DE69327365T2

DE69327365T2 - Optische Demultiplexieranordnung

Info

Publication number: DE69327365T2
Application number: DE69327365T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Cavaciuti; Mario Puleo
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: EP0572890B1; ITTO920443A0; JP2583474B2; EP0572890A1; US5416625A; IT1257543B; ITTO920443A1; DE572890T1; CA2096771C; DE69327365D1; JPH07307720A; CA2096771A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf digitale Signalübertragungssysteme hoher Bitrate, bei denen eine Mehrzahl von Kanälen zeitgeteilt auf einer Lichtleitfaser unter Modulation einer kohärenten Lichtstrahlung übertragen werden, und betrifft speziell eine optische Demultiplexieranordnung.
Wenn ein aus einer Mehrzahl von zeitgeteilten Multiplexkanälen (TDM = Time Division Multiplex) zusammengesetzter digitaler Signalfluß an einem Empfänger-Terminal eintrifft, muß er einem Demultiplexiervorgang unterworfen werden, der das Auskoppeln von Bits erlaubt, die zu einem bestimmten Kanal oder Beitrag gehören. Wird die Übertragung dadurch durchgeführt, daß man auf einer Lichtleitfaser eine durch den digitalen zeitgeteilten Multiplex Datenfluß amplitudenmodulierte Lichtstrahlung sendet, so kann das Demultiplexieren am Empfangsterminal nach zwei verschiedenen Verfahren durchgeführt werden:
- durch Umwandeln des gesamten Multiplex Datenflusses von einem optischen zu einem elektrischen Signal und dann durch Demultiplexieren des erhaltenen Signals durch passende elektronische Schaltungen der Art, wie sie üblicherweise bei digitalen Fernmeldegeräten verwendet werden;
- durch Auskoppeln des einen, gewünschten Beitrags aus dem Multiplex- Datenfluß durch optische Vorrichtungen und anschließendes Umsetzen in ein elektrisches Signal für die anschließenden Verarbeitungsvorgänge.
Das erste Verfahren, das gegenwärtig hauptsächlich angewandt wird, erfordert einen breitbandigen optischen Empfänger und elektronische Demultiplexierschaltungen, die mit der Bitrate des Multiplex Datenflusses arbeiten. Ein gutes Betriebsverhalten im Hinblick auf die Empfindlichkeit ist nur schwer durch die Verwendung breitbandiger optischer Empfänger zu erreichen und die elektronischen Schaltungen sind speziell kritisch, insbesondere bei einem Betrieb mit Bitraten von einigen Gbit/s.
Das zweite Verfahren erfordert eine passende Vorrichtung, die es ermöglicht, daß das optische Signal ausschließlich zu den Zeitpunkten, die dem Durchtritt der Bits entsprechen, die zu dem auszukoppelnden Kanal gehören, zum Empfänger abgeleitet wird. Eine solche Vorrichtung muß mit einer Rate arbeiten können, die der Bitrate des Multiplex Datenflusses vergleichbar ist, wobei sie nur möglichst niedrige optische Leistungspegel benötigen darf.
In der Literatur sind verschiedene Verfahren beschrieben worden, die zu diesem Zweck angepaßte Vorrichtungen verwenden. Hierunter sind die folgenden Verfahren bemerkenswert; sie verwenden:
- einen elektro-optischen Schalter der von R. S. Tucker u. a. in "16 Gbit/s fibre transmission experiment using optical time-division multiplexing", veröffentlicht in Electronic Letters, Band 23, Nr 24, Seiten 1270-1271, beschriebenen Art;
- einen optischen Halbleiterverstärker, der nur gleichzeitig mit dem auszukoppelnden Beitrag durchgeschaltet wird, entsprechend dem von P B. Hansen u. a. in "Optical Demultiplexing at 6 Gbit/s Using a Semiconductor Laser Amplifier as an Optical Gate", veröffentlicht in IEEE Photonics Technology Letters, Band 3, Nr. 11, November 1991, Seiten 1018-1020, beschriebenen Verfahren;
- eine Lichtleüfaserspanne, in die der zeitgeteilte Multiplex Datenfluß und ein geeignetes Abtastsignal gleichzeitig eingegeben werden und aus dem die betreffenden Umsetzungsprodukte, die durch Unlinearitätserscheinungen erzeugt werden, durch einen geeigneten Vorgang der optischen Filterung ausgekoppelt werden. Dieses Verfahren wird beschrieben durch P. A. Andrekson u. a. in "All-Optical Demultiplexing at 16 Gbit/s Using Four-Wave Mixingu, veröffentlicht in Technical Digest of OFC'91, San Diego 1991, Seiten 19-22, und in "16 Gbit/s All-Gptical Demultiplexing Using Four-Wave Mixing", veröffentlicht in Electronic Letters, 23. Mai 1991, Band 27, Nr. 11, Seiten 922- 924.
Die ersten beiden Verfahren verschlechtern dramatisch die Integrität des zeitgeteilten Multiplex Datenflusses, so daß er für weitere Verarbeitungsvorgänge nicht mehr verfügbar ist, während das dritte Verfahren hohe Signalleistungen in der Größenordnung von 100 mW und Lichtsignale mit Wellenlängen, die sehr nahe beieinander liegen, erfordert, um so die gewünschten Nichtlinearitätseffekte in der Faser zu erhalten. Die letztere Anforderung macht auch den Gebrauch von sehr schmalbandigen optischen Filtern und in hohem Maß wellenlängenstabilisierten optischen Trägern erforderlich.
Die beschriebenen Nachteile werden durch die erfindungsgemäße optische Demultiplexieranordnung überwunden, die keine optischen Signale hoher Leistung benötigt, hinsichtlich der Differenz zwischen den Lichtsignal-Wellenlängen nicht kritisch ist und den Multiplex Datenfluß nicht dramatisch verschlechtert, wodurch seine weitere Verwendung in nachfolgenden Verarbeitungsoperationen ermöglicht ist. Sie kann mit hohen Bitraten arbeiten, während die optischen Empfänger und die elektronischen Schaltungen mit der Rate der demultiplexierten Signale arbeiten können.
