DE19619780A1

DE19619780A1 - Optisches Übertragungssystem, optisches Transmissionsmodul, und optischer Modulator

Info

Publication number: DE19619780A1
Application number: DE19619780A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Suzuki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1996-11-21
Also published as: JPH08316909A; US5663823A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem, ein optisches Übertragungsmodul, einen optischen Modulator, sowie ein Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators.

Entwicklungen auf dem Gebiet der Optoelektroniktechnik in jüngster Zeit, einschließlich dispersionsverschobener Fasern, optischer Hochgeschwindigkeitsmodulatoren, und Verstärker mit Erbium-dotierten Fasern haben die Übertragung mit Fasern über weite Entfernungen bei Ultrahochgeschwindigkeitssignalen in dem 1,55-µm-Wellenlängenband ermöglicht. In Gegenden allerdings, in welchen nicht-dispersionsverschobene Fasern bereits verlegt wurden, kann selbst dann, wenn ein externer Modulator mit einem kleinen Wellenlängen-Chirp (einer Wellenlängenverschiebung infolge der Modulation) verwendet wird, ein Hochgeschwindigkeitssignal, dessen Bitrate gleich 10 Gb/s oder höher ist, nicht über eine große Entfernung übertragen werden, was es schwierig macht, die Übertragungskapazität auf kostengünstige Weise zu erhöhen, da die Menge an Information in der Zukunft noch zunehmen wird.

Laut P.S. Henry, IEEE J. Quantum Electronics, Band QE-21, Dezember 1985, Seiten 1862 bis 1879, wird die Grenzentfernung L für die Faserübertragung im Falle einer Modulation ohne Chirp folgendermaßen ausgedrückt:

L c/(2Dλ²B²) (1)

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist, D die Dispersion der Faser, λ die Wellenlänge, und B die Bitrate. Diese Grenze rührt von Modulationsseitenbändern her.

Wenn beispielsweise eine Signalübertragung mit einer Bitrate von 10 GB/s unter Verwendung einer nicht dispersionsverschobenen Faser, die eine Wellenlängendispersion von etwa 15 ps·km^-1·nm^-1 bei einer Wellenlänge von 1,55 µm aufweist, bei welcher Erbium-dotierte Verstärker verwendet werden können, durchgeführt werden soll, kann ein Signal nur über eine Entfernung von etwa 40 km übertragen werden, wenn keine geeignete Dispersionskompensation durchgeführt wird.

Selbst wenn ein externer Modulator verwendet wird, tritt bei der tatsächlichen optischen Modulation ein Wellenlängen- Chirpeffekt auf. Der Chirp-Parameter α wird als Größe zur Anzeige des Verhältnisses der Phasenmodulation zur Intensitätsmodulation verwendet. Wenn ein optischer Modulator mit einem Elektroabsorptionshalbleiter verwendet wird, ändert sich α in Abhängigkeit von der Spannung stark. Allerdings kann aus der Übertragungscharakteristik der Faseroptik ein äquivalenter Chirp-Parameter α definiert werden. Liegt α im Bereich von 0 bis -1, so findet eine geeignete Impulskompression statt, wodurch die Übertragungsgrenze sich etwas weiter nach oben verschiebt (sh. A.H. Gnauch et al, IEEE Photonics Technology Letters, Band 3, Oktober 1991, Seiten 916 bis 918). Verglichen mit dem Fall von α = 0 wird allerdings die Übertragungsgrenzentfernung bei der Signalübertragung bei einer Bitrate von 10 Gb/s in dem Ausmaß verbessert, daß hierbei nur etwa eine Strecke von 10 km gewonnen wird.

Weiterhin nimmt im Falle von Elektroabsorptionshalbleitermodulatoren der äquivalente Chirp-Parameter alpha häufig einen Wert an, der zwischen +0,5 und +2 liegt, was dazu führt, daß die Übertragungsgrenzentfernung kürzer ist als in jenem Falle, wenn α = 0 ist. Kürzlich wurde berichtet, daß bei einem optischen Elektroabsorptionshalbleitermodulator der Zustand α < 0 dadurch erreicht werden kann, daß die Arbeitswellenlänge und die Spitzenwertwellenlänge der Exciton-Absorption näher zueinander gebracht werden als beim Stand der Technik (vgl. J.A.J. Fells et al, Electron Letters, Band 30, Juli 1994, Seiten 1168 bis 1169). Da dieses Verfahren eine Verringerung des Extinctionsverhältnisses und eine Erhöhung der Einfügungsdämpfung mit sich bringt, wird die Übertragungsgrenzentfernung nicht so groß wie erwartet.

Um die Einschränkungen der Übertragungsgrenzentfernung infolge einer derartigen Signalformdispersion aufzubrechen, wurden verschiedene Dispersionskompensationsverfahren vorgeschlagen. Die meisten sind jedoch kompliziert und teuer, und die "Strafe" in Bezug auf die optische Leistung ist hoch.

Das einfachste Verfahren ist eine Dispersionskompensation, bei welcher eine Faser mit einer inversen, großen Wellenlängendispersion angeschlossen wird. Es wurde eine Dispersionskompensationsfaser entwickelt, deren Wellenlängendispersion etwa -70 ps·km^-1·nm^-1 beträgt. Bei diesem Verfahren muß allerdings die Länge der optischen Faser um 25% mehr als die tatsächliche Übertragungsentfernung vergrößert werden. Wenn andererseits die Verstärkung des Faseroptikverstärkers erhöht wird, um eine Erhöhung der voranstehend erwähnten Verluste zu kompensieren, wird die "Strafe" in Bezug auf die Leistung größer, infolge erhöhten Rauschens.

Wie voranstehend geschildert ist es beim Stand der Technik schwierig, ein binäres, digitales Hochgeschwindigkeits-NRZ- Signal, dessen Bitrate 10 Gb/s oder mehr beträgt, über eine große Entfernung unter Verwendung einer optischen Faser mit großer Wellenlängendispersion zu übertragen. Obwohl eine Dispersionskompensation die Übertragungsgrenzentfernung erhöht, führt dies zu erhöhten Kosten und der Leistungseinbuße.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines optischen Übertragungssystems, eines optischen Übertragungsmoduls, eines optischen Modulators und eines Verfahrens zum Treiben eines optischen Modulators, welche es ermöglichen, ein binäres, digitales Hochgeschwindigkeits-NRZ-Signal, dessen Bitrate 10 Gb/s oder mehr beträgt, über einen lange Entfernung unter Verwendung einer optischen Faser mit großer Wellenlängendispersion zu übertragen, ohne die Kosten zu erhöhen und eine Leistungseinbuße hinnehmen zu müssen.

Gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Übertragungssystem zur Verfügung gestellt, welches einen optischen Sender zum Übertragen eines optischen Signals aufweist, einen optischen Modulator zum Modulieren der Intensität des optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal (NRZ: nonreturn- to-zero), und zur Ausgabe eines optischen Übertragungssignals; sowie eine Vorrichtung zum Liefern des elektrischen Signals, um hierdurch den optischen Modulator zu treiben, wobei die Vorrichtung eine Vorrichtung zur Einstellung der Signalform des elektrischen Signals aufweist, welches dem optischen Modulator zugeführt wird, so daß der Zeitpunkt, zu welchem das von dem optischen Modulator aus gegebene optische Signal einen Übergang von einem hohen Pegel (H) auf einen niedrigen Pegel (L) unternimmt, später liegt als ein Zeitpunkt, an welchem das optische Signal von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel übergeht; eine optische Faser mit Wellenlängendispersion zur Ausbreitung des von dem optischen Sender übertragenen Signallichts; und einen optische Empfänger zum Empfang des optischen Signals, das sich entlang der optischen Faser ausgebreitet hat, und zur Rückbildung eines elektrischen Signals aus dem optischen Signal.

