DE69634894T2

DE69634894T2 - Steuerbarer Amplitude- und Phasenmodulator und Solitonregenerator mit einem solchen Modulator

Info

Publication number: DE69634894T2
Application number: DE69634894T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Bigo; Emmanuel Desurvire
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3225201B2; FR2742887A1; DE69634894D1; EP0780723B1; FR2742887B1; JPH09236835A; US5857040A; EP0780723A1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation über Lichtwellenleiter und insbesondere der Telekommunikation über weite Entfernungen. Es ist bekannt, dass für Lichtwellenleiter-Verbindungen über sehr weite Entfernungen ein sogenanntes "Soliton"-Signal verwendet wird, welches besondere Spektraleigenschaften aufweist, die es dem Signal ermöglichen, sich über die dispersive Faser ohne merkliche chromatische Dispersion auszubreiten; das heißt, man nutzt die Abhängigkeit des Brechungsindex in bezug auf die Stärke des Signals, um die chromatische Dispersion auszugleichen, oder umgekehrt. Die Spektralform des Signals wird trotz der Auswirkungen der Ausbreitungsentfernung bewahrt, welche sich somit hauptsächlich auf Leitungsverluste zusammenfassen lassen. Diese Leistungsverluste können durch eine optische Leitungsverstärkung ausgeglichen werden, zum Beispiel mit Hilfe eines mit Erbium dotierten Faser-Verstärkers oder "EDFA" auf Englisch.
Bei der Solitonen-Übertragung mit Leitungsverstärkung (EDFA) sind die noch zu lösenden Probleme bekannt:

1) Der Gordon-Haus-Jitter, der eine zeitliche Unsicherheit bezüglich der Ankunft der Bits des Signals verursacht;
2) Die Kumulierung des Rauschens, das durch die Verstärkung von spontanen Sendevorgängen in den optischen Verstärkern entsteht.

Verschiedene Lösungen sind in den folgenden Dokumenten vorgeschlagen und beschrieben worden, die ausdrücklich als Beschreibungen des Stands der Technik in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden:

1) Die synchrone Modulation mit Filterung; D1 = H. Kubota und M. Nakazawa, (1993), "Soliton transmission control in time and frequency domains", ILS J. Quantum Electronics, Band 29, Nr. 7, Seite 2189 – 2197, Juli 1993; demonstriert das theoretische Interesse durch die Berechnung dieser Methode. Es wird keine praktische Lösung empfohlen, aber auf ein Übertragungsexperiment mit 10 GBit/s über 1 Million Kilometer verwiesen in D2 = Nakazawa und andere, (1991), "Experimental demonstration of soliton data transmission over unlimited distances with soliton control in time and frequency domains", Electronics Letters, Band 29, Nr. 9, S. 729 – 730, 29. April 1993.

Dieses Dokument D2 unterrichtet über die Verwendung eines optischen Modulators aus LiNO₃, um die synchrone Modulation der Solitonen durchzuführen, wie dies schematisch auf 2 dargestellt ist. Das Problem bei dieser Lösung besteht darin, dass die Übertragungsrate der zu regenerierenden Signale 20 bis 30 GBit/s nicht überschreiten kann (10 GBit/s im Dokument D2). Der LiNO₃-Modulator MOD wird von einem elektronischen Steuersignal gesteuert, das in einer Taktschaltung ausgehend von dem Solitonen-Leitungssignal erzeugt wird. Die Vorrichtungen zur Taktrückgewinnung umfassen einen optischen Koppler C5 für die Ableitung eines Teils des optischen Signals, das sich zwischen dem Eingang F1 und dem Ausgang F2 ausbreitet; eine Taktableitungsschaltung CLKX, eine Verzögerungsleitung, um eine Wartezeit DEL zu liefern, und einen Verstärker GM, um die erforderliche Steuerleistung für den Betrieb des LiNO₃-Modulators MOD zu liefern. Zusätzlich zeigt die 2 einen optischen Eingangsverstärker (EDFA), um die Verluste durch das Einfügen der Rückgewinnungsschaltung abzumildern; doppelbrechende Vorrichtungen zur Polarisationskontrolle (PC); und ein Bandfilter (BP), um die Spektralverteilung der Solitonenenergie einzuschränken. Einige dieser Zubehörteile finden sich in den weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wieder.
Im übrigen ist ein System zur Regeneration eines optischen Signals bekannt, das die Form eines Bitstroms hat, der aus Lichtimpulsen für die Bits "1" und fehlenden Impulsen für die Bits "0" an zuvor festgelegten und einem Taktgeber bekannten Zeitpunkten besteht: D3 = J.K. Lucek und K. Smith (1993), "All optical signal regenerator", Opt. Lett. Band 18, Nr. 15, Seite 1226 – 1228, 1. August 1993.
Weitere Dokumente sind für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich und werden kurz mit einer Würdigung ihrer Beiträge zu diesem Ziel eingeführt. Diese Dokumente werden ebenfalls ausdrücklich als Beschreibungen des Stands der Technik in diese Anmeldung aufgenommen:
D4 = Smith, K. und Lucek, J.K. (1992), "All optical clock recovery using a mode locked laser", Elect. Lett. 28 (19), S. 1814, 10. September 1992. Dieses Dokument beschreibt die rein optische Taktrückgewinnung ausgehend von einem Solitonensignal durch Phasenkoppelung eines Lasers in einem Glasfaserring über die Einspeisung dieses Solitonensignals in den Ring.
D5 = L.E. Adams und andere, (1994), "All-optical clock recovery using a modelocked figure eight laser with a semiconductor nonlinearity", Electron. Lett, Band 30, Nr. 20, S. 1696 – 97, 29. September 1994. Dieses Dokument unterrichtet über die Verwendung eines phasengekoppelten Lasers für die rein optische Taktrückgewinnung. Eine rein optische Taktrückgewinnung kann in einer Vorrichtung zur Solitonenregeneration unter Einsatz eines optischen Modulators gemäß der Erfindung verwendet werden, um das (die) Steuersignale) an diesen optischen Modulator zu liefern.
D6 = François, P.-L., und Georges, T. (1993), "Reduction of averaged soliton interaction forces by amplitude modulation", Optics Lett., 18 (8), S. 583, 15. April 1993. Dieses Dokument beschreibt einen Vergleich durch rechnergestützte Simulation von drei Modulationsverfahren für Solitonensignale: 1) die reine Amplitudenmodulation; 2) die Anwendung wechselnder Phasen (± π) auf aufeinanderfolgende Solitonen; und 3) die Amplitudenmodulation mit Anwendung wechselnder Phasen auf aufeinanderfolgende Solitonen. Das erste Verfahren ist nur wirksam zum erneuten Synchronisieren der zeitlichen Position von Solitonenimpulsen, um den Gordon-Haus-Jitter zu beseitigen. Das zweite Verfahren ist wirksam, um eine Verringerung der Interaktionskräfte (Kollisionen) zwischen benachbarten Solitonen auf dem Ausbreitungs-Wellenleiter zu erzielen. Das dritte Verfahren erzielt gleichzeitig die Vorteile der beiden vorhergehenden Verfahren.