Die Erfindung schafft eine optische Demultiplexieranordnung, bei der von einem optischen Träger mit einer ersten Wellenlänge, der von einem zeitgeteilten Multiplex- Datenfluß moduliert ist, ein oder mehrere Beiträge ausgekoppelt werden, die an entsprechende optische Empfänger für nachfolgende Verarbeitungsvorgänge weiterzuleiten sind, umfassend:
- eine oder mehrere Quellen, die optische Abtast Träger erzeugen können, welche ihre Maximalamplitude nur in den Zeitspannen erreichen, in denen der zutreffende auszukoppelnde Beitrag vorliegt;
- einen optischen Koppler, dem der optische Träger mit der ersten Wellenlänge und der/die optische(n) Abtast Träger mit anderer Wellenlänge/anderen Wellenlängen, eingeben werden;
- eine optische Einrichtung mit nichtlinearer Wechselwirkung, die am Eingang die Summe der optischen Träger, die am Ausgang des optischen Kopplers auftreten, empfängt;
- einen zweiten optischen Koppler, der die ausgangsseitig von der optischen Einrichtung mit nichtlinearer Wechselwirkung gelieferte Leistung aufteilt;
- und optische Filter, an deren Eingang das vom zweiten optischen Koppler gelieferte Signal gegeben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung mit nichtlinearer Wechselwirkung, bei der die darin stattfindende Wechselwirkung sich mit der Erhöhung der gesamten Leistung der eingangsseitigen Träger ändert, ein optischer Halbleiterverstärker ist, dessen Verstärkungsgrad mit zunehmender Gesamtleistung abnimmt, und daß die optischen Filter jeweils ein Paßband haben, das zum Auskoppeln des vom zeitgeteilten Multiplex Datenfluß modulierten optischen Trägers auf der ersten Wellenlänge zentriert ist bzw zum Liefern des Beitrags oder der Beiträge an die Empfänger auf der Wellenlänge eines der optischen Abtast-Träger zentriert ist.
Die vorgenannten und weitere Charakteristiken der Erfindung werden veranschaulicht durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die als nichtbeschränkendes Beispiel vorgestellt wird, und durch die anhängende Zeichnung, die ein Blockschema der optischen Demultiplexieranordnung zeigt.
Die Anordnung verwendet einen optischen Halbleiterverstärker, dessen Verstärkung als Effekt der Sättigung aufgrund der algebraischen Summe der Leistungen der optischen Eingangssignale moduliert wird, unabhängig davon, wie die Leistung auf die verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt ist. Die Folge ist, daß dann, wenn ein intensitätsmodulierter optischer Träger und ein unmodulierter optischer Träger gleichzeitig zum Verstärker gesendet werden, auch der zweite Träger durch den Sättigungseffekt moduliert wird. Wenn die Träger unterschiedliche Wellenlänge haben, können sie nachher leicht getrennt werden.
Im in der Figur gezeigten Blockschema sendet eine Quelle SD zu einem Faserabschnitt OF1 einen optischen Träger mit einer Wellenlänge L1, der durch einen zeitgeteilten Multiplex Datenfluß (TDM-Datenfluß) amplitudenmoduliert ist. Gleichzeitig sendet eine Quelle SC zu einem Faserabschnitt OF2 einen optischen Abtast Träger, nämlich einen Träger, der seine Maximumamplitude nur in den Zeitspannen erreicht, in denen der auszukoppelnde Beitrag vorliegt. Der zweite Träger hat eine Wellenlänge L2, die unterschiedlich von L1 ist.
Die beiden Signale an den Ausgängen der gegenüberliegenden Lichtleitfaserabschnitte werden in einem Koppler OC1 addiert und zu einem optischen Halbleiterverstärker SA gesendet. Dessen Verstärkungsgrad nimmt ab, wenn die algebraische Summe der beiden Leistungen der optischen Eingangssignale zunimmt. Wenn somit der Abtast Träger vorliegt und das zeitgeteilte Multiplex Datensignal seine maximale Leistung (den hohen logischen Pegel) erreicht, ist der Verstärkungsgrad niedriger als zu den Zeitpunkten, zu denen die Leistung des zeitgeteilten Multiplex Datensignals am Minimum ist (niedriger logischer Pegel). Das Abtast-Signal am Verstärkerausgang ist somit in Bezug zum gewünschten Beitrag mit invertierter Logik moduliert.
Ein Koppler OC2 teilt das Lichtsignal am Ausgang der Verstärkers SA und sendet die beiden Teile zu zwei Lichtleitfasern OF3 und OF4. Ein optisches Filter FI2, dessen Paßband auf der Wellenlänge L2 zentriert ist, ermöglicht es, daß nur das durch den gewünschten Beitrag modulierte Abtast-Signal zum optischen Empfänger RX weitergeleitet wird, und weist das zeitgeteilte Multiplex Datensignal mit der Wellenlänge L1 zurück. Dieses letztere Signal, das auf der Faser OF3 vorliegt, kann für nachfolgende Verarbeitungsvorgänge durch ein Filter FI1 abgenommen werden, dessen Paßband auf der Wellenlänge L1 zentriert ist.
Im Empfänger RX wird also nur das optische Signal festgestellt, das sich auf den einzigen gewünschten Beitrag bezieht, und wird dort elektronisch verstärkt und eventuell invertiert, um das ursprüngliche digitale Signal zu erhalten.
Soll eine Mehrzahl von Beiträgen ausgekoppelt werden, so genügt es, eine entsprechende Mehrzahl von Quellen wie der Quelle SC zu verwenden, von denen jede einen Abtast Träger unterschiedlicher Wellenlänge L3, L4 usw erzeugen kann, und einen Koppler OC1 mit einer Mehrzahl von Eingängen zu verwenden, um gleichzeitig alle optischen Träger zum optischen Verstärker SA zu geben. Analog sendet am Ausgang des Verstärkers SA ein Koppler wie der Koppler OC2, jedoch mit einer Mehrzahl von Ausgängen, zu einer Mehrzahl optischer Filter, von denen jedes ein auf der Wellenlänge eines der Abtast Träger zentriertes Paßband hat, das gesamte optische Signal. Ein entsprechender Empfänger wie RX kann am Ausgang jedes Filters angeordnet werden.