Bei dem voranstehend geschilderten optischen Übertragungssystem kann die Einstellvorrichtung eine Zeitpunkteinstellschaltung zur Einstellung der Pegelübergangszeitpunkte aufweisen. Vorzugsweise weist die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Vornahme von Einstellungen auf solche Weise auf, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 15% oder mehr eines einzelnen Zeitschlitzes beträgt. Besonders bevorzugt weist die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Vornahme von Einstellungen auf solche Weise auf, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten im Bereich von 20% bis 40% liegt. Wenn die Bitrate des von dem optischen Sender übertragenen, optischen Signals B (Bit/s) beträgt, ist es in diesem Falle vorzuziehen, daß ein Entzerrerband in dem optischen Empfänger im Bereich von 0,8 B (Hz) bis 1,3 B (Hz) liegt.

Weiterhin liegt vorzugsweise ein effektiver Chirp-Parameter in dem optischen Modulator von -1 bis 0. Weiterhin kann die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Vornahme von Einstellungen auf solche Weise aufweisen, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten im Bereich von 15% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes liegt. Darüber hinaus kann der optische Empfänger eine Vorrichtung zur Messung einer Dispersionsbreite auf hohem Pegel und einer Dispersionsbreite auf niedrigem Pegel des elektrischen Signals nach einem Entzerrer und vor einer Entscheidungsschaltung aufweisen. In diesem Fall weist vorzugsweise die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Einstellung der Verzögerung zwischen den Zeitpunkten entsprechend den Werten der beiden Arten der Dispersionsbreite auf, die durch die Meßvorrichtung gemessen wird. Insbesondere ist es vorzuziehen, daß die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Einstellung der Verzögerung zwischen den Zeitpunkten auf solche Weise aufweist, daß die Dispersionsbreite auf hohem Pegel und die Dispersionsbreite auf niedrigem Pegel des elektrischen Signals nach dem Entzerrer und vor der Entscheidungsschaltung in dem optischen Empfänger einander gleich sind.

Gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Übertragungsmodul zur Verfügung gestellt, welches einen optischen Modulator zum Modulieren der Intensität eines optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal (NRZ: nonreturn- to-zero) aufweist; und eine Treiberschaltung zum Liefern des elektrischen Signals, um auf diese Weise den optischen Modulator zu treiben, wobei die Treiberschaltung eine Zeitpunkteinstellschaltung zur Einstellung der Signalform des elektrischen Signals aufweist, welches dem optischen Modulator zugeführt wird, so daß ein Zeitpunkt, bei welchem das von dem optischen Modulator ausgegebene, optische Signal einen Übergang von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel durchführt, später liegt als ein Zeitpunkt, an welchem das optische Signal einen Übergang vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel durchführt.

Bei dem optischen Übertragungsmodul weist vorzugsweise die Zeitpunkteinstellschaltung eine Vorrichtung zur Durchführung von Einstellungen auf solche Weise auf, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 50% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes beträgt. Weiterhin kann das Modul mit einer Eingangsklemme zur Eingabe eines Steuersignals versehen sein, um die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten bei der Zeitpunkteinstellschaltung zu kontrollieren.

Gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Modulator zum Modulieren der Intensität eines optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal (NRZ: nonreturn-to-zero) zur Verfügung gestellt, bei welchem die Arbeitswellenlänge, die Vorspannung, und die Modulationsspannungsamplitude des optischen Modulators so eingestellt sind, daß das Extinctionsverhältnis des optischen Modulators 10 dB oder mehr beträgt, und der Zeitpunkt, an welchem das von dem optischem Modulator ausgegebene, optische Signal vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel übergeht, später liegt als der Zeitpunkt, an welchem das optische Signal von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel übergeht.

Bei dem optischen Modulator kann die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes betragen. Vorzugsweise liegt die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten in einem Bereich von 20% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes.

Vorzugsweise sind die Arbeitswellenlänge, die Vorspannung, und die Modulationsspannungsamplitude so eingestellt, daß ein äquivalenter Chirp-Parameter in der optischen Faser im Bereich von 0 bis -1 liegt. Alternativ hierzu werden vorzugsweise die Arbeitswellenlänge, die Vorspannung, und die Modulationsspannungsamplitude so eingestellt, daß ein äquivalenter Chirp-Parameter in der optischen Faser im Bereich von +2 bis +3,5 liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines optischen Übertragungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus einer Übergangszeitpunkteinstellschaltung, die in einem optischen Sender vorgesehen ist, der das optische Übertragungssystem gemäß Fig. 1 bildet;

Fig. 3A bis 3D Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Übergangszeitpunkteinstellschaltung von Fig. 2;

Fig. 4 ein Diagramm der Abhängigkeit des Ausgangssignals eines optischen Modulators von der angelegten Spannung, wobei der optische Modulator in einem integrierten Modul vorgesehen ist, welches das optische Übertragungssystem von Fig. 1 bildet;

Fig. 5A bis 5F entzerrte Augenmuster an jedem Punkt auf einer nicht-dispersiosverschobenen optischen Faser bei einer Bitrate von 10 Gb/s auf solche Weise, daß der Fall des optischen Übertragungssystems von Fig. 1 mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem verglichen wird;

Fig. 6 das Augenschließverhältnis eines NRZ-Signals mit 10 Gb/s nach Übertragung durch eine optische Faser mit einer Wellenlängendispersion von 17 ps·km^-1·nm^-1 auf solche Weise, daß der Fall des optischen Übertragungssystems von Fig. 1 mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem verglichen wird;

Fig. 7 die Beziehung zwischen dem Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt und der Übertragungsgrenzentfernung in dem optischen Übertragungssystem von Fig. 1;

Fig. 8 die Beziehung zwischen der Entzerrerbandbreite und der Übertragungsgrenzentfernung mit dem Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt als Parameter, in dem optischen Übertragungssystem von Fig. 1;

Fig. 9 schematisch den Aufbau eines optischen Übertragungssystems (eines Wellenlängenunterteilungs-Multiplexnetzwerks) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 schematisch den Aufbau eines optischen Übertragungsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11A bis 11D den Unterschied zwischen Augenmustern bei einer Übertragung über 100 km als Ergebnis der Differenz zwischen äquivalenten Chirp- Parametern α in einem Fall, in welchem eine Faseroptikübertragung unter Verwendung eines Verfahrens zum Treiben eines optischen Modulators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;

Fig. 12 die Differenz zwischen den Augenschließverhältnissen als Ergebnis der Differenz zwischen äquivalenten Chirp- Parametern α in einem Fall, in welchem eine Faseroptikübertragung unter Verwendung des Verfahrens zum Treiben eines optischen Modulators gemäß der vierten Ausführungsform durchgeführt wird;

Fig. 13 die Differenz zwischen den Augenschließverhältnissen als Ergebnis der Differenz zwischen äquivalenten Chirp- Parametern α in einem Fall, in welchem eine Faseroptikübertragung unter Verwendung eines konventionellen Verfahrens zum Treiben eines optischen Modulators durchgeführt wird, welches sich von dem Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators bei der vierten Ausführungsform unterscheidet; und

Fig. 14A und 14B schematisch Änderungen der Übergangszeitpunktverschiebungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Vor einer Erläuterung von Ausführungsformen wird zuerst im einzelnen das grundlegende Konzept erläutert, welches den Ausführungsformen zugrundeliegt.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Zeitpunkt, an welchem das Ausgangssignal des optischen Modulators von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel übergeht, später gewählt wird als der Zeitpunkt, an welchem das Ausgangssignal des optischen Modulators von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel übergeht.

