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WO1998000934A1 - Optische sendeeinrichtung für ein hybrides faser-funk-system - Google Patents

Optische sendeeinrichtung für ein hybrides faser-funk-system Download PDF

Info

Publication number
WO1998000934A1
WO1998000934A1 PCT/EP1997/003587 EP9703587W WO9800934A1 WO 1998000934 A1 WO1998000934 A1 WO 1998000934A1 EP 9703587 W EP9703587 W EP 9703587W WO 9800934 A1 WO9800934 A1 WO 9800934A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
light
photodetector
lasers
laser
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/003587
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Schmuck
Rolf Hofstetter
Original Assignee
Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite filed Critical Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite
Publication of WO1998000934A1 publication Critical patent/WO1998000934A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/006—Devices for generating or processing an RF signal by optical means

Definitions

  • the invention relates to an optical transmission device according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an optical transmission system according to the preamble of claim 3.
  • the optical transmission device shown there (FIG. 2) is part of an optical transmission system shown in FIG. 1, in which on the receiving side next to one
  • SPARE BLADE (RULE 26) optical receiver which has an optoelectrical transducer, an antenna is present. Between this antenna and that of a remote radio station (transposer) radio signals are transmitted which, for. B. have a carrier frequency of 30 GHz; the wavelength of these radio signals is therefore in the range of a few millimeters.
  • the optical transmitter shown generates light with a wavelength of nominally 1550 nm; the light has two optical spectral lines that have a frequency spacing that is equal to the desired carrier frequency of 30 GHz.
  • the light is generated by two frequency-locked lasers. A part of the light generated by each laser is fed to a coupler, the other part of the light generated by the laser is fed to an output (O / P1, O / P2). Light emerging from the coupler is fed to a photodetector which generates a photocurrent (30 GHz signal).
  • a mixer mixes the photocurrent with a signal generated by a local oscillator; the 2 GHz mixed signal generated is fed to a frequency control device (AFC) which controls one of the two lasers. The aim of this frequency control is to keep the frequency spacing constant.
  • a disadvantage of this optical transmission device is that the mixer and the frequency control device must be designed for very high frequencies in the GHz range.
  • the invention has for its object to provide an optical transmission device in which the frequency control is carried out in a different way.
  • An optical transmission device solving the problem is the subject of claim 1.
  • An optical transmission system with such an optical transmission device is the subject of claim 3.
  • An embodiment of the optical transmission device is specified in claim 2.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an optical transmission device
  • Fig. 2 shows another embodiment of an optical
  • the optical transmission device shown in Fig. 1 has two lasers 1, 2, a coupler 6, an optical filter 4, a photodetector 5, a control device 3 and a modulator 9.
  • the laser 1 emits light of an optical frequency n, which a Port 10 of the coupler 6 is supplied.
  • the laser 2 emits light of an optical frequency n 2 , which is fed to a connector 11 of the coupler 6.
  • the two optical frequencies n ,, n 2 have a frequency spacing which, for. B. is 30 GHz.
  • the nominal wavelength corresponding to the two optical frequencies n ,, n 2 is z. B. 1550 nm.
  • a modulator 12 is inserted into the light path, whereby a modulation of the light by a data signal Data is possible.
  • the coupler 6 Through the coupler 6, the light from the two lasers 1, 2 is coupled into an optical waveguide 7, which is connected to a connector 9 of the coupler 6. At a connection 8 of the coupler 6, part of the light emitted by the two lasers 1, 2 emerges and is fed to the optical filter 4. Light transmitted by the optical filter 4 strikes the photodetector 5, which converts the light into a photocurrent. The photocurrent is fed to the control device 3, which controls the two lasers 1, 2 as a function of the photocurrent.