D7 = K. Uchiyama u. a., (1992), "Ultrafast polarisation – independent all-optical switching using a polarisation diversity scheure in the nonlinear optical loop mirror (NOLM)", Electron. Lett., Band 28, Nr. 20, S. 1864 – 1866, 24. September 1992. Dieses Dokument zeigt die Nutzung eines NOLM als Schalter, der gegenüber der Polarisation des Lichts des zu schaltenden Signals unempfindlich gemacht wird. Dies wird erreicht, indem man eine Faser verwendet, die ihre Polarisation beibehält, wobei man sie im mittleren Punkt der Schlaufe des NOLM zerschnitten und um 90° gedreht hat. Das Prinzip davon wird in 4 veranschaulicht.
Die Schlaufe des NOLM besteht zum Beispiel aus einer polarisationserhaltenden PANDA-Faser mit zwei Löchern. Indem eine 90°-Drehung zwischen der Achse A1 und der Achse A2 auf halbem Ausbreitungsweg ausgeführt wird, wird die schnelle (bzw. langsame) Achse des linken Teils zur langsamen (bzw. schnellen) Achse des rechten Teils der Schlaufe auf 4. Die Faser der Schlaufe (L) ist in bezug auf die Polarisation dispersiv, das heißt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts im Inneren der Faser bei einer Polarisation entlang der schnellen Achse anders ist als bei einer Polarisation senkrecht zur schnellen Ausbreitungsachse, das heißt, zur langsamen Achse der Faser. Es ist erforderlich, sich von der Polarisationsdispersion zu befreien, was realisiert wird, indem zwei identische Faserlängen verwendet werden, die eine wechselseitig senkrechte Anordnung A1, A2 zur Polarisationserhaltung aufweisen, was die Wirkung hat, dass die Polarisationsdispersion aufgehoben wird.
Um das System von der Polarisation des geschalteten Signals unabhängig zu machen, wird die Polarisation des Steuersignals, das vom Koppler C2 auf der Steuereingangsfaser F3 in die Schlaufe L eingespeist wird, in einem Winkel von 45° zu den beiden orthogonalen Achsen A1, A2 eingespeist. Auf dieselbe Weise wie zuvor heben sich die Auswirkungen der Polarisationsdispersion auf.
D8 = Französische Patentanmeldung FR 94 15555 vom 23.12.94 im Namen von Alcatel N.V. unter dem Titel "Dispositif de régénération en ligne d'un signal transmis par solitons via la modulation synchrone des solitons à l'aide d'un miroir optique non-linéaire". (Vorrichtung zur Regeneration eines durch Solitonen übertragenen Signals in der Leitung über synchrone Solitonenmodulation mit Hilfe eines nichtlinearen optischen Spiegels). Dieses zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichte Dokument ist nach Auffassung der Anmelderin das am nächsten stehende Dokument aus dem Stand der Technik, um den Beitrag der vorliegenden Erfindung zu würdigen.
Die in D8 beschriebene Vorrichtung bewirkt die Solitonenregeneration in der Leitung durch synchrone Modulation dieser Solitonen unter Verwendung eines nichtlinearen optischen Spiegels (NOLM) als optischer Modulator, wobei dieser NOLM-Modulator durch ein Taktsignal gesteuert wird, das vom Solitonsignal durch Taktrückgewinnungsvorrichtungen, die rein optische Vorrichtungen oder elektrooptische Vorrichtungen sein können, rückgewonnen wird. Der NOLM umfasst einen Eingangskoppler C1, der ein 50/50-Koppler oder ein asymmetrischer Koppler sein kann. Dieser Eingangskoppler C1 kann ein 2×2- oder 3×3-Koppler sein. Nach einer besonderen Ausführungsform umfasst das Regenerationssystem außerdem eine Vielzahl optischer Verstärker und eine Vielzahl von Filtern, die als Führungsfilter bezeichnet werden. Die angestrebte Anwendung wäre, wie im Fall der vorliegenden Erfindung, die optische Telekommunikation über große Entfernungen durch Solitonen.
Dieses Dokument D8 stellt die Nutzung einer optischen Taktrückgewinnung durch Phasenkopplung eines als Ring aufgebauten Faserlasers wie D4 in einem NOLM dar, der unabhängig von der Polarisation des Steuersignals arbeitet, wie in D7 dargestellt, jedoch als optischer Modulator und nicht als optischer Schalter (wie in D3 und D7 vorgesehen).
Der durch das Dokument D8 dargestellte Modulator ist hauptsächlich ein Amplitudenmodulator, der jedoch unvermeidlich eine mehr oder weniger bedeutende Phasenmodulationskomponente einführt, welche von der Form und der relativen Amplitude des in den NOLM eingespeisten Steuersignals abhängt. In der Tat ist diese Phasenmodulation nicht von sich aus verhängnisvoll, sondern aufgrund der Tatsache, dass es nicht möglich ist, sie unabhängig zu optimieren, da die Phasenmodulation einen "Chirp"-Effekt einführt, wobei der englische Begriff die Abhängigkeit der Stärke der Phasenmodulation in bezug auf die Frequenz der modulierten Welle bezeichnet, woraus eine verhängnisvolle Wirkung auf die Spektralzusammensetzung der auf diese Weise modulierten Solitonen entsteht.
D9 = Hak Kyu Lee u. a., "A walk off balanced NFLM switch controlled by 1.5 μm pulses for high bit rate 1.3 μm telecommunications, Proc. 21^st Eur Conf. on Opt. Comm." (ECOC '95), Brüssel, S. 401. Dieses Dokument D9 stellt die Verwendung von zwei Steuereingängen in einem NOLM dar, um eine Verschiebung der Phase ("walk off') zwischen dem Steuersignal und dem zu schaltenden Signal zu vermeiden. Der NOLM spielt hier nur die Rolle eines Schalters (genau wie in D3, D7) und nicht eines Modulators (wie in D8 und der vorliegenden Erfindung). Die an den Steuereingängen vorliegenden Taktsignale sind nicht phasenverschoben wie in diesem Beispiel nach dem bisherigen Stand der Technik.
Ziel der Erfindung ist es, Abhilfe für die Probleme nach dem bisherigen Stand der Technik zu schaffen.