Hierbei wird angenommen, daß ein Pegel mit einer hohen optischen Leistung durch " 1" bezeichnet wird, und ein Pegel mit einer niedrigen optischen Leistung durch "0". Da die Modulation Seitenbänder in dem optischen Spektrum hervorruft, selbst wenn der Chirp-Parameter gleich 0 ist, kann eine Änderung der Impulssignalform infolge des Effekts der Wellenlängendispersion während der Faseroptikübertragung nicht vermieden werden. Da sich das Spektrum in der Nähe der Übergangsperiode ausbreitet, wenn sich die optische Leistung ändert, neigt die Signalform besonders während der Übergangsperiode zu einer Änderung. Der Fuß der Impulse verbreitert sich daher, wogegen die Spitze der Impulse enger wird. Dieser Effekt wird besonders deutlich, wenn nur ein Schlitz "0" in aufeinanderfolgenden Pegeln "1" vorhanden ist ("1 . . . 1 0 1 . . . 1"), oder wenn nur ein Schlitz "1" in aufeinanderfolgenden Pegeln "0" vorhanden ist ("0 . . . 0 1 0 0").

Das Ausmaß dieses Effekts ist in den beiden genannten Fällen jedoch nicht gleich; es handelt sich um den letztgenannten Fall, der die Übertragungsgrenzentfernung beschränkt. Da die optische Leistung nahe dem Spitzenwert größer ist als die optische Leistung am Fuß, selbst im Übergangszustand, ist die Größe der Energie hoch, die sich bei der Übertragung unter dem Einfluß der Wellenlängendispersion verschiebt. Dies führt dazu, daß dann, wenn die Form des elektrischen Signals beobachtet wird, nachdem das Signal, das infolge seiner Ausbreitung über eine Faser verzerrt wurde, welche eine Wellenlängendispersion aufweist, empfangen und entzerrt wurde, die Pegelverbreiterung bei "1" größer ist als im Falle "0".

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dann, wenn ein Muster einer Änderung von "01" oder "10" vorhanden ist, eine solche optische Modulation durchgeführt wird, daß die Dauer eines Schlitzes "1" neben einem Schlitz "0" länger ausgebildet wird als jene des Schlitzes "0", und zwar dadurch, daß der Zeitpunkt früher gewählt wird, an welchem die Pegeländerung von "0" auf "1" erfolgt, oder der Zeitpunkt später gewählt wird, an welchem die Pegeländerung von "1" auf "0" auftritt, oder beides erfolgt, wodurch ein Abfall des Pegels in dem Schlitz "1" neben dem Schlitz "0" infolge der Wellenlängendispersion unterdrückt wird. Obwohl hierdurch der Pegel des Schlitzes "0" neben dem Schlitz "1" nach der Übertragung erhöht wird, wodurch die Pegelverbreiterung bei "0" der entzerrten Signalform verschlechtert wird, wird die Pegelverbreiterung bei "1", welche die Übertragungsgrenzentfernung beschränkt, kleiner.

In der Nähe des Punktes, an welchem die Pegelverbreiterung bei "0" und bei "1" nach der Entzerrung beinahe einander gleich sind, ist die Anpassung mit der Augenmaske die beste (die Spur kommt in der Augenmaske zur Anpassung). Obwohl sie durch die Übertragungsentfernung und die Eigenschaften des optischen Modulators beeinflußt wird, wird die Asymmetrie der Schlitze "1" und "0" der entzerrten Signalform wesentlich verbessert, wodurch die Übertragungsgrenzentfernung länger wird, wenn der Zeitpunkt, an welchem das optische Ausgangssignal von "1" auf "0" übergeht, um 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes gegenüber dem Zeitpunkt verzögert wird, an welchem das optische Ausgangssignal einen Übergang von "0" auf "1" durchführt. Wenn der Zeitpunkt im Bereich von 20% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes verzögert wird, kann die Übertragungsgrenzentfernung maximiert werden.

Bei dem optischen Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Einschränkungen für die Entzerrerbandbreite des Empfängers stark, verglichen mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem. Beträgt die Bitrate des übertragenen optischen Signals B (Bit/s), wird die Übertragungsgrenzentfernung wesentlich verbessert, wenn die Entzerrerbandbreite des optischen Empfängers zwischen 0,8 B (Hz) und 1,3 B (Hz) liegt. Wenn das Band diesen Bereich überschreitet, verschlechtert sich die Übertragungsgrenzentfernung deutlich. Wenn der effektive Chirp-Parameter α des optischen Modulators im Bereich von -1 bis 0 liegt, findet eine geeignete Impulskompensation statt, was vorzuziehen ist. Obwohl sich derselbe Effekt beim Stand der Technik findet, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verlängerung der Übertragungsgrenzentfernung. Der Grund hierfür wird später genauer erläutert.

Im Falle eines optischen Übertragungssystems, in welchem sich die Zustände bei der optischen Übertragung stark ändern, beispielsweise bei einem optischen Netzwerk, welches optische Signale überträgt, während die Verbindung zwischen Knoten umgeschaltet wird, muß das Ausmaß der Verzögerung variabel gemacht werden, so daß die Pegelverbreiterung bei "1" und jene bei "0" des elektrischen Signals nach der Entzerrung und vor der Entscheidung so eingestellt werden kann, daß die beste Anpassung an die Augenmaske erreicht wird (um so zu ermöglichen, daß die Spur gut in die Augenmaske paßt), unabhängig von den Übertragungsbedingungen. Der optimale Empfangszustand kann unabhängig von Änderungen der Übertragungsbedingungen insbesondere dadurch erzielt werden, daß der Übergangszeitpunkt so eingestellt wird, daß die Pegelverbreiterung bei "0" und jene bei "1" nach der Entzerrung ein bestimmtes Verhältnis aufweisen. Im allgemeinen ist in der Nähe des Punktes, an welchem die Pegelverbreiterung bei "0" und jene bei "1" nach der Entzerrung einander gleich sind, die Anpassung an die Augenmaske am besten, wodurch der optimale Empfangszustand realisiert wird.

Die voranstehend geschilderte Transformation der Treibersignalform kann in einer der Schaltungen des optischen Senders oder in einem optischen Übertragungsmodul durchgeführt werden. Bei einem konventionellen optischen Übertragungsmodul, welches eine mit einer Uhr synchronisierte Treiberschaltung aufweist, wird selbst dann, wenn die Treibersignalform außerhalb des Moduls verzerrt wurde, diese innerhalb des Moduls zurück in die ursprüngliche Signalform verwandelt. Um daher den Übergangszeitpunkt außerhalb des Moduls zu verschieben, ist es erforderlich, in der Schaltung geeignete Vorkehrungen zu treffen, so daß die Übergangszeitpunktsverschiebung an den optischen Modulator übertragen werden kann, unabhängig von dem Takt- oder Uhrimpuls. Wenn die Treibersignalform innerhalb des Moduls transformiert wird, kann die optimale Einstellung, die für die Situation jedes Übertragungssystems geeignet ist, dadurch erzielt werden, daß eine Eingangsklemme vorgesehen wird, an welche ein Signal angelegt wird, um die Übertragungszeitpunktsverschiebungen von "01" und "10" einzustellen. Zusätzlich zu der voranstehend geschilderten Verwendung bei einem Netzwerk kann in einem Fall, in welchem sich die Dispersionseigenschaften infolge von Temperaturänderungen ändern, der optimale Zustand ständig dadurch aufrechterhalten werden, daß die Differenz zwischen der Verbreiterung im Pegel "0" und jener im Pegel "1" von dem optische Empfänger zum optischen Sender rückgekoppelt wird.