  • the optical filter 4 has a periodic transmission characteristic.
  • REPLACEMENT BUTT such periodic transmission characteristic is e.g. B. a Fabry-Perot filter or a Mach-Zehnder interferometer. Parameters of this periodic transmission characteristic are the distance between the defined passband (free spectral ranks, FSR), which occur at regular frequency intervals, and the half-width of a passband.
  • the optical filter 4 with its fixed FSR serves as the frequency standard. The parameters mentioned depend e.g. B. from the Fabry-Perot filter from Spiegelabsta ⁇ d and can be chosen almost freely.
  • the FSR is z. B. 30 to 60 GHz.
  • n 2 Depending on which value the two optical frequencies n, n 2 currently have, more or less light is transmitted through the optical filter 4. This transmitted light is received by the photodetector 5 and converted into a photocurrent proportional to the light.
  • the control device 3 evaluates the photocurrent and derives control signals therefrom, by which the lasers 1, 2 are influenced directly or indirectly in such a way that the optical frequencies n ,, n 2 change.
  • Such influencing can, for. B. done in that the laser temperatures are changed or that the laser operating currents are changed.
  • the optical frequency of laser light can be changed both by temperature changes and by current changes.
  • the known Wobbe method can be used as a possibility for stabilizing the optical frequencies n ,, n 2 of the lasers 1, 2.
  • Each laser 1, 2 is supplied with a sinusoidal electrical signal; the electrical signals have different electrical frequencies (first and second wobble frequencies), which are in the range of a few kHz.
  • the control device 3 can thus the amplitude of the photocurrent at the first wobble frequency and the amplitude of the photocurrent at Determine second wobble frequency. This makes it possible to determine the phase position of the two photocurrents, with the knowledge of which the optical frequencies n ,, n 2 of the lasers 1, 2 can be stabilized exactly to the frequency spacing specified by the FSR of the optical filter 4.
  • the control device 3 influences the lasers 1, 2 such that the amplitude of the photocurrent is at a maximum at each wobble frequency. If this is the case, the optical frequencies n ,, n 2 are each tuned to a desired pass band of the optical filter 4 and the required frequency spacing, which is predetermined by the FSR of the optical filter 4, is set. This frequency spacing is provided as an electrical carrier frequency in a remote radio station.
  • the described phase-sensitive detection takes place in the range of a few kHz, i. H. the photodetector 5 need not be suitable for frequencies in the GHz range, so that an inexpensive photodetector can be used.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment of an optical transmission device is shown in FIG. Components already shown in FIG. 1 have the same reference numerals in FIG. 2, these components also have the same function.
  • the optical transmission device shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 essentially in that a portion of the light emitted by a laser 1, 2 is coupled out by an asymmetrical coupler 13, 14 and fed to the optical filter 4. This feeding takes place with the aid of a coupler 15, which brings the two out-coupled light components together and feeds them to the optical filter 4.
  • the coupler 13 is arranged between the laser 1 and the connector 10 of the coupler 6, and the coupler 14 is arranged between the laser 2 and the connector 11 of the coupler 6.
  • the other part of the light emitted by a laser 1, 2 is, as shown in FIG. 1, the connection 10 of the coupler 6 or the modulator 12 supplied.
  • the evaluation of the photocurrent generated by the photodetector 5 has already been explained in connection with FIG. 1.
  • the second exemplary embodiment of an optical transmission device is particularly advantageous in those applications in which the bandwidth of the optical signal with the optical frequency n 2 is large compared to the width of the passband of the optical filter 4. This is e.g. B. the case with subcarrier modulation methods with data signals that have a high bandwidth.