Ein Amplitudenmodulator gemäß der einleitenden Darstellung von Anspruch 1 ist aus dem Dokument Electronics Letter, 7. Dez. 1995, UK, Band 31, Nr. 25, ISSN 0013-5194, Seite 2191-2192, Bigo S. u. a., "Analysis of soliton in-line regeneration through two-wavelength nonlinear loop mirror as synchronous amplitude/phase modulator", bekannt.
Daher schlägt die Erfindung einen optischen Amplitudenmodulator für Signale vor, der einen nichtlinearen Schlaufenspiegel (NOLM) umfasst, wobei der NOLM umfasst: eine Schlaufe L aus einer Lichtleitfaser, wobei diese Schlaufe L einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweist; einen ersten optischen Signaleingangs-/-ausgangskoppler C1 mit einem Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ), um diesen Eingang und diesen Ausgang mit der Schlaufe L zu koppeln; einen ersten Steuereingang und einen zweiten optischen Koppler C2, um den ersten Steuereingang und die Schlaufe L zu koppeln, damit die Einspeisung eines ersten optischen Steuersignals in die Schlaufe L in einer ersten Ausbreitungsrichtung ermöglicht wird; Mittel, um diese zu modulierenden Signale an dem Signaleingang der Schlaufe L bereitzustellen; und Mittel zur Taktrückgewinnung, um ausgehend von diesen zu modulierenden optischen Signalen ein Taktsignal zu bilden, welches dieses erste optische Steuersignal bildet, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem einen zweiten Steuereingang und einen dritten optischen Koppler C3 umfasst, damit die Einspeisung eines zweiten optischen Steuersignals in die Schlaufe L in einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Ausbreitungsrichtung ermöglicht wird, sowie dadurch, dass diese Taktrückgewinnungsmittel dazu bestimmt sind, ausgehend von den zu modulierenden optischen Signalen dieses zweite optische Steuersignal zu bilden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der optische Modulator außerdem Mittel ΔA, um die relative Amplitude des ersten und zweiten optischen Steuersignals zu regulieren. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der optische Modulator außerdem Mittel ΔΦ, um die relative Phase des ersten und zweiten optischen Steuersignals zu regulieren.
Nach einer Variante umfasst der optische Modulator außerdem mindestens eine optische Quelle, um dieses erste und zweite optische Steuersignal zu regenerieren. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist diese mindestens eine optische Quelle dazu geeignet, ein sinusförmiges periodisches Steuersignal zu generieren. Nach einer bevorzugen Ausführungsform ist diese mindestens eine optische Quelle eine einzige Quelle und [die Ausführungsform zeichnet sich] dadurch aus, dass der Modulator außerdem einen vierten optischen Koppler C4 umfasst, welcher es ermöglicht, das periodische Steuersignal durch zwei zu teilen, um so das erste und zweite optische Steuersignal zu erzeugen.
Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Solitonenregeneration vor, bei dem zu regenerierende Solitonen am Signaleingang eines NOLM über einen ersten optischen Eingangs-/Ausgangskoppler mit einem Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ) eingespeist werden, während ein erstes optisches Steuersignal in den NOLM in einer ersten Ausbreitungsrichtung über einen zweiten optischen Koppler eingespeist wird, um die Solitonen durch das erste optische Steuersignal zu modulieren und die auf diese Weise modulierten Solitonen über den ersten optischen Koppler zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites optisches Steuersignal in den NOLM in einer zweiten Ausbreitungsrichtung über einen dritten optischen Koppler eingespeist wird, wobei die zweite Ausbreitungsrichtung sich von der ersten unterscheidet und wobei das erste und das zweite optische Steuersignal Taktsignale sind, die ausgehend von den zu regenerierenden Solitonen gebildet werden, und wobei sie eine relative Phasenverschiebung von ungefähr π aufweisen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform haben das erste und das zweite optische Signal eine Sinusform.
Die Erfindung betrifft außerdem die Nutzung einer optischen Modulatorvorrichtung nach einer beliebigen der oben aufgeführten Varianten, entweder zur Solitonenregeneration oder zur Veränderung der Spektraleigenschaften von Pulsen ("chirp").
Die Erfindung wird mit ihren verschiedenen Merkmalen und Vorteilen im Licht der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den ihr beigefügten Zeichnungen besser verständlich werden, darunter:
1, die in schematischer Form ein Beispiel eines nichtlinearen optischen Spiegels (NOLM) zeigt, modifiziert durch die zusätzliche Anbringung eines zweiten Steuereingangs und dazu geeignet, in einem optischen Modulator gemäß der Erfindung genutzt zu werden;
2, die bereits beschrieben wurde und die in schematischer Form eine Vorrichtung zur synchronen Solitonenmodulation dargestellt, welche nach dem bisherigen Stand der Technik durch das Dokument D2 bekannt ist;
3, die in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für eine Vorrichtung zur synchronen Solitonenmodulation darstellt, bei welcher der Modulator ein NOLM mit zwei Steuereingängen ist;
4, die bereits beschrieben wurde und die in schematischer Form einen gegenüber der Polarisation des zu schaltenden Signals unempfindlichen NOLM-Schalter darstellt, wie er nach dem bisherigen Stand der Technik durch das Dokument D7 bekannt ist;
5, die in schematischer Form ein Beispiel einer Vorrichtung zur optoelektronischen Rückgewinnung eines optischen Taktsignals nach dem Fachmann bekannten Prinzipien darstellt;
6, die in schematischer Form den Transmissionsgrad eines NOLM nach dem bekannten Stand der Technik sowie die Phase des Steuersignals in Abhängigkeit von der Zeit für eine Leistung des Steuersignals P_C in der Größenordnung von 20 % der Leistung P_Π zeigt, die für eine maximale Umschaltung erforderlich ist;
7, die in schematischer Form ein Beispiel für eine optische -Modulatorvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
8A und 8B, die in schematischer Form ein Beispiel der Wellenformen des Solitonsignals und der beiden Steuersignale in Punkt A bzw. B des NOLM in dem Modulator von 7 darstellen, wobei die Steuersignale dieselbe Frequenz haben wie das Solitonsignal;
9A und 9B, die in schematischer Form ein Beispiel der Wellenformen des Solitonsignals und der beiden Steuersignale in Punkt A bzw. B des NOLM in dem Modulator von 7 darstellen, wobei die Steuersignale eine Frequenz gleich der Hälfte der Frequenz des Solitonsignals haben;
10, die die Wirkung der Interaktionen zwischen Solitonen durch die Ergebnisse einer numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D über Übersee-Entfernungen darstellt, und zwar für ein Pseudozufallssignal und für ein Signal, das aus einem einfach alternierenden Bitstrom besteht, bei ausschließlich durchgeführter Intensitätsmodulation ebenso wie bei Phasen- und Amplitudenmodulation mit Hilfe eines NOLM mit zwei Steuereingängen gemäß der Erfindung, mit P_C/P_Π = 0,2 an jedem Eingang;
11, die Ergebnisse der numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D über Übersee-Entfernungen für verschiedene Werte der Steuerleistung P_C eines NOLM mit nur einer Steuerung darstellt, sowie für einen Intensitätsmodulator, gefolgt von einem Optimalfilter;
12, die in schematischer Form den Transmissionsgrad eines NOLM mit zwei Steuerungen gemäß der Erfindung darstellt sowie die Phase des Steuersignals in Abhängigkeit von der Zeit für verschiedene Leistungswerte des Steuersignals P_C im Vergleich zur Leistung P_Π, die für eine maximale Umschaltung erforderlich ist;
13, die Ergebnisse der numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D über Übersee-Entfernungen für verschiedene Werte der Steuerleistung P_C darstellt, die auf einen klassischen NOLM mit einer einzigen Steuerung nach dem bekannten Stand der Technik angewendet werden;
14, die Ergebnisse der numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D über Übersee-Entfernungen für verschiedene Werte der Steuerleistung P_C darstellt, die gegenphasig auf die beiden Steuereingänge eines NOLM des optischen Modulators gemäß der Erfindung angewendet werden.