Auch bei der vorliegenden Erfindung ist dann, wenn der Chirp- Parameter α auf einen kleinen negativen Wert eingestellt ist, die Übertragungsgrenzentfernung am längsten. Wenn jedoch ein optischer Elektroabsorptionshalbleitermodulator verwendet wird, ist es schwierig, den äquivalenten Chirp-Parameter α kleiner zu machen. Genauer gesagt ist es erforderlich, die Wellenlängenänderung zwischen dem Signal und dem Spitzenwert der Excitonenabsorption zu verringern, oder in einem Spannungsbereich zu verwenden, in welchem die Verluste groß sind. Auf jeden Fall ergibt sich eine Erhöhung der "Strafe" aus einer Verringerung des Extinctionsverhältnisses oder einer Erhöhung der Einfügungsverluste. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Übertragungsgrenzentfernung erheblich größer als dann, wenn einfach der Chirp-Parameter α auf einen kleinen negativen Wert eingestellt wird.

Nunmehr wird ein Fall betrachtet, in welchem ein Muster "010" durch einen optische Modulator mit α = 0 bis -1 moduliert wird, unter Verwendung eines konventionellen Treiberverfahrens, und das modulierte Signal dazu gezwungen wird, sich auf einem optischen Übertragungspfad auszubreiten, der eine anomale Dispersion aufweist. Da zuerst ein Impulskompressionseffekt infolge des Signalform-Chirpeffekts und der anomalen Dispersion erzielt wird, ist die Dämpfung des Spitzenwerts über einen erheblich größeren Bereich als die bestimmte Entfernung kleiner als dann, wenn α = 0 ist. Wenn die Entfernung die bestimmte Entfernung überschreitet, wird die Dämpfung des Impulses erneut größer, da sich die Energie der Wellenlängen-Chirpkomponenten zu anderen Orten als jenem der Impulsspitze bewegt. Wenn ein optischer Modulator mit α = 0 bis -1 durch das Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung getrieben wird, ist die Impulsmusterbreite größer bei der Übertragung eines Musters "010" als dann, wenn er durch ein konventionelles Treiberverfahren getrieben wird, mit dem Ergebnis, daß die Entfernung größer wird, über welche sich die Energie der Wellenlängen-Chirpkomponenten ausbreitet, bis sie die Impuls-Spitzenposition erreicht. Bei dem Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung dauert nämlich der Effekt der Impulskompression weit über die konventionelle Übertragungsgrenzentfernung an, so daß das Ausmaß der Verbesserung bezüglich der Übertragungsgrenzentfernung durch Verwendung eines optischen Modulators mit α = 0 bis -1 wesentlich ansteigt, verglichen mit dem konventionellen Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators.

Der Grund dafür, daß die vorliegende Erfindung besonders empfindlich auf die Entzerrerbandbreite des Empfängers ist, liegt daran, daß die Erfindung den Impulskompressionseffekt sehr gut nutzt. Wenn nämlich das Entzerrerband zu schmal ist, kann kein ausreichender Impulskompressionseffekt erzielt werden; wenn im Gegensatz hierzu das Entzerrerband zu breit ist, führt der Impulskompressionseffekt zu einem zu großen Spitzenwert.

Wenn der Chirp-Parameter α im Bereich von +1 bis +1,5 liegt, verbreitert sich der Impuls infolge des Wellenlängen- Chirpeffekts und der anomalen Dispersion, was zu der schlechtesten Übertragungsgrenzentfernung führt. In diesem Fall steigt der Pegel eines Schlitzes "0" neben einem Schlitz "1" am meisten an, wodurch die gegenseitige Störung von Codes verschlimmert wird. Wenn der Chirp-Parameter α größer wird, und einen Wert von etwa +2,5 erreicht, wird die Übertragungsgrenzentfernung erneut größer, da die Gesamtbreite des Pegels "0" größer wird, jedoch die Erhöhung des Pegels "0" neben dem Pegel "1" unterdrückt wird. Die Energie, die infolge des Wellenlängen-Chirpeffekts und der Dispersion verschoben wird, konzentriert sich nämlich nicht auf einen bestimmten Entscheidungspunkt, sondern breitet sich insgesamt aus, wodurch die Verbreiterung des Pegels an dem Entscheidungspunkt unterdrückt wird. Da die vorliegende Erfindung auf der Annahme beruht, daß die Verbreiterung des Pegels "0" nach der Übertragung einen ausreichenden Spielraum aufweist, wird der größte Effekt bei α = 0 bis -1 erzielt. Selbst bei (x = +2 bis +3.5 kann allerdings ein ausreichend starker Effekt erhalten werden. Hierbei muß in jedem Fall zur Unterdrückung der Verbreiterung des <Pegels "0" das Extinctionsverhältnis ausreichend groß sein ( 10 dB).

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Übertragungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische Übertragungssystem bei dieser Ausführungsform weist einen optischen Sender 100 auf, eine nicht-dispersionsverschobene optische Faser 101 (mit einer Wellenlängendispersion von 17 ps·km^-1·nm^-1), sowie einen optischen Empfänger 102. Obwohl ein Steuersystem und ein Überwachungssystem erforderlich sind, sind diese zur Erleichterung der Beschreibung und damit zur Verdeutlichung der Erfindung weggelassen.

Die Hauptbestandteile des optischen Senders 100 umfassen eine Signalvorbearbeitungseinheit 1, eine Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2, eine Treiberschaltung 3, und einen optischen Modulator 4 mit integriertem Lichtquellenmodul. Die Vorbearbeitungseinheit 1 führt eine Multiplexbearbeitung und Kodierung auf solche Weise durch, daß das Eingangssignal in eine Form umgewandelt werden kann, die zur Faseroptikübertragung geeignet ist, und liefert an die Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 ein binäres, digitales NRZ-Signal, dessen Bitrate 10 Gb/s beträgt. Die Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 stellt den Übergangszeitpunkt der Treibersignalform so ein, daß der Zeitpunkt, an welchem das modulierte optische Ausgangssignal einen Übergang von "0" auf "1" durchführt, und der Zeitpunkt, an welchem das Ausgangssignal einen Übergang von "1" auf "0" durchführt, um eine vorbestimmte Zeit in Bezug auf einen Standard-Zeitschlitz verschoben werden können. Das Ausgangssignal der Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 wird in der Treiberschaltung 3 bearbeitete die aus einer üblichen Hochgeschwindigkeits-Hochleistungsverstärkerschaltung und einer Vorspannungseinstellschaltung besteht, so daß die Spannung eines Zustands "1" und jene eines Zustands "0" bestimmte Werte annehmen können, und das sich ergebende Signal in den optischen Modulator 4 mit integriertem Lichtquellenmodul eingegeben wird. Der Übergangszeitpunkt der Treibersignalform ändert sich kaum, selbst nachdem das Signal durch die Treiberschaltung 3 hindurchgegangen ist.

Der optische Modulator 4 mit integriertem Lichtquellenmodul enthält ein Halbleiterelement 7, in welches ein Singlemode- Halbleiterlaser 5 und ein optischer Elektroabsorptionshalbleitermodulator 6 monolitisch integriert sind, einen Anpassungswiderstand 8 für ein Treibersignal, ein Temperaturmeßelement 9, eine Peltier- Kühlvorrichtung 10, eine Photodiode 11 zur Überwachung der Laserausgangsleistung, und ein optisches Ausgabesystem 12 einschließlich eines optischen Isolators und Linsen. Das modulierte Licht wird an einem Faser-Pferdeschwanz 13 ausgegeben. Eine extern vorgesehene Temperatureinstellschaltung 14 und eine Laserausgangsleistungsstabilisierschaltung 15 stabilisieren die Ausgangswellenlänge und die optische Ausgangsleistung.