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Abstract

Es ist eine optische Sendeeinrichtung für ein hybrides Faser-Funk-System angegeben, bei dem optische Signale zu Funkstationen übertragen werden, die daraus im GHz-Bereich liegende Funksignale erzeugen. Die optische Sendeeinrichtung hat einen ersten Laser (1), der Licht einer ersten optischen Frequenz (n1) aussenden kann, einen zweiten Laser (2), der Licht einer zweiten optischen Frequenz (n2) aussenden kann, einen Koppler (6), dem das von den Lasern (1, 2) ausgesendete Licht zuführbar ist, und einen Photodetektor (5), dem an einem Anschluß (8) des Kopplers (6) austretendes Licht zuführbar ist. Zwischen dem Photodetektor (5) und dem Anschluß (8) des Kopplers (6) ist ein optisches Filter (4) vorhanden, das festgelegte Durchlaßbereiche hat. Eine Steuereinrichtung (3) beeinflußt die beiden Laser (1, 2) in Abhängigkeit von einem Photostrom, den der Photodetektor (5) erzeugt.

Description

Optische Sendeeinrichtung für ein hybrides Faser-Funk System
Die Erfindung betrifft eine optische Sendeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein optisches Übertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
Eine optische Sendeeinrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angebenen Merkmale ist bekannt, z. B. aus J. J. O'Reilly et al, "RACE R2005: microwave optical duplex antenna link", IEEE PROCEEDINGS-J, Vol. 140, No. 6, December 1993, Seiten 385 bis 391. Aus dieser Veröffentlichung sind auch die Merkmale eines optischen Übertragungssystems bekannt, die den Oberbegriff des Patentanspruchs 2 bilden.
Die dort gezeigte optische Sendeeinrichtung (Fig. 2) ist Bestandteil eines in Fig. 1 gezeigten optischen Übertragungssystems, bei dem empfangsseitig neben einem
ERSATZBLÄTr (REGEL 26) optischen Empfanger, der einen optoelektπschen Wandler hat, eine Antenne vorhanden ist. Zwischen dieser Antenne und der einer entfernten Funkstation (transposer) werden Funksignale übertragen, die z. B. eine Tragerfrequenz von 30 GHz haben; die Wellenlange dieser Funksignale liegt somit im Bereich einiger Millimeter.
Die gezeigte optische Sendeeinrichtung erzeugt Licht einer Wellenlänge von nominal 1550 nm; das Licht hat zwei optische Spektrallinien, die einen Frequenzabstand haben, der gleich der gewünschten Trägerfrequenz von 30 GHz ist. Das Licht wird von zwei frequenzgelockten Lasern erzeugt. Von jedem Laser wird ein Teil des von ihm erzeugten Lichts einem Koppler zugeführt, der andere Teil des vom Laser erzeugten Lichts wird einem Ausgang (O/P1 , O/P2) zugeführt. Aus dem Koppler austretendes Licht wird einem Photodetektor zugeführt, der einen Photostrom (30 GHz Signal) erzeugt. Ein Mischer mischt den Photostrom mit einem von einem Lokaloszillator erzeugten Signal; das erzeugte 2 GHz Mischsignal wird einer Frequenzregeleinrichtung (AFC) zugeführt, die einen der beiden Laser steuert. Ziel dieser Frequenzregelung ist, den Frequenzabstand konstant zu halten. Nachteilig an dieser optischen Sendeeinrichtung ist, daß der Mischer und die Frequenzregeleinrichtung für sehr hohe Frequenzen im GHz Bereich ausgelegt sein müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Sendeeinrichtung anzugeben, bei der die Frequenzregelung auf eine andere Art erfolgt. Eine die Aufgabe losende optische Sendeeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Ein optisches Ubertragungssystem mit einer solchen optischen Sendeeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 3. Eine Ausgestaltung der optischen Sendeeinrichtung ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand von Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausfύhrungsbeispiel einer optischen Sendeeinrichtung, und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen
Sendeeinrichtung.