Die Zeichnungen werden als Beispiele ohne einschränkende Wirkung mit dem Ziel vorgelegt, die Grundsätze der Erfindung und einiger Varianten zu veranschaulichen. Auf allen Abbildungen beziehen sich dieselben Bezeichnungen auf dieselben Elemente, und aus Gründen der Verdeutlichung sind nicht alle Darstellungen maßstabsgetreu.
1 stellt in schematischer Form ein Beispiel eines nichtlinearen optischen Spiegels (NOLM) dar, der für die Verwendung in einem optischen Modulator gemäß der Erfindung geeignet ist. Im allgemeinen umfasst ein NOLM eine optische Faserschlaufe L; einen ersten optischen Koppler C1 mit seinen vier Toren 1, 2, 3, 4, wobei dieser Koppler C1 einen Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ) besitzt, der die Aufteilung der optischen Leistung zwischen den verschiedenen Gates beschreibt; und einen zweiten optischen Koppler C2 zur Einspeisung eines ersten Steuersignals in den NOLM über eine erste Steuer-Lichtleitfaser F3.
Was den NOLM des optischen Modulators gemäß der Erfindung auszeichnet, ist die zusätzliche Anbringung eines zweiten Steuereingangs über einen dritten optischen Koppler C3, der die Möglichkeit bietet, ein zweites Steuersignal über eine zweite Steuerfaser F5 einzuspeisen. Dieses zweite Steuersignal wird in die Schlaufe des NOLM in einer Ausbreitungsrichtung eingespeist, die zu jener des ersten Steuersignals entgegengesetzt ist.
Die eventuelle zusätzliche Anbringung eines optischen Verstärkers GL in der Schlaufe kann der Gesamtanordnung eine positive Verstärkung verleihen, wodurch sie zu einem nichtlinearen verstärkenden Spiegel (NALM) wird; oder ein solcher Verstärker kann die Einfügungsverluste ausgleichen, um der Gesamtanordnung eine Verstärkung von 1:1 zu verleihen.
Das vom NOLM zu schaltende optische Signal wird über die Eingangsfaser F1 am Tor 1 des Kopplers eingespeist. Zunächst soll der Fall eines Kopplungskoeffizienten ξ/(1 – ξ) des 50/50-Kopplers C1 geschrieben werden, wobei kein Steuersignal auf der Faser F3 vorhanden ist. In diesem Fall befinden sich 50 % der Leistung dieses optischen Signals an Tor 4, während die anderen 50 % sich an Tor 3 des Kopplers C1 befinden, jedoch mit einer relativen Phasenverschiebung von π/2 Radian (90°) zwischen den beiden. Die beiden Signale breiten sich folglich in entgegengesetzten Richtungen in der Faserschlaufe aus, welche eine Länge in der Größenordnung von 5 bis 10 km hat. Da die optischen Wege der beiden Signale identisch sind, kommen die Signale an den Toren 3 bzw. 4 des Kopplers C1 an, wo sie interferieren. Der Koppler C1 führt noch eine relative Phasenverschiebung von ± π/2 ein.
Da die beiden Signale nun um ± π oder 0 phasenverschoben sind, kommt es zu einer destruktiven Interferenz (Phasenverschiebung von ± π) für die resultierende Welle, die zum Tor 2 des Kopplers C1 gerichtet ist, und somit wird kein Signal zur Ausgangsfaser F2 übertragen. Dagegen ist die Interferenz konstruktiv (Phasenverschiebung 0) für die resultierende Welle, die zum Tor 1 des Kopplers C1 gerichtet ist, daher wird das am Tor 1 vorhandene Signal vom NOLM-Spiegel in diesem Fall vollständig zum Tor 1 reflektiert.
Betrachten wir nun den Fall, in dem ein Steuersignal auf der Steuer-Lichtleitfaser F3 vorhanden ist. Dieses Signal wird in der Schlaufe des NOLM vom optischen Koppler C2 gekoppelt und breitet sich in der Schlaufe im Uhrzeigersinn aus. Die Wellen des Signals, die in der Schlaufe in entgegengesetzter Richtung umlaufen, werden vom Vorhandensein eines Steuersignals nicht oder nur sehr wenig beeinträchtigt. Dagegen werden die Wellen des Signals, das sich in derselben Richtung in der Schlaufe ausbreitet, gestört. Die Faser der Schlaufe L weist nämlich einen nichtlinearen Effekt auf, welcher den Brechungsindex der Faser in Abhängigkeit von der optischen Leistung ändert oder, genauer gesagt, in Abhängigkeit von der Amplitude des elektrischen Feldes in der Faser (Kerr-Effekt). Die elektrischen Felder der Wellen, die gemeinsam gleichläufig umlaufen, überlagern sich linear, und folglich ist die daraus resultierende Stärke des Feldes größer als jene der Wellen, die sich in der anderen Richtung in der Schlaufe L ausbreiten.
Der tatsächliche Brechungsindex der Schlaufe L ist aus der Sicht der sich gleichläufig ausbreitenden Wellen anders als jener aus der Sicht der sich gegenläufig ausbreitenden Wellen. Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeiten sind daher unterschiedlich. Ihre Ankunftszeiten am Koppler C1 sind verschieden, und daher interferieren diese Wellen nicht oder nur wenig. Die gesamte oder fast die gesamte optische Leistung befindet sich am Tor 2 des Kopplers C1, transportiert über die Ausgangs-Lichtleitfaser F2.
Auf diese Weise kann das Vorhandensein eines Steuersignals auf der Steuerfaser F3 die Umschaltung des nichtlinearen optischen Spiegels steuern, der transparent ist, wenn das Steuersignal vorhanden ist, und der reflektiert, wenn kein Steuersignal vorhanden ist. Die Umschaltung kann sehr schnell sein, in der Größenordnung von mindestens 100 GHz. Das Einfügen eines doppelbrechenden Elements in die Schlaufe des NOLM kann die Schalteigenschaften umkehren, sodass der Spiegel transparent wird, wenn kein Steuersignal vorhanden ist, und reflektiert, wenn ein Steuersignal vorhanden ist.
Der NOLM, wie er bis jetzt beschrieben wurde, stimmt mit dem des bisherigen Stands der Technik überein; er kann zum Beispiel in einer Vorrichtung zur Solitonenregeneration durch Umschaltung eines Taktsignals mit Hilfe eines NOLM eingesetzt werden, wie im Dokument D3 beschrieben.
Um Abhilfe für die Nachteile des bisherigen Stands der Technik zu schaffen und um insbesondere die Solitonenregeneration durch synchrone Amplituden- und Phasenmodulation zu gestatten, und zwar mit der Möglichkeit, die Phasenmodulation unabhängig als Funktion der Frequenz (auf Englisch "chirp") zu steuern, schlägt die Erfindung eine optische Modulatorvorrichtung vor, die einen NOLM umfasst, welcher einen zweiten Steuereingang F5 besitzt, wie schematisch auf 1 dargestellt, während der NOLM nach dem bisherigen Stand der Technik nur einen Steuereingang aufweist.
Die Funktionsweise des zweiten Steuersignals ist bis auf die Ausbreitungsrichtung identisch mit der oben für das erste Steuersignal beschriebenen. Das zweite Steuersignal wird nämlich in die Schlaufe L des NOLM in der anderen Richtung eingespeist, das heißt, entgegen dem Uhrzeigersinn. Der durch dieses zweite Steuersignal hervorgerufene Kerr-Effekt wirkt sich folglich mehr auf den Teil des Solitonsignal aus, der sich gegenläufig zu diesem zweiten Steuersignal ausbreitet, das heißt, auf den Teil des Solitonsignals, das in die Schlaufe L des NOLM über das Tor 4 eingespeist wird.
Es ist somit einfach, den grundlegenden Unterschied zwischen der Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik und jener Vorrichtung zu verstehen, in im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen wird. Bei dem NOLM nach dem bisherigen Stand der Technik wird der Teil des Solitonsignals, der in die Schlaufe des NOLM durch das Tor 3 eintritt, von dem Steuersignal moduliert, das sich gleichläufig ausbreitet, und interferiert mit dem Teil des über das Tor 4 eingetretene Solitonsignal, der nicht durch das Steuersignal gestört wird. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird dagegen der Teil des Solitonsignals, der über das Tor 4 in die Schlaufe eingetreten ist, seinerseits einer Modulation durch das zweite Steuersignal unterzogen. Man hat auf diese Weise daher Mittel zur Verfügung, um auf zwei unabhängige Parameter mit zwei unabhängigen Steuersignalen einzuwirken.
In der auf 3 dargestellten Vorrichtung, und wie dies teilweise im Dokument D8 für den klassischen NOLM beschrieben wurde, kommt das zu regenerierende optische Signal, das dem Soliton-Typ entspricht, über die Eingangs-Lichtleitfaser F1 an, wo ein optischer Koppler C5 einen Teil des Signals abgreift, um daraus durch die Taktrückgewinnungsmittel CLK ein Taktsignal abzuleiten. Anschließend wenden diese Mittel CLK dieses optische Taktsignal über den Koppler C2 auf den ersten Steuereingang NOLM an. Das Solitonsignal befindet sich immer auf derselben Wellenlänge λ_S. Die Wellenlänge λ_C des Taktsignals ist vorzugsweise leicht von jener des Solitonsignals λ_S verschieden, um die synchronisierende Filterung des Takts am Ausgang der Vorrichtung durch ein Bandpassfilter BPC zu ermöglichen, dessen Durchlassbereich auf die Wellenlänge λ_S des Solitons zentriert ist.
Nach dem Abgreif-Koppler C5 breitet sich das Solitonsignal weiter auf der Eingangs-Lichtleitfaser F1 bis zum Eingangstor 1 des Kopplers C1 des NOLM aus. Nach einer Variante der Erfindung kann ein optischer Verstärker GS vor dem Spiegel NOLM angeordnet werden, um die Leitungsverluste auszugleichen, die das Soliton erlitten hat, seit es zum letzten Mal verstärkt oder regeneriert wurde.
Die Funktionsweise des NOLM ist dem ähnlich, was weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Die Solitonen, die am Tor 1 des Kopplers C1 des NOLM ankommen, werden so durch das erste Taktsignal moduliert, das auf den Steuereingang F3 über den Steuerkoppler C2 angewendet wird. Die Zeiten für den Weg des Takts und der Solitonen entsprechend ihren jeweiligen Wegen müssen eventuell nach den Regeln der bekannten Technik angepasst werden, um die Synchronisation dieser Signale zu ermöglichen, wenn sie sich im NOLM bewegen.
Das Solitonsignal wird auf diese Weise durch die Hüllkurve des Taktsignals moduliert, was die Möglichkeit bietet, eine Amplitudenmodulation der Solitonen durchzuführen. Die Amplitudenmodulation wird nämlich als ausreichend erachtet, um den Gordon-Haus-Jitter am Ausgang der Regenerationsvorrichtung zu verringern oder sogar ganz zu beseitigen.
Vorzugsweise sollte für die Ausführung des NOLM gemäß der Erfindung eine polarisationserhaltende Faser verwendet werden, übereinstimmend mit der bereits beschriebenen 4. Man ordnet dies so an, dass das optische Taktsignal über den Koppler C2 in den NOLM eingespeist wird, wobei seine Polarisationsachse gegenüber den Achsen A1, A2 zur Erhaltung [der Polarisation] in der Faser der Schlaufe L in einem Winkel von 45° ausgerichtet ist. Die Funktionsweise der Vorrichtung ist somit unempfindlich gegenüber der Polarisation des zu modulierenden Solitonsignals, was einen bedeutenden Vorteil gegenüber den Ausführungsformen nach dem bisherigen Stand der Technik darstellt und insbesondere jenen, bei denen das Solitonsignal das Steuersignal des NOLM-Spiegels bildet, denn dieses Signal hat eine zufällige, unbekannte Polarisation, die nicht beherrscht werden kann. Die Empfindlichkeit des NOLM gegenüber der Polarisation des Signals kann folglich den Leistungen dieser Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik schaden.
Die Mittel CLK zur Taktrückgewinnung können entweder rein optische Einrichtungen sein oder optoelektrische Mittel (siehe 5). 5 zeigt in schematischer Form ein Beispiel einer optoelektronischen Vorrichtung zur Taktrückgewinnung eines optischen Signals nach Prinzipien, die dem Fachmann bekannt sind. Das vom Abgreif-Koppler C5 von 3 abgegriffene optische Signal breitet sich auf der Lichtleitfaser F4 bis zu einem Photozellendetektor PD aus, der das optische Signal in ein elektronisches Signal umwandelt. Das auf diese Weise erhaltene elektronische Signal wird zuerst vom elektronischen Ultrahochfrequenzverstärker AE1 verstärkt, anschließend wird im Fall eines NRZ-Signals (für Englisch "non return to zero") das Signal von einem ersten Bandpassfilter B gefiltert. Das Signal wird anschließend verstärkt, damit es eine Laserdiode LD steuert, die ein Lichtsignal im Rhythmus der elektronischen Impulse aussendet, die jeweils das Ergebnis der in C5 abgegriffenen optischen Signale sind. Dieses optische Signal kann eventuell von einem optischen Verstärker AO1 verstärkt werden, bevor es auf den Steuereingang des NOLM über die Steuerfaser F3 und den Koppler C2 von 3 angewendet wird.
6 stellt den Transmissionsgrad T und die Phase n eines klassischen NOLM dar, wenn die Leistung des Steuersignals P_C/P_π = 0,2 ist. Dieser Wert der Steuerleistung ergibt einen fast sinusförmigen Transmissionsgrad T, führt jedoch einen Chirp ein, der auf dieser Abbildung sichtbar ist. Der Chirp entspricht den Phasenschwankungen um einige Grade, die bei jeder Periode der Sinuskurve des Transmissionsgrads festgestellt werden. In einigen bekannten Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik kann dieser Chirp nicht gesteuert werden, wodurch er unter bestimmten Übertragungsbedingungen stört. Zum Beispiel kann ein in die Regeneration eingeführter Chirp die Übertragung verbessern, wenn er gleich, jedoch entgegengesetzt zu dem von der optischen Übertragungsleitung (Lichtleitfaser) eingeführten Chirp ist. Letzterer hängt jedoch zusätzlich zu den Ausbreitungseigenschaften auf der Leitung von der Länge der Verbindung ab, was eine optimale Verbindungslänge zwischen Regeneratoren zwingend erforderlich macht. Um sich von dieser Anforderung zu befreien, wäre es vorteilhafter, den von dem optischen Modulator eingeführten Chirp unabhängig steuern zu können.
7 zeigt in schematischer Form ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform einer optischen Modulatorvorrichtung gemäß der Erfindung. Wie in der Vorrichtung von 3 kommt das zu regenerierende optische Signal des Soliton-Typs mit der Wellenlänge λ_S über die Eingangs-Lichtleitfaser F1 an und wird in die Schlaufe des NOLM über den Koppler C1 eingespeist. Ein Taktsignal mit der Wellenlänge λ_C, vorzugsweise sinusförmig, wird von (nicht dargestellten) Taktrückgewinnungsmitteln erzeugt und auf der Steuereingangs-Lichtleitfaser F4 eingespeist und eventuell von einem optischen Verstärker EDFA verstärkt. In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird das Taktsignal von einem optischen Koppler C4 geteilt, um zwei Steuersignale zu liefern, die auf den ersten Steuereingang des NOLM über den optischen Koppler C2 angewendet werden und auf den zweiten Steuereingang über den optischen Koppler C3. Das Solitonsignal befindet sich immer auf derselben Wellenlänge λ_S, und zwar auch auf der Ausgangsfaser der Vorrichtung F2. Die Wellenlänge λ_C des Taktsignals ist vorzugsweise leicht von jener des Solitonsignals λ_S verschieden, um die synchronisierende Filterung des Takts am Ausgang der Vorrichtung durch ein Bandpassfilter BPC zu ermöglichen, dessen Durchlassbereich auf die Wellenlänge λ_C des Solltons zentriert ist.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung sind Mittel ΔA vorgesehen, um die Amplitude des zweiten Steuersignals zu regulieren, sowie Phasenregelungsmittel ΔΦ, um die relative Phase zwischen den beiden Steuersignalen zu regulieren.
In dem auf 7 dargestellten Beispiel liefern die Taktrückgewinnungsmittel ein Taktsignal mit einer Frequenz gleich der nominalen Bitfrequenz der Solitonen in dem zu regenerierenden Signal. Der Gordon-Haus-Jitter führt jedoch eine Zufalls-Phasenverschiebung zwischen den Solitonen und dem Takt ein, die auf den 8A und 8B dargestellt ist. Die auf den 8A und 8B dargestellten Kurven zeigen schematisch Wellenformen des Solitonsignals 8s und der beiden Steuersignale 8c, 8'c in den Punkten A bzw. B des NOLM in dem Modulator von 7, wobei die Steuersignale dieselbe Frequenz haben wie das Solitonsignal. In einer bevorzugten Konfiguration, wie sie auf diesen Abbildungen dargestellt ist, weisen die beiden Steuersignale eine relative Phasenverschiebung von π auf.
Die 9A und 9B zeigen schematisch ein Beispiel der Wellenformen des Solitonsignals und der beiden Steuersignale in den Punkte A bzw. B des NOLM in dem Modulator von 7, wobei die Steuersignale eine Frequenz gleich der Hälfte der Frequenz des Solitonsignals haben. Um nämlich die Auswirkungen der Interaktionen zwischen benachbarten Solitonen bei ihrer Ausbreitung über weite Entfernungen zu minimieren, ist zum Beispiel durch das Dokument D6 bekannt, dass ein Taktsignal verwendet wird, welches eine Phasenumkehr zwischen aufeinanderfolgenden Solitonen in einem Bitstrom aufweist. Hierzu kann man zum Beispiel ein Taktsignal abgreifen, das eine Frequenz f_c gleich der Hälfte der Frequenz f_s des Solitonsignals besitzt: f_c = f_s/2. Wie in den 8A, 8B [werden in den 9A, 9B] die Wellenformen des Solitonsignals 9s und der beiden Steuersignale 9c, 9'c in Punkt A bzw. B des NOLM in dem Modulator von 7 [dargestellt], wobei die Steuersignale dieselbe Frequenz haben wie das Solitonsignal. Wie im vorhergehenden Fall weisen die beiden Steuersignale eine relative Phasenverschiebung von π auf.
Die Auswirkungen der Interaktionen zwischen Solitonen sind auf 10 veranschaulicht, die Ergebnisse einer numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D auf Übersee-Entfernungen für vier Fälle darstellt:

• ein Pseudozufallssignal, das ausschließlich mit der Intensitätsmodulation regeneriert wurde (IMPRBS);
• ein Signal, das aus einem einfach alternierenden Bitstrom 1010... besteht und das ausschließlich mit der Intensitätsmodulation regeneriert wurde (IM1010);
• ein Signal, das aus einem einfach alternierenden Bitstrom 1010... besteht und das mit der Phasen- und Amplitudenmodulation mit Hilfe eines NOLM mit zwei Steuereingängen gemäß der Erfindung regeneriert wurde (NOLM1010), mit P_C/P_π = 0,2 an jedem Eingang;
• ein Pseudozufallssignal, das mit der Phasen- und Amplitudenmodulation mit Hilfe eines NOLM mit zwei Steuereingängen gemäß der Erfindung regeneriert wurde (NOLMPBRS), mit P_C/P_π = 0,2 an jedem Eingang.

Man stellt auf der Abbildung fest, dass der Qualitätsfaktor der alternierenden Bitfolgen bei beiden Modulationstypen im allgemeinen höher ist als jener der Pseudozufallsfolgen. Der Grund hierfür ist, dass Kollisionen zwischen benachbarten Solitonen bei alternierenden Bitfolgen im Gegensatz zu Pseudozufallsfolgen nicht vorkommen. Die eventuell auftretenden Kollisionen zwischen benachbarten Bits von Pseudozufallsfolgen verringern den Qualitätsfaktor Q. Dagegen sieht man auch, dass die Wirkung der Kollisionen im Fall einer Amplituden- und Phasenmodulation über einen NOLM mit zwei Steuereingängen gemäß der Erfindung, verglichen mit dem Fall einer ausschließlichen Intensitätsmodulation, deutlich verringert ist. Dies stellt einen der Vorteile der Verwendung eines NOLM mit zwei Steuereingängen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar.

Die Simulationen der 10 und 11 wurden unter Verwendung identischer Werte für die folgenden Parameter durchgeführt:

Übertragungsgeschwindigkeit	B = 20 GBit/s
Entfernung zwischen Verstärkern	z_a = 45 km
Entfernung zwischen Regeneratoren	z_r = 450 km, ein Filter pro Regenerator
Dispersion der Faser	Δt_g = 0,25 ps/nm–km
Leistung des Solitons	P_in = 1,0 (Nennleistung des Solitons)
Breite des Solitonenimpulses	t_FWHM = 10 ps
Eingangs-Kopplungskoeffizient	ξ = 50 %

11 zeigt Ergebnisse einer numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge D auf Übersee-Entfernungen für verschiedene Werte der Steuerleistung P_C/P_π eines NOLM mit einer einzigen Steuerung sowie für einen Intensitätsmodulator, gefolgt von einem Optimalfilter. Man stellt fest, dass für alle Werte von η = P_C/P_π, deren Ergebnisse auf den Kurven η = 0,1, η = 0,2, η = 0,3, η = 0,5 dargestellt sind, eine Verbesserung der Qualität Q für Verbindungen über sehr weite Entfernungen im Vergleich zu den Kurven IM40, IM10 und IM3 vorhanden ist, welche Intensitätsmodulationen von 40 dB, 10 dB bzw. 3 dB entsprechen. Dagegen sieht man auch, dass die Verbesserung gegenüber der Leistung des Steuersignals empfindlich ist und dass die Verbesserung von Q bei geringeren Steuerleistungen bedeutender ist. Ein weiterer Nachteil einer solchen Vorrichtung liegt in ihrer starken Empfindlichkeit gegenüber den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Schwingungen usw.).
12 stellt in schematischer Form den Transmissionsgrad T eines NOLM mit zwei Steuerungen gemäß der Erfindung dar sowie die Phase Φ des Steuersignals in Abhängigkeit von der Zeit für verschiedene Werte der Leistung des Steuersignals P_C verglichen mit der Leistung P_π (η = P_C / P_π), die für eine maximale Umschaltung erforderlich ist. Die Frequenz f des Steuersignals ist gleich der Hälfte der Bitfrequenz des Signals: f = f_s/2. Man stellt fest, dass für η = 0,5 der Transmissionsgrad praktisch sinusförmig ist. Für η = 0,3 ist der Transmissionsgrad noch näher an einer Sinuskurve. Für η = 0,2 fällt der Transmissionsgrad mit einer Sinuskurve zusammen.
Ein Vergleich der 12 mit der 6 lässt einen weiteren Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung erkennen: Die Phase Φ ist während der gesamten Taktperiode praktisch konstant (kein "Chirp"), entweder bei einem Wert π oder bei einem Wert 0.
13 zeigt die Ergebnisse einer numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge auf Übersee-Entfernungen in der Größenordnung von 10.000 km für verschiedene Werte der Steuerleistung; das heißt, für verschiedene Werte der Schaltleistung η = P_C / P_π im Fall eines klassischen NOLM mit einer einzigen Steuerung. Die Simulationsergebnisse zeigen noch einmal, dass die kleinsten Werte von η am vorteilhaftesten sind, um die beste Qualität Q auf Langstreckenverbindungen zu erzielen. Eine Kurve IM, welche die Ergebnisse für die ausschließliche Intensitätsmodulation dargstellt, wird zum Vergleich angegeben.
Die Simulation von 13 verwendet dieselben Werte für die Parameter wie die Simulationen der 10 und 11: Übertragungsgeschwindigkeit von 20 GBit/s, Verbindung von D km, bestehend aus einer Vielzahl von 45-km-Abschnitten mit optischen EDFA-Verstärkern, die zwischen den Abschnitten auf insgesamt 9900 km angeordnet sind. Die Faserdämpfung ist auf α = 0,23 dB/km festgelegt und die chromatische Dispersion einer klassischen Faser ist auf Δt_g = 0,25 ps/nm-km festgelegt. An jedem EDFA-Verstärker wird das ASE-Rauschen (Verstärkung von spontanen Sendevorgängen) zu dem Signal hinzugefügt, und die Verstärkung wird so geregelt, dass eine konstante Leistung geliefert wird. Das Signal ist ein PRBS-Signal (englisches Akronym für ein Pseudozufalls-Bitsignal) von 128 Bit von 10 ps mit Solitonenimpuls-Codierung, welches die klassische sech²-Form aufweist.
14 stellt Ergebnisse einer numerischen Simulation des Qualitätsfaktors Q in Abhängigkeit von der Verbindungslänge auf Übersee-Entfernungen für verschiedene Werte der Steuerleistung PC dar, die gegenphasig auf die beiden Steuereingänge eines NOLM des optischen Modulators gemäß der Erfindung angewendet werden. Die Kurven sind mit η_eff = P_c1 + P_c2 = 2P_C bezeichnet, bei einer gleichen Steuersignalleistung an den beiden Steuereingängen des NOLM gemäß der Erfindung. Eine Kurve IM, welche die Ergebnisse für die ausschließliche Intensitätsmodulation angibt, wird zum Vergleich dargestellt.
Diese Ergebnisse sind mit jenen von 13 zu vergleichen, um die Vorteile der Erfindung aufzuzeigen. Für alle Werte η sind die Qualitätsfaktoren Q höher als diejenigen, die sich aus der reinen Intensitätsmodulation (IM) ergeben. Wie im Fall von 13 entsprechen die hohen Werte von η den kleinsten Qualitätsfaktoren. Andererseits sind für alle Werte η die Ergebnisse besser als im Fall einer einfachen Steuerung, wie in 13 dargestellt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auch weniger empfindlich gegenüber Leistungsschwankungen, die durch die Umgebung bedingt sind: Temperatur, Schwingungen usw.
Außerdem stellt man fest, dass die erzielten Ergebnisse deutlich weniger empfindlich gegenüber den Werten der Steuerleistung η sind, denn für alle Werte η ≤ 0,8 ist die Qualität Q praktisch dieselbe. Dies hätte einen weiteren Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Folge, und zwar in bezug auf Einfügungsverluste. Die Einfügungsverluste einer Vorrichtung zur Leitungsmodulation oder -regeneration sind nämlich kritisch für die Ausbreitungsentfernung über die Faser, die zwischen diesen Vorrichtungen toleriert werden kann. Die Einfügungsverluste eines Elektroabsorptionsmodulators können zum Beispiel 18 dB erreichen. Wir haben mit Hilfe von 11 gezeigt, dass die Leistungen eines NOLM-Modulators mit einer Steuerung im Hinblick auf den Qualitätsfaktor Q bei einer relativ geringen Steuerleistung in der Größenordnung von η = 0,1 bis 0,2 besser sind. Nun sind aber bei geringen Steuerleistungen die Verluste eines NOLM am höchsten und können zum Beispiel 10 dB erreichen. Dagegen kann man mit einem NOLM mit zwei Steuereingängen eine Steuerleistung in der Größenordnung von η = 0,8 bis 1,0 verwenden, und die Einfügungsverluste können auf Werte um 3 bis 5 dB sinken.
Die Ausführungsformen der Erfindung, die oben erläutert wurden, sind als Beispiele ohne einschränkende Wirkung für einen optischen NOLM-Modulator mit zwei Steuersignalen gegeben worden, welcher eine Amplituden- und Phasenmodulation ermöglicht, wobei diese über einen bestimmten Wertebereich unabhängig voneinander gesteuert werden können. Der Fachmann wird dieses Konzept so abwandeln können, dass es durch verschiedene Ausführungsformen an vielfältige Anwendungen angepasst wird, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Optischer Amplitudenmodulator für Signale, der einen nichtlinearen Schlaufenspiegel (NOLM) umfasst, aufweisend: – eine Schlaufe (L) aus einer Lichtleitfaser, wobei diese Schlaufe L einen Signaleingang (F1) und einen Signalausgang (F2) aufweist; – einen ersten optischen Signaleingangs-/-ausgangskoppler (C1) mit einem Kopplungskoeffizienten, um diesen Eingang (F1) und diesen Ausgang (F2) mit der Schlaufe (L) zu koppeln; – einen ersten Steuereingang (F3) und einen zweiten optischen Koppler (C2), um den ersten Steuereingang (F3) und die Schlaufe (L) zu koppeln, damit die Einspeisung eines ersten optischen Steuersignals in die Schlaufe (L) in einer ersten Ausbreitungsrichtung ermöglicht wird; – Mittel, um diese zu modulierenden Signale an dem Signaleingang (F1) der Schlaufe (L) bereitzustellen; und – Mittel zur Taktrückgewinnung (CLK), um ausgehend von diesen zu modulierenden optischen Signalen ein Taktsignal zu bilden, welches dieses erste optische Steuersignal bildet, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem umfasst: – einen zweiten Steuereingang (F5) und einen dritten optischen Koppler (C3), damit die Einspeisung eines zweiten optischen Steuersignals in die Schlaufe (L) in einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Ausbreitungsrichtung ermöglicht wird, sowie dadurch, dass diese Taktrückgewinnungsmittel (CLK) dazu bestimmt sind, ausgehend von den zu modulierenden optischen Signalen dieses zweite optische Steuersignal zu bilden.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem Mittel (ΔA) umfasst, um die relative Amplitude des ersten und zweiten optischen Steuersignals zu regulieren.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem Mittel (ΔΦ) umfasst, um die relative Phase des ersten und zweiten optischen Steuersignals zu regulieren.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem mindestens eine optische Quelle umfasst, um dieses erste und zweite optische Steuersignal zu generieren.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine optische Quelle (CLK) dazu geeignet, ein sinusförmiges periodisches Steuersignal zu generieren.
Optischer Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine optische Quelle (CLK) eine einzige Quelle ist, sowie dadurch, dass der Modulator außerdem einen vierten optischen Koppler (C4) umfasst, welcher es ermöglicht, das periodische Steuersignal durch zwei zu teilen, um so das erste und zweite optische Steuersignal zu erzeugen.
Optischer Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Phase des ersten und zweiten optischen Steuersignals π ist.
Verfahren zur Solitonenregeneration, bei dem zu regenerierende Solitonen am Signaleingang (F1) eines nichtlinearen Schlaufenspiegels über einen ersten optischen Eingangs-/Ausgangskoppler (C1) mit einem Kopplungskoeffizienten eingespeist werden, während ein erstes optisches Steuersignal in den nichtlinearen Schlaufenspiegel in einer ersten Ausbreitungsrichtung über einen zweiten optischen Koppler (C2) eingespeist wird, um die Solitonen durch das erste optische Steuersignal zu modulieren und die auf diese Weise modulierten Solitonen über den ersten optischen Koppler (C1) zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites optisches Steuersignal in den nichtlinearen Schlaufenspiegel in einer zweiten Ausbreitungsrichtung über einen dritten optischen Koppler (C3) eingespeist wird, wobei die zweite Ausbreitungsrichtung sich von der ersten unterscheidet und wobei das erste und das zweite optische Steuersignal Taktsignale sind, die ausgehend von den zu regenerierenden Solitonen gebildet werden, und wobei sie eine relative Phasenverschiebung von ungefähr π aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite optische Signal eine Sinusform aufweisen.
Nutzung eines optischen Modulators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Solitonenregeneration.
Nutzung eines optischen Modulators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Veränderung der Spektraleigenschaften von Impulsen ("Chirp").