Der optische Elektroabsorptionshalbleitermodulator 6 weist eine Bandbreite von 20 Ghz oder mehr auf und folgt ausreichend einem Treibersignal, dessen Bitrate gleich 10 Gb/s beträgt, da er an das Signal durch die Verwendung der Streifenleitung und des Anpassungswiderstands 8 angepaßt ist. Infolge der Tatsache, daß die Treibersignalform in der Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 bearbeitet wird, wird das Signal so ausgegeben, daß der Übergangszeitpunkt des Signallichts um einen bestimmten Zeitraum gegenüber dem Standard-Zeitschlitz verschoben ist. Da die Eingangs/Ausgangscharakteristik des optischen Elektroabsorptionshalbleitermodulators nicht linear ist, gibt es einen kleinen Unterschied in Bezug auf den Übergangszeitpunkt zwischen der Treibersignalform und der modulierten optischen Signalform.

Nachdem das von dem optischen Modulator 4 mit integriertem Lichtquellenmodul aus gegebene optische Signal in einem optischen Booster-Verstärker 16 verstärkt wurde, wird es einer Faseroptik 101 zugeführt, und von dem optischen Empfänger 102 empfangen. Der optische Empfänger 102 bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich nicht von einem konventionellen optische Empfänger, und seine Entzerrerbandbreite ist auf 10 Ghz eingestellt.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus der Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2, die in dem optischen Sender 100 vorgesehen ist, welcher das optische Übertragungssystem von Fig. 1 bildet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 eine Signalwandlerschaltung 21 auf, die ein Signal in eine trapezförmige Signalform umwandelt, einen Hochgeschwindigkeitskomparator 22, und eine Schwellenwerteinstellschaltung, welche den Schwellenwert des Hochgeschwindigkeitskomparators 22 einstellt. Die Ausgangssignale der Signalwandlerschaltung 21 und der Schwellenwerteinstellschaltung 23 werden dem Hochgeschwindigkeitskomparator 22 zugeführt.

Die Fig. 3A bis 3D sind Zeitablaufdiagramme, die zur Erläuterung des Betriebs der Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 von Fig. 2 verwendet werden. Fig. 3A zeigt das Eingangssignal für die Schaltung 21. Fig. 3B zeigt das Eingangssignal des Hochgeschwindigkeitskomparators 22. Fig. 3C zeigt das Ausgangssignal des Hochgeschwindigkeitskomparators 22. Fig. 3D zeigt das Ausgangssignal des optischen Modulators 6.

Durch Einstellung des Schwellenwertes des Hochgeschwindigkeitskomparators 22 in der Schwellenwerteinstellschaltung 23 von Fig. 2 können der Übergangszeitpunkt von "01" und jener von "10" um Δt für jeden Zeitschlitz verschoben werden. Wenn das Komparatorausgangssignal durch die Treiberschaltung 3 verstärkt und an den optischen Modulator 6 angelegt wird, wird eine optische Ausgangssignalform erhalten, bei welcher der Übergangszeitpunkt von "01" und jener von "10" um AT verschoben sind, wie in Fig. 3D dargestellt ist. Infolge des nicht-linearen Verhaltens des optischen Modulators 6 ist Δt geringfügig gegenüber ΔT verschoben.

Der optische Modulator, der bei dieser Ausführungsform verwendet wird, ist ein-optischer Elektroabsorptionshalbleitermodulator 6, der QCSE (den Quantenbegrenzungs-Starkeffekt) eines Quantengrabens verwendet, der die in Fig. 4 gezeigte Spannungscharakteristik aufweist. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird der Chirp-Parameter α eines kleinen Signals negativ, wenn die Sperr-Vorspannung groß ist. Durch Einstellung einer angelegten Spannung entsprechend "1" bei 1,5 V und einer Sperr-Vorspannung entsprechend "0" bei 4,5 V kann das Extinctionsverhältnis auf 15 dB oder mehr eingestellt werden, und kann der äquivalente Chirp-Parameter α bei einer Übertragung über große Entfernungen bei einer Bitrate von 10 Gb/s auf einen kleinen negativen Wert (-0,2 bis -0,5) eingestellt werden.

Die Fig. 5A bis 5F zeigen entzerrte Augenmuster an jedem Punkt auf einer nicht-dispersionsverschobenen optischen Faser (Wellenlängendispersion von 17 ps·km^-1·nm^-1) bei einer Bitrate von 10 Gb/s auf solche Weise, daß der Fall des optischen Übertragungssystems von Fig. 1 mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem verglichen wird.

Hierbei entsprechen die Fig. 5A bis 5C dem optischen Übertragungssystem von Fig. 1. Die Fig. 5D bis 5F entsprechen einem konventionellen Übertragungssystem. Der konventionelle optische Sender weist einen solchen Aufbau auf, wie er durch Entfernen der Übergangszeitpunkteinstellschaltung 2 von dem optischen Sender von Fig. 1 und Verbinden des Vorbearbeitungsabschnitts 1 direkt mit der Treiberschaltung 3 erhalten wird. Die Fig. 5A und 5D zeigen die Muster des Ausgangssignals des optischen Senders. Die Fig. 5B und 5E zeigen entzerrte Muster an einem 75 km entfernten Punkt nach dem Empfang. Die Fig. 5C und 5F zeigen entzerrte Muster an einem 100 km entfernten Punkt nach dem Empfang.

Das Ausgangssignal des optischen Senders bei der vorliegenden Ausführungsform ist so eingestellt, daß der Zeitpunkt des Übergangs "01" um 19 ps früher eingestellt ist, und der Zeitpunkt von "10" um 19 ps verzögert ist. Es wird angenommen, daß der Übergangszeitpunkt als der Zeitpunkt definiert ist, wenn die optische Leistung an dem Punkt in der Mitte zwischen dem Pegel "1" und dem Pegel "0" von CW (Dauerstrichsignal) erreicht wurde. Der Zeitpunkt des Übergangs "10" ist um 38% eines einzigen Zeitschlitzes (100 ps) gegenüber dem Zeitpunkt des Übergangs "01" verzögert. Der Vergleich von Augenmustern nach der Übertragung über eine nicht-dispersionsverschobene optische Faser zeigt, daß die Verwendung des konventionellen optischen Übertragungssystems die Verbreiterung des Pegels "1" vergrößert, wogegen die Verwendung des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verbreiterung des Pegels "0" vergrößert, jedoch die Verbreiterung von "1" verringert, was zu einer Verbesserung des Gleichgewichts führt.

Fig. 6 zeigt den Unterschied des Augenschließverhältnisses nach der Entzerrung bei der Übertragung eines binären digitalen NRZ-Signals mit 10 Gb/s über eine optische Faser mit einer Wellenlängendispersion von 17 ps·km^-1·nm^-1 auf solche Weise, daß der Fall des optischen Übertragungssystems von Fig. 1 mit einem konventionellen optischen Übertragungssystem verglichen wird. In diesem Fall stellt das Augenschließverhältnis das Verhältnis der minimalen Augenöffnung in einem Entscheidungszeitfenster zur mittleren Pegeldifferenz zwischen "1" und "0" dar. In der Figur bezeichnet die durchgezogene Linie das Ergebnis der optischen Übertragung durch das optische Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und die gestrichelte Linie b das Ergebnis der optischen Übertragung durch das konventionelle optische Übertragungssystem. Die Markierung X bezeichnet einen Augenmaskenausfallpunkt.

Die Verwendung des optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beeinträchtigt die Augenöffnung für eine Übertragung über kurze Entfernungen geringfügig, verbessert jedoch die Augenöffnung nach einer Übertragung über große Entfernungen wesentlich. Wie sich aus dem Augenmaskentest ergibt, wird die Übertragungsgrenzentfernung von 52,5 km auf 95 km oder mehr verbessert. Der Grund dafür, daß die Übertragungsgrenzentfernung beinahe verdoppelt ist, obwohl die Größe der Augenöffnung nicht so stark verbessert ist, liegt daran, daß die Symmetrie zwischen "1" und "0" in dem Augenmuster verbessert wurde, was die Anpassung an die Augenmaske verbessert.