Claims

1. Optische Demultiplexieranordnung, bei der von einem optischen Träger mit einer ersten Wellenlänge (L1), der von einem zeitgeteilten Multiplex Datenfluß moduliert ist, ein oder mehrere Beiträge ausgekoppelt werden, die an entsprechende optische Empfänger (RX) für nachfolgende Verarbeitungsvorgänge weiterzuleiten sind, umfassend:

- eine oder mehrere Quellen (SC), die optische Abtast Träger erzeugen können, welche ihre Maximalamplitude nur in den Zeitspannen erreichen, in denen der zutreffende auszukoppelnde Beitrag vorliegt;

- einen optischen Koppler (OC1), dem der optische Träger mit der ersten Wellenlänge und der/die optische(n) Abtast-Träger mit anderer Wellenlänge/anderen Wellenlängen (L2, L3, L4, ...), eingeben werden;

- eine optische Einrichtung (SA) mit nichtlinearer Wechselwirkung, die am Eingang die Summe der optischen Träger, die am Ausgang des optischen Kopplers (OC1) auftreten, empfängt;

- einen zweiten optischen Koppler (OC2), der die ausgangsseitig von der optischen Einrichtung (SA) mit nichtlinearer Wechselwirkung gelieferte Leistung aufteilt;

- optische Filter (FI1, FI2), an deren Eingang das vom zweiten optischen Koppler gelieferte Signal gegeben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung mit nichtlinearer Wechselwirkung, bei der die darin stattfindende Wechselwirkung sich mit der Erhöhung der gesamten Leistung der eingangsseitigen Träger ändert, ein optischer Halbleiterverstärker (SA) ist, dessen Verstärkungsgrad mit zunehmender Gesamtleistung abnimmt, und daß die optischen Filter (FI1, FI2) jeweils ein Paßband haben, das zum Auskoppeln des vom zeitgeteilten Multiplex Datenfluß modulierten optischen Trägers auf der ersten Wellenlänge (L1) zentriert ist bzw zum Liefern des Beitrags oder der Beiträge an die Empfänger (RX) auf der Wellenlänge (L2, L3, L4, ...) eines der optischen Abtast Träger zentriert ist.