Die in Fig. 1 gezeigte optische Sendeeinrichtung hat zwei Laser 1 , 2, einen Koppler 6, ein optisches Filter 4, einen Photodetektor 5, eine Steuereinrichtung 3 und einen Modulator 9. Der Laser 1 sendet Licht einer optischen Frequenz n, aus, das einem Anschluß 10 des Koppler 6 zugeführt wird. Der Laser 2 sendet Licht einer optischen Frequenz n2 aus, das einem Anschluß 11 des Koppler 6 zugeführt wird. Die beiden optischen Frequenzen n,, n2 haben einen Frequenzabstand, der z. B. 30 GHz beträgt. Die den beiden optischen Frequenzen n,, n2 entsprechende nominale Wellenlänge beträgt z. B. 1550 nm. Zwischen dem Laser 2 und dem Anschluß 11 des Kopplers 6 ist ein Modulator 12 in den Lichtweg eingefügt, wodurch eine Modulation des Lichts durch ein Datensignal Data möglich ist.
Durch den Koppler 6 wird das Licht der beiden Laser 1 , 2 in einen Lichtwellenleiter 7 eingekoppelt, der an einen Anschluß 9 des Kopplers 6 angeschlossen ist. An einem Anschluß 8 des Kopplers 6 tritt ein Teil des von den beiden Lasern 1 , 2 ausgesendeten Lichts aus und wird dem optischen Filter 4 zugeführt. Vom optischen Filter 4 durchgelassenes Licht trifft auf den Photodetektor 5, der das Licht in einen Photostrom wandelt. Der Photostrom wird der Steuereinrichtung 3 zugeführt, die in Abhängigkeit von dem Photostrom die beiden Laser 1 , 2 steuert.
Das optische Filter 4 hat eine periodische Transmissionscharakteristik. Ein optisches Filter 4 mit einer
ERSATZBUTT (REGEL 26) solchen periodischen Transmissionscharakteristik ist z. B. ein Fabry-Perot Filter oder ein Mach-Zehnder Interferometer. Parameter dieser periodischen Transmissionscharakteristik sind der Abstand der festgelegten Durchlaßbereiche (free spectral ränge, FSR), die in regelmäßigen Frequenzabständen auftreten, und die Halbwertsbreite eines Durchlaßbereiches. Das optische Filter 4 mit seinem festgelegten FSR dient erfindungsgemäß als Frequenznormal. Die genannten Parameter hängen z. B. beim Fabry-Perot Filter vom Spiegelabstaπd ab und können nahezu frei gewählt werden. Für das beschriebene Ausführungsbeispiel der optischen Sendeeinrichtung beträgt der FSR z. B. 30 bis 60 GHz.
Je nach dem, welchen Wert die beiden optischen Frequenzen n , n2 momentan haben, wird mehr oder weniger Licht durch das optische Filter 4 durchgelassen. Dieses durchgelassene Licht wird durch den Photodetektor 5 empfangen und in einen dem Licht proportionalen Photostrom gewandelt.
Die Steuereinrichtung 3 wertet den Photostrom aus und leitet daraus Steuersignale ab, durch die direkt oder indirekt die Laser 1 , 2 so beeinflußt werden, daß sich die optischen Frequenzen n,, n2 ändern. Eine solche Beeinflußung kann z. B. dadurch erfolgen, daß die Lasertemperaturen verändert werden oder daß die Laserbetriebsströme verändert werden. Sowohl durch Temperaturänderungen als auch durch Stromänderungen kann die optische Frequenz von Laserlicht verändert werden.
Als eine Möglichkeit zur Stabilisierung der optischen Frequenzen n,, n2 der Laser 1 , 2 kann das bekannte Wobbeiverfahren verwendet werden. Dabei wird jedem Laser 1 , 2 ein sinusförmiges elektrisches Signal zugeführt; die elektrischen Signale haben unterschiedliche elektrische Frequenzen (erste und zweite Wobbeifrequenz), die im Bereich einiger kHz liegen. Die Steuereinrichtung 3 kann somit die Amplitude des Photostroms bei der ersten Wobbeifrequenz und die Amplitude des Photostroms bei der zweiten Wobbeifrequenz bestimmen. Dadurch ist eine Bestimmung der Phasenlage der beiden Photoströme möglich, mit deren Kenntnis die optischen Frequenzen n,, n2 der Laser 1 , 2 exakt auf den von dem FSR des optischen Filters 4 vorgegebenen Frequenzabstand stabilisiert werden können.
Die Steuereinrichtung 3 beeinflußt die Laser 1 , 2 so, daß bei jeder Wobbeifrequenz die Amplitude des Photostroms maximal ist. Ist dies der Fall, sind die optischen Frequenzen n,, n2 jeweils auf einen gewünschten Durchlaßbereich des optischen Filters 4 abgestimmt und der geforderte, von dem FSR des optischen Filters 4 vorgegebene Frequenzabstand ist eingestellt. Dieser Frequenzabstand ist als elektrische Trägerfrequenz in einer entfernten Funkstation vorgesehen.
Die beschriebene phasenempfindliche Detektion erfolgt im Bereich von einigen kHz, d. h. der Photodetektor 5 braucht nicht für Frequenzen im GHz- Bereich geeignet zu sein, so daß ein preisgünstiger Photodetektor verwendet werden kann.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Sendeeinrichtung gezeigt. Bereits in Fig. 1 gezeigte Bestandteile haben in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen, diese Bestandteile haben auch die gleiche Funktion. Die in Fig. 2 gezeigte optische Sendeeinrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten im wesentlichen dadurch, daß durch jeweils einen asymmetrischen Koppler 13, 14 ein Teil des von einem Laser 1, 2 ausgesendeten Lichts ausgekoppelt und dem optischen Filter 4 zugeführt wird. Dieses Zuführen erfolgt mit Hilfe eines Kopplers 15, der die beiden ausgekoppelten Lichtanteile zusammenführt und dem optischen Filter 4 zuführt. Der Koppler 13 ist zwischen dem Laser 1 und dem Anschluß 10 des Kopplers 6 angeordnet, und der Koppler 14 ist zwischen dem Laser 2 und dem Anschluß 1 1 des Kopplers 6 angeordnet. Der jeweils andere Teil des von einem Laser 1 , 2 ausgesendeten Lichts wird wie in Fig. 1 gezeigt dem Anschluß 10 des Kopplers 6 bzw. dem Modulator 12 zugeführt. Die Auswertung des vom Photodetektor 5 erzeugten Photostroms wurde bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert.
Das zweite Ausführungsbeispiel einer optischen Sendeeinrichtung ist besonders bei solchen Anwendungen von Vorteil, bei denen die Bandbreite des optischen Signals mit der optischen Frequenz n2 groß im Vergleich zur Breite der Durchlaßbereiche des optischen Filters 4 ist. Dies ist z. B. der Fall bei Unterträger-Modulationsverfahren mit Datensignalen, die eine hohe Bandbreite haben.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Sendeeinrichtung, mit einem ersten Laser (1), der Licht einer ersten optischen Frequenz (n,) aussenden kann, einem zweiten Laser (2), der Licht einer zweiten optischen Frequenz (n2) aussenden kann, einem Photodetektor (5), dem von den beiden Lasern (1, 2) erzeugtes Licht zuführbar ist, und einer mit dem Photodetektor (5) verbundenen Steuereinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Filter (4) mit festgelegten Durchlaßbereichen vorhanden ist, das in Ausbreitungsrichtung des von den Lasern (1 , 2) ausgesendeten Lichts so vor dem Photodetektor (5) angeordnet ist, daß Licht des ersten und zweiten Lasers (1 , 2) dem optischen Filter (4) zuführbar ist, und daß die Steuereinrichtung (3) die beiden Laser (1 , 2) in Abhängigkeit von einem vom Photodetektor (5) erzeugten Photostrom steuert.
2. Optische Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Koppler (13) vorhanden ist, der einen Teil des vom ersten Laser (1 ) ausgesendeten Lichts auskoppelt und dem optischen Filter (4) zuführt, und daß ein zweiter Koppler (14) vorhanden ist, der einen Teil des vom zweiten Laser (2) ausgesendeten Lichts auskoppelt und dem optischen Filter (4) zuführt.
3. Optisches Übertragungssystem, mit einer optischen Sendeeinrichtung, einem Lichtwellenleiter und einer optischen Empfangseinrichtung, bei dem die optische Sendeeinrichtung einen ersten Laser (1), der Licht einer ersten optischen Frequenz (n,) aussenden kann, einen zweiten Laser (2), der Licht einer zweiten optischen Frequenz (n2) aussenden kann, einen Photodetektor (5) dem von den Lasern (1 , 2) erzeugtes Licht zuführbar ist, und eine mit dem Photodetektor (5) verbundene Steuereinrichtung (3) hat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der optischen Sendeeinrichtung ein optisches Filter (4) mit festgelegten Durchlaßbereichen vorhanden ist, das in Ausbreitungsrichtung des von den Lasern (1, 2) ausgesendeten Lichts so vor dem Photodetektor (5) angeordnet ist, daß Licht des ersten und zweiten Lasers (1 , 2) dem optischen Filter (4) zuführbar ist, und daß die Steuereinrichtung (3) die beiden Laser (1 , 2) in Abhängigkeit von einem vom Photodetektor (5) erzeugten Photostrom steuert.
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