In dem Beispiel hat die Spur oder der Abdruck einmal die Augenmaske in den Übertragungsentfernungen überschritten, die von 65 bis 85 km reichen, paßt jedoch erneut in die Augenmaske bei Entfernungen, die größer als dieser Bereich sind. Der Grund dafür, daß die Spur die Augenmaske in dem Übertragungsbereich von 65 bis 85 km überschreitet, liegt daran, daß die Energie des Pegels "1" infolge der Impulskompression höher ist, so daß der Pegel von "1" neben "0" bei Übertragungsentfernungen in diesem Bereich, insbesondere der Pegel "1" eines Musters "010", zu stark ansteigen kann. Eine erheblich größere Dispersion führt dazu, daß sich die Energie von Signalform-Chirpkomponenten zur entgegengesetzten Seite des Spitzenwerts hin verschiebt, was die Impulsbreite vergrößert, mit dem Ergebnis, daß die Spur erneut in die Augenmaske paßt. Wenn die Übertragungsentfernung etwa 75 km beträgt, kann eine in die Augenmaske passende Signalform dadurch erhalten werden, daß das Ausmaß der Verschiebung des Übergangszeitpunktes um 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes verschoben wird. Daher ändert sich das optimale Ausmaß der Verschiebung entsprechend der Übertragungsentfernung (der gesamten Dispersion). Darüber hinaus ändert sich auch das optimale Ausmaß der Verschiebung geringfügig, abhängig von dem Muster.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt und der Übertragungsgrenzentfernung in dem optischen Übertragungssystem von Fig. 1. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die Übertragungsgrenzentfernung maximal, wenn die Zeitpunktverschiebungsbeträge Δt von "01" und "10" in dem Bereich von 20 ps bis 40 ps liegen (20% bis 40% des Standardzeitschlitzes).

Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Empfangsentzerrungsband und der Übertragungsgrenzentfernung mit dem Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt als Parameter in dem optischen Übertragungssystem von Fig. 1.

Wie aus der Figur hervorgeht, wird die Übertragungsgrenzentfernung nicht größer, da der Spitzenwert des Musters "010" niedrig ist, wenn der Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt negativ ist (-12%) Wenn die Schärfe des Impulses durch Verbreiterung des Empfangsbandes vergrößert wird, wird die Übertragungsgrenzentfernung verbessert, jedoch ist das Ausmaß der Verbesserung gering. Wenn der Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt positiv ist und etwa +10% (+8% bei dem dargestellten Beispiel), wird die Übertragungsgrenzentfernung verbessert, was die Abhängigkeit von dem Empfangsband verringert. Wenn der Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag Δt von +15% auf +40% erhöht wird (in der Figur sind die Fälle für 18%, 28% und 38% gezeigt), bei dieser Ausführungsform, wird die Übertragungsgrenzentfernung nur dann wesentlich verbessert, wenn das Empfangsband annähernd gleich der Bitrate B gemacht wird. Da eine zu starke Vergrößerung des Empfangsbandes die Schwingungskomponenten infolge einer zu starken Impulskompression erhöht, sinkt die Übertragungsgrenzentfernung schnell ab. Eine weitere Vergrößerung des Übergangszeitpunktverschiebungsbetrages Δt führt dazu, daß der Fuß des Impulses den Pegel "0" erhöht, was dazu führt, daß die Übertragungsgrenzentfernung schnell abnimmt.

Wie voranstehend geschildert ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Übertragungsgrenzentfernung sehr stark von der Entzerrungsbandbreite abhängig. Um die Übertragungsgrenzentfernung durch Einstellung des Übergangszeitpunktverschiebungsbetrages Δt auf +20% bis +40% zu maximieren, muß das Empfangsentzerrungsband auf einen Bereich eingestellt werden, der das 0,8- bis 1,3-fache der Bitrate beträgt.

Es ist ebenfalls möglich, so vorzugehen, daß die Treiberschaltung den Zeitpunkt selbst einstellen kann, an welchem die Treibersignalform einen Übergang durchführt, ohne die Zeitpunkteinstellschaltung vorzusehen.

Zweite Ausführungsform

Nachstehend wird ein optisches Übertragungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 9 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Übertragungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie aus der Figur hervorgeht, bildet das optische Übertragungssystem ein Wellenlängenunterteilungsnetzwerk, in welchem mehrere Knoten 30, die einen Add-Drop- Multiplexbetrieb durchführen, miteinander über eine Faseroptikschleife 31 verbunden sind. Jeder Knoten 30 weist einen optischen Sender 32 auf, einen optischen Multiplexer 33, der das von dem optischen Sender 32 ausgesandte Licht an die Faseroptikschleife 31 anschließt, einen optischen Empfänger 34, und einen-optischen Demultiplexer 35, der nur einen Strahl mit einer bestimmten Wellenlänge zum optischen Empfänger abzweigt. Optische Verstärker 36 sind in bestimmten Abständen eingefügt. Der Aufbau des optischen Senders ist beinahe ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß ein in der Wellenlänge abstimmbarer Laser als Halbleiterlaserlichtquelle verwendet wird, und daß der Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag in der Übergangszeitpunkteinstellschaltung in dem Bereich von 0% bis 40% eines Zeitschlitzes geändert werden kann.

Der optische Empfänger 32 an dem Übertragungsknoten 30a wählt eine Wellenlänge λb aus, die dem Empfangsknoten 30b des Adressaten zugeordnet ist, und schickt das modulierte Signallicht an die Faseroptikschleife 31. Am Empfangsknoten 30b empfängt der optische Empfänger 34 nur einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von λb. Es wird angenommen, daß nach der Übertragung von Licht zum Empfangsknoten 30b das Licht dann an den Knoten 30c übertragen wird. Der optische Sender ändert die Wellenlänge von λb auf λc und überträgt Licht. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Wellenlänge für jeden Adressatenknoten festgelegt. Wenn man die Empfangsseite mit einer Wellenlängenauswahlfunktion ausstattet, so ermöglicht dies den Aufbau eines flexiblen, sehr gut verfügbaren Netzwerks.

Bei einem derartigen Netzwerk ändern sich die Übertragungsentfernung und die Wellenlänge von einer Kombination von Sende- und Empfangsknoten zur nächsten. Wie bezüglich der ersten Ausführungsform erläutert wurde, ändert sich der optimale Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag, abhängig von der Gesamtdispersion, oder von der Übertragungsentfernung und der Wellenlänge. Bei der zweiten Ausführungsform ist der optische Sender 32 so ausgelegt, daß er den Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag für jede Kombination von Sende- und Empfangsknoten einstellt.

Genauer gesagt wird vor Beginn einer Signalübertragung ein Versuchsmuster übertragen. An dem Empfangsknoten 30b überwacht der optische Empfänger 34 die Verbreiterungen des Pegels "1" und "0" der Empfangsentzerrungssignalform und koppelt das Ergebnis an den optischen Sender 32 am Übertragungsknoten 30a zurück. Der optische Sender 32 stellt den Verschiebungsbetrag des Übergangszeitpunkts so ein, daß die Verbreiterungen des Pegels "1" und "0" des überwachten, entzerrten Signals praktisch einander gleich sind. Sobald Daten für jeden Adressatenknoten (oder für jede Wellenlänge) gesammelt wurden, ist es nicht erforderlich, Einstellungen unter Verwendung des Versuchsmusters bei der zweiten Übertragung oder später vorzunehmen, sondern das Ausmaß der Verschiebung kann entsprechend den gespeicherten Daten eingestellt werden. Selbstverständlich ist es möglich, automatische Einstellungen jederzeit entsprechend einer Änderung des Zeitpunkts oder einer Änderung des Trends des Signalmusters durchzuführen.

Dritte Ausführungsform

Nachstehend wird in optisches Übertragungsmodul entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Da bei einem Hochgeschwindigkeitssignal, dessen Bitrate etwa 10 Gb/s beträgt, ein Impedanzanpassungsproblem auftritt, weist das Modul vorzugsweise eine Treiberschaltung auf, um die Übertragungsentfernung des geformten und verstärkten Treiberschaltungsausgangssignals zu einem optischen Modulator so kurz wie möglich auszubilden. Eine konventionelle Signalformungsschaltung ist vom Taktsynchronisationstyp und weist keine Übergangszeitpunktverschiebungsfunktion auf.

Fig. 10 zeigt den Aufbau des optischen Übertragungsmoduls gemäß der dritten Ausführungsform. Das optische Übertragungsmodul weist einen Optikmodulator-Treiber-IC 41 auf, der mit einer Übergangszeitpunktverschiebungsfunktion versehen ist. Ein Pufferverstärker 42 in der Eingangsstufe des IC formt die Signalform durch Taktsynchronisierung. Der Pufferverstärker 42 gibt eine annähernd trapezförmige Signalform aus, deren Anstiegszeit und Abfallzeit jeweils 60 ps beträgt. Das Ausgangssignal wird in einen Hochgeschwindigkeitskomparator 43 eingegeben. Der Hochgeschwindigkeitskomparator 43 ist so ausgelegt, daß sein Schwellenwert durch eine externe Spannung gesteuert werden kann, und gibt eine annähernd rechteckförmige Treibersignalform aus, bei welcher der Übergangszeitpunkt um einen bestimmten Wert verschoben ist.

Überschwingen und Jitter des Ausgangssignals des Pufferverstärkers 42 sind ausreichend stark unterdrückt, wodurch eine stabile Übergangszeitpunktverschiebung im Bereich von ±20 ps ermöglicht wird (was 40% des Standardzeitschlitzes bezüglich der Übergangszeitpunktdifferenz zwischen "01" und "10" entspricht). Ein Ausgangsverstärker 45 mit einer hohen Treiberkapazität verstärkt nicht nur das Ausgangssignal eines Komparators 43, sondern überlagert darüber hinaus eine bestimmte Gleichspannung dem verstärkten Signal, und treibt den optischen Modulator 6. Im übrigen ist der innere Aufbau des Moduls beinahe ebenso wie bei dem optischen Übertragungsmodul 4, das bei dem optischen Sender gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, und insoweit erfolgt hier keine erneute Beschreibung.

Der Betriebsablauf und die Wirkungen der dritten Ausführungsform sind beinahe ebenso wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform. Da der Übergangszeitpunktverschiebungsbetrag durch die Spannung geändert werden kann, die an die Steueranschlußklemme 44 angelegt wird, kann der Betrag optimal an ein zu verwendendes System angepaßt werden, was zu hoher Flexibilität führt.

Vierte Ausführungsform

Nachstehend werden ein optischer Modulator und ein Verfahren zum Treiben dieses Modulators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Bei der vierten Ausführungsform wird ein LiNbO₃-Mach- Zehndermodulator für die Lichtintensitätsmodulation verwendet. Bekanntlich kann bei einem Mach-Zehndermodulator der Chirp-Parameter α dadurch angepaßt werden, daß Vorspannungen und Modulationsspannungen von zwei Zweigen eingestellt werden. Differenzmodulationssignale werden an die Elektroden der beiden Zweige angelegt. Hierbei werden die Treibersignalformen auf den jeweiligen Zweigen synchron zueinander umgewandelt, so daß der Übergangszeitpunkt "01" und der Übergangszeitpunkt "10" um 38 ps gegeneinander verschoben werden, wie bei der Signalform von Fig. 5A gezeigt ist. Dies kann dadurch erzielt werden, daß das Komparatorausgangssignal in zwei Treiberschaltungen eingegeben wird, deren Ausgangsspannung sich unterscheidet, beispielsweise in einer Vorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt. Das Extinctionsverhältnis beträgt 20 dB oder mehr. Auch bei diesem Fall kann durch Einstellung der Vorspannung auf solche Weise, daß der Chirp-Parameter α auf einen Wert in dem Bereich von -1,0 bis -0,5 oder in der Nähe von +3,0 eingestellt wird, eine Übertragung mit einer nicht dispersionsverschobenen Faser über eine Entfernung von 85 km oder mehr ohne Dispersionskompensation eines binären, digitalen NRZ-Signals erzielt werden, dessen Bitrate 10 Gb/s beträgt.

Die Fig. 11A bis 11E zeigen den Unterschied zwischen Augenmustern bei einer Übertragung über 100 km als Ergebnis der Differenz zwischen äquivalenten Chirp-Parametern α in einem Fall, in welchem eine Faseroptikübertragung unter Verwendung eines Verfahrens zum Treiben eines optischen Modulators gemäß der vierten Ausführungsform durchgeführt wird. Hierbei bezeichnen fettgedruckte Linien die Bereiche, in welchen die Spur in die Augenmaske paßt, und die dünnen Linien jene Bereiche, in welchen die Spur die Augenmaske überschreitet. Fig. 12 zeigt die Differenz zwischen dem Augenschließverhältnis als Ergebnis der Differenz zwischen äquivalenten Chirp-Parametern α. In diesem Fall stellt das Augenschließverhältnis das Verhältnis der Augenöffnung in einem Entscheidungszeitfenster zur mittleren Pegeldifferenz zwischen "1" und "0" dar.

Wenn der Chirp-Parameter α in dem Bereich von -1,0 bis -0,5 liegt, ist eine Übertragung über 95 km möglich. Die Interferenz zwischen Codes ist maximal in der Nähe des Punktes, an welchem α gleich +1 ist, und die Übertragungsgrenzentfernung so kurz wie etwa 52,5 km ist. Wenn α den Wert +2,5 überschritten hat, wird die Interferenz zwischen Codes erneut geringer, da der Effekt der Pegelverbreiterung ein entferntes Zeitband erreicht hat, wodurch eine Übertragung über 80 km oder mehr ermöglicht wird (bei α = +3 ermöglicht dies eine Übertragung über etwa 90 km). Wenn α zu groß gewählt wird, wird die Spur dicker. Der optimale Wert für α auf der größeren Seite, der vom Aufbau des Systems abhängt, liegt im Bereich von etwa +2,5 bis +3,5.

Zwar nimmt bei diesem Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators die gesamte Verbreiterung des Pegels "0" geringfügig zu, als Ergebnis der Einstellung des Chirp- Parameters α auf einen hohen Wert, jedoch wird dies in der Verbreiterung des Pegels "0" verborgen, die von der Umwandlung der modulierten Signalform herrührt, und zeigt keinen Effekt. Statt dessen arbeitet der Effekt der Unterdrückung der Verbreiterung des Pegels "1" an dem Grenzabschnitt des Schlitzes gut, wodurch die Übertragungsgrenzentfernung wesentlich verlängert wird. Im Gegensatz hierzu wird bei dem konventionellen Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators die Übertragungsgrenzentfernung nicht so stark verbessert, wie in Fig. 13 gezeigt ist, selbst wenn α +2,5 ist.

Hierbei beruhen die voranstehend angegebenen Verfahren auf der Annahme, daß das Extinctionsverhältnis relativ groß ist. Vorzugsweise sind die Anstiegszeit und die Abfallzeit kurz.

Die Schaltung zur Verschiebung des Übergangszeitpunktes ist nicht auf die Beispiele gemäß Fig. 2 und 10 beschränkt, sondern kann auch auf andere Art und Weise abgeändert werden. Die Fig. 14A und 14B zeigen schematisch Abänderungen der Übergangszeitpunktverschiebungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Schaltung von Fig. 14A ist mit einer Schaltung 21 versehen, welche ein trapezförmiges Signal wie bei der vorherigen Ausführungsform erzeugt. Das trapezförmige Signal wird an einer Klemmschaltung 122 angeklemmt, und dann wird das angeklemmte Signal durch einen Verstärker 123 verstärkt, so daß es eine bestimmte Amplitude aufweist. Durch Einstellung des Klemmpegels und des Übergangszeitpunktes des trapezförmigen Signals kann die Übergangszeitpunktverzögerungszeit eingestellt werden.

Die Schaltung von Fig. 14B weist eine Schaltung 124 auf, welche eine positive oder negative Differenzsignalform der eingegebenen Signalform erzeugt, eine Verzögerungsschaltung 125, die in einen der beiden Zweige von der Schaltung 124 eingefügt ist, und ein SR-Flip-Flop, welches von der Differenzsignalform getriggert werden soll. Durch Einstellung der Verzögerung zwischen den Zeitpunkten der Verzögerungsschaltung 125 kann der Übergangszeitpunkt eingestellt werden.

Eine Übertragung mit höherer Geschwindigkeit und eine Übertragung über eine größere Entfernung erfordern eine Dispersionskompensation zusätzlich zur Einstellung des Übergangszeitpunktes. Auch in diesem Fall kann durch die optische Übertragungsvorrichtung, das optische Übertragungsmodul oder den optischen Modulator und das Verfahren, um diesen zu treiben, gemäß der vorliegenden Erfindung, das Ausmaß der Dispersionskompensation verringert werden, und wird die zulässige Fehlergrenze des Ausmaßes der Kompensation wesentlich verbessert. Darüber hinaus wird die Flexibilität der Einstellungen für die Optimierung der Übertragungsqualität erhöht. Daher können die zusätzliche Verstärkung des optischen Verstärkers und sich aus der zusätzlichen Verstärkung ergebendes Rauschen verringert werden, wodurch eine Signalübertragung mit hoher Qualität erzielt wird, ohne die Kosten und Einbußen zu vergrößern.

Die vorliegende Erfindung kann bei einer Übertragung mit geringerer Bitrate und kürzerer Entfernung eingesetzt werden. Die Übertragungsgrenzentfernung L bei Dispersionsbegrenzung, wenn die Bitrate B oder die Dispersion D unterschiedlich ist, kann durch die wohlbekannten Skalierungsregeln abgeschätzt werden (DLB² c/2λ² = konstant). Wenn beispielsweise eine Übertragung über 100 km bei 10 Gb/s ohne Dispersionskompensation möglich ist, so bedeutet dies, daß eine Übertragung über etwa 1600 km bei 2,5 Gb/s möglich ist.

Wie voranstehend erläutert kann durch die vorliegende Erfindung eine Hochgeschwindigkeitsübertragung eines optischen Signals über eine große Entfernung über eine nicht dispersionsverschobene Faser dadurch realisiert werden, daß nur eine einfache Schaltung ohne komplizierte Dispersionskompensation hinzugefügt wird. Selbst wenn eine Dispersionskompensation durchgeführt wird, können Erhöhungen der Einbußen und der Kosten dadurch unterdrückt werden, daß das Ausmaß der Kompensation kleiner gewählt wird, und die zulässige Grenze für das Ausmaß der Kompensation größer wird.

Zusätzliche Vorteile und Abänderungen werden Fachleuten auf diesem Gebiet sofort auffallen. Daher ist die vorliegende Erfindung in ihrem Gesamtaspekt nicht auf die bestimmten Einzelheiten, repräsentativen Vorrichtungen und dargestellten Beispiele beschränkt, die hier gezeigt und beschrieben wurden. Daher lassen sich verschiedene Abänderungen vornehmen, ohne vom Wesen und Umfang des allgemeinen Konzepts der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen. Beispielsweise ruft die Verwendung anderer optischer Modulatoren, beispielsweise eines optischen Elektroabsorptionshalbleitermodulators, der den Franz- Keldysh-Effekt nutzt, oder die Verwendung eines Wannier- Stark-Optikmodulators, denselben Effekt hervor. Zur Einstellung des Chirp-Parameters α kann ein in Reihe geschalteter Phasenmodulator verwendet werden, oder es kann eine Vor-Chirp-Einstellung durchgeführt werden, durch direkte Modulierung des Halbleiterlasers, der als Lichtquelle arbeitet. Wenn das Spektrum durch Mischung von vier Wellen in einer optischen Faser oder einem Wanderwellen- Halbleiterverstärker invertiert wird, kann das Vorzeichen des Chirp-Parameters α invertiert werden.

Claims

1. Optisches Übertragungssystem, welches aufweist:
einen optischen Sender (100) zur Übertragung eines optischen Signals, welche aufweist:
einen optischen Modulator (6) zum Modulieren der Intensität des optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal (NRZ: nonreturn-to-zero), und zur Ausgabe eines optischen Übertragungssignals; und
eine Vorrichtung zum Liefern des elektrischen Signals, um hierdurch den optischen Modulator (6) zu treiben;
eine Faseroptik (101) mit Wellenlängendispersion zum Fortpflanzen des Signallichtes, welches von dem optischen Sender übertragen wird; und
einen optischen Empfänger (102) zum Empfangen des optischen Signals, das sich entlang der Faseroptik ausgebreitet hat, und zur Rückbildung eines elektrischen Signals aus dem optischen Signal,
wobei die Treibervorrichtung eine Vorrichtung (1, 2, 3) zur Einstellung der Signalform des elektrischen Signals aufweist, welches dem optischen Modulator (6) zugeführt wird, auf solche Weise, daß der Zeitpunkt, an welchem da von dem optischen Modulator (6) ausgegebene optische Signal einen Übergang von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel durchführt, später liegt als der Zeitpunkt, an welchem das optische Signal einen Übergang von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel durchführt.

2. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung eine Zeiteinstellschaltung (2) zur Einstellung der Pegelübergangszeitpunkte aufweist.

3. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (2) eine Vorrichtung zur Durchführung von Einstellungen auf solche Weise aufweist, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes beträgt.

4. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (2) eine Vorrichtung zum Vornehmen von Einstellungen auf solche Weise aufweist, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten im Bereich von 20% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes liegt.

5. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Bitrate des von dem optischen Sender (100) übertragenen optischen Signals B (Bit/s) beträgt, die Entzerrerbandbreite in dem optischen Empfänger (102) im Bereich von 0,8 B (Hz) bis 1,3 B (Hz) liegt.

6. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein effektiver Chirp-Parameter in dem optischen Modulator (6) im Bereich von -1 bis 0 liegt.

7. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (2) eine Vorrichtung zum Vornehmen von Einstellungen auf solche Weise aufweist, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten in dem Bereich von 15% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes liegt.

8. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Empfänger (102) eine Vorrichtung zur Messung einer Dispersionsbreite bei hohem Pegel und einer Dispersionsbreite bei niedrigem Pegel des elektrischen Signals nach einem Entzerrer und vor einer Entscheidungsschaltung aufweist.

9. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (2) eine Vorrichtung zur Einstellung einer Verzögerung zwischen den Zeitpunkten entsprechend den Werten der beiden Arten der Dispersionsbreite aufweist, die von der Meßvorrichtung gemessen wird.

10. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (2) eine Vorrichtung zur Einstellung der Verzögerung zwischen den Zeitpunkten auf solche Weise aufweist, daß die Dispersionsbreite bei hohem Pegel und die Dispersionsbreite bei niedrigem Pegel des elektrischen Signals nach dem Entzerrer und vor der Entscheidