oder verschiedene Hauptzustände 36 und 37 sein.
In einem Beispiel des optischen Übertragungssystems, das anhand von Fig. 1 dargestellt ist, hatte die optische Faser 11 eine Polarisationsdispersion von etwa 3 ps. Wenn die erste und die zweite Polarisationsregelungsvorrichtung 31 und 41 so gesteuert wurden, daß der erste und der zweite Leistungspegel maximiert wurden, erlitt jede Empfängervorrichtung, nämlich die erste und die zweite 16 und 26, einen Nachteil von mehr als 0,1 dB im Vergleich zu ihrem besten Empfängerzustand. Gemäß der oben zitierten bekannten Patentanmeldung betrug der Nachteil 4,6 dB, wenn der erste und der zweite Signalstrahl mit einer Frequenzdifferenz von 100 GHz durch die optische Faser mit einer Polarisationsdispersion von etwa 3 ps übertragen wurden. Damit ist eine unerwartete Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit erreicht worden.
Gemäß Fig. 4 weist ein weiteres bidirektionales optisches Übertragungssystem ein gemeinsames Polarisationsregelungssystem gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform auf. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und arbeiten mit identisch bezeichneten optischen und elektrischen Signalen. Man erkennt, daß anstelle des ersten und des zweiten optischen Hauptfaserkopplers 19 und 29 ein erstes und ein zweites Polarisationtrennelement, z. B. ein erster und ein zweiter Polarisationsstrahlteiler, verwendet werden und mit diesen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Gemäß Fig. 4 sind ein erster bis vierter Sender 46, 47, 48 und 49 Signalstrahlenquellen zum Erzeugen eines ersten bis vierten Teilsignalstrahls mit einer ersten bis vierten Frequenz oder Wellenlänge. Es wird angenommen, daß die erste bis vierte Frequenz eine größte Frequenzdifferenz von 150 GHz haben. Ein 4:1-Optikfaserkoppler 51 dient zum Koppeln des ersten bis vierten Teilsignalstrahls zu einem Frequenzmultiplexsignalstrahl, um den Frequenzmultiplexsignalstrahl an das erste Polarisationstrennelement 19 und von dort an die erste Polarisationsregelungsvorrichtung 31 als den ersten Signalstrahl zu liefern. Ein Kombination aus dem ersten bis vierten Sender 46 bis 49 und dem 4:1-Optikfaserkoppler 51 dient somit als die erste Sendervorrichtung 12, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist.
Über einen 1:4-Optikfaserkoppler 54 wird der erste ankommende Strahl an den ersten bis vierten Empfänger 56, 57, 58 und 59 geliefert. Der zweite lokale Strahl weist einen bis vierten lokalen Teilstrahl mit Freguenzen auf, die mit der ersten Frequenz im Zusammenhang stehen. Jeder der Empfänger 56 bis 59 ist ein optischer Überlagerungs- oder Homodynempfänger. Der erste bis vierte Empfänger 56 bis 59 empfängt dadurch den ersten bis vierten Teilsignalstrahl, die der erste ankommende Strahl aufweist. Eine Kombination aus dem 1: 4-Optikfaserkoppler 54 und dem ersten bis vierten Empfänger 56 bis 59 dient somit als die zweite Empfängervorrichtung 26, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist.
Die zweite Steuerschaltung 42 wird mit dem zweiten Detektionssignal von einem vorbestimmten der ersten bis vierten Empfänger 56 bis 59 versorgt. In dem dargestellten Beispiel wird das zweite Detektionssignal vom ersten Empfänger 56 erzeugt.
Wenn der Polarisationsstrahlteiler als jedes Polarisationstrennelement, nämlich als das erste und das zweite 19 und 20, verwendet wird, ist es ohne weiteres möglich, den ersten ursprünglichen Polarisationszustand so zu steuern, daß er entweder parallel oder orthogonal zum zweiten ursprünglichen Polarisationszustand ist. In einem Beispiel des optischen Übertragungssystems, das in Verbindung mit Fig. 4 dargestellt worden ist, wobei die optische Faser 11 80 km lang war und eine Polarisationsdispersion von 2,5 ps hatte und wobei die gemeinsame Polarisationsregelung mit dem ersten Teilsignalstrahl und dem zweiten Teilsignalstrahl durchgeführt worden ist, wie in Fig. 4 dargestellt, erlitt der vierte Empfänger 59 einen Nachteil von weniger als 0,1 dB im Vergleich zu seinem besten Empfängerzustand. Jeder Empfänger, nämlich der erste bis fünfte 56 bis 59, hat somit eine ausgezeichnete Empfängerempfindlichkeit.
Mit Blick auf Fig. 1 wird nun verständlich, daß ein zusätzlicher Signalstrahl von der ersten Sendervorrichtung 12 über die optische Polarisationsregelungsvorrichtung 31 an die optische Faser 11 übertragen werden kann. Der zusätzliche Signalstrahl kann einen Polarisationszustand haben, der entweder parallel oder orthogonal zum Polarisationszustand des oben beschriebenen "ersten Signalstrahls" ist. Der Ausdruck "erster ursprünglicher Polarisationszustand" sollte deshalb so verstanden werden, daß er mindestens zwei Polarisationszustände, nämlich parallele und/oder orthogonale, hat. Wenn zwei oder mehr Signalstrahlen orthogonale Polarisationszustände haben, sollte die zweite lokale Strahlenquelle 28 den zweiten lokale Strahl mit einem geeigneten lokalen "Polarisationszustand" erzeugen.
Gemäß Fig. 4 kann man die zweite Sendervorrichtung 22 zum Erzeugen eines weiteren Frequenzmultiplexsignalstrahls als den zweiten Signalstrahl verwenden. In jedem Signalstrahl, nämlich dem ersten und dem zweiten, können die Teilsignalstrahlen parallele oder orthogonale Polarisationszustände haben, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.
Obwohl die Erfindung bisher nur anhand von bevorzugten Ausführungsformen und verschiedenen Modifikationen beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, diese Erfindung auf verschiedene Art und Weise zu realisieren. Beispielsweise kann jeder optische Hauptfaserkoppler, nämlich der erste und der zweite 19 und 29, aus polarisationserhaltenden optischen Fasersegmenten bestehen. Dies wird bevorzugt, weil es ohne weiteres möglich wird, die Polarisationszustände mehrerer Teilsignalstrahlen einer genaueren Polarisationsänderung zu unterziehen.

Claims

1. Polarisationsregelungssystem zur Verwendung in einem bidirektionalen optischen Übertragungssystem mit einer optischen Faser (11), die aufweist: einen ersten Faserteil mit einem ersten Faserende, das mit einem ersten Signalstrahl mit einem ersten ursprünglichen Polarisationszustand versorgt wird, und einen zweiten Faserteil mit einem zweiten Faserende, das mit einem zweiten Signalstrahl mit einem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand versorgt wird, wobei der erste Signalstrahl an dem zweiten Faserende als ein erster ankommender Strahl mit einem ersten veränderlichen Polarisationszustand ankommt, der zweite Signalstrahl an dem ersten Faserende als zweiter ankommender Strahl mit einem zweiten veränderlichen Polarisationszustand ankommt,

einer ersten Polarisationsregelungseinrichtung (31, 32), die mit dem ersten Faserteil verbunden ist, zum Regeln des zweiten veränderlichen Polarisationszustands, um den zweiten veränderlichen Polarisationszustand in einem ersten vorbestimmten Verhältnis mit dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand zu halten; und

einer zweiten Polarisationsregelungseinrichtung (41, 42), die mit dem zweiten Faserteil verbunden ist, zum Regeln des ersten vernderlichen Polarisationszustands, um dem ersten veränderlichen Polarisationszustand in einem zweiten vorbestimmten Verhältnis mit dem zweiten ursprünglichen Polarisati onszustand zu halten;

dadurch gekennzeichnet, daß

die optische Faser eine optische Einmodenfaser zwischen dem ersten und dem zweiten Faserteil aufweist, wobei die optische Einmodenfaser zwei Hauptpolarisationszustände hat, die einander orthogonal sind;

die erste Polarisationsregelungseinrichtung (31, 32) zum Liefern des ersten Signalstrahls von dem ersten Faserteil an die optische Einmodenfaser mit einem ersten Einfallspolarisationszustand dient, der mit dem ersten der beiden Hauptpolarisationszustände übereinstimmt; und

eine zweite Polarisationsregelungseinrichtung (41, 42) zum Liefern des zweiten Signalstrahls von dem zweiten Faserteil an die optische Einmodenfaser mit einem zweiten Einfallspolarisationszustand dient, der mit einem zweiten der beiden Hauptpolarisationszustände übereinstimmt;

2. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste der beiden Hauptpolarisationszustände mit dem zweiten der beiden Hauptzustände identisch ist.

3. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste der beiden Hauptpolarisationszustände sich von dem zweiten der beiden Hauptzustände unterscheidet.

4. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das bidirektionale optische Übertragungssystem ferner eine erste und eine zweite Empfängervorrichtung (16, 26) aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Faserende verbunden sind, wobei die erste Empfängervorrichtung (16) mit einem ersten lokalen Strahl (18) mit einem ersten lokalen Polarisationszustand in dem ersten vorbestimmten Verhältnis mit dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand arbeitet und zum Empfangen des zweitenankommenden Strahles dient, um ein erstes Detektionssignal mit einem ersten Leistungspegel zu erzeugen, wobei die zweite Empfängervorrichtung (26) mit einem zweiten lokalen Strahl (28) mit einem zweiten lokalen Polarisationszustand in einem zweiten vorbestimmten Verhältnis mit dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand arbeitet und zum Empfangen des ersten ankommenden Strahls dient, um ein zweites Detektionssignal mit einem zweiten Leistungspegel zu erzeugen, wobei:

die erste Polarisationsregelungseinrichtung (31, 32) mit der ersten Empfängervorrichtung (16) verbunden ist, um das erste Leistungspegelmaximum zu halten;

die zweite Polarisationsregelungseinrichtung (41, 42) mit der zweiten Empfängervorrichtung (26) verbunden ist, um das zweite Leistungspegelmaximum zu halten.

5. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 4, wobei jeder Signalstrahl, nämlich der erste und der zweite, ein einzelner Signalstrahl ist.

6. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 4, wobei: der erste Signalstrahl ein Frequenzmultiplexsignalstrahl ist; und

der zweite Signalstrahl ein einzelner Signalstrahl ist.

7. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 6, wobei die zweite Empfängervorrichtung (26) mehrere Empfänger (56 - 59) aufweist, wobei jeder Empfänger mit dem zweiten lokalen Strahl arbeitet, um den ersten ankommenden Strahl zu empfangen, wobei das zweite Detektionssignal von einem vorbestimmten der Empfänger erzeugt wird.

8. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 7, wobei der Frequenzmultiplexsignalstrahl mehrere Teilsignalstrahlen aufweist, die den ersten ursprünglichen Polarisationszustand gemeinsam haben.

9. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 8, wobei:

der zweite veränderliche Polarisationszustand parallel zu dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand in dem ersten vorbestimmten Verhältnis gehalten wird; und

der zweite veränderliche Polarisationszustand parallel zu dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand in dem zweiten vorbestimmten Verhältnis gehalten wird.

10. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 8, wobei:

der erste veränderliche Polarisationszustand orthogonal zu dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand in dem zweiten vorbestimmten Verhältnis gehalten wird.

11. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 8, wobei:

der zweite veränderliche Polarisationszustand orthogonal zu dem ersten ursprünglichen Polarisationszustand in dem ersten vorbestimmten Verhältnis gehalten wird; und

12. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 5 oder 8, wobei:

der erste veränderliche Polarisationszustand orthogonal zum dem zweiten ursprünglichen Polarisationszustand in dem zweiten vorbestimmten Verhältnis gehalten wird.

13. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 4, wobei jeder Signalstrahl, nämlich der erste und der zweite, ein Frequenzmultiplexsignalstrahl ist.

14. Polarisationsregelungssystem nach Anspruch 13, wobei:

der Frequenzmultiplexsignalstrahl des ersten Signalstrahls mehrere Teilsignalstrahlen aufweist, die den ersten ursprünglichen Polarisationszustand gemeinsam haben; und der Frequenzmultiplexsignalstrahl des zweiten Signalstrahls mehrere Teilsignalstrahlen aufweist, die den zweiten ursprünglichen Polarisationszustand gemeinsam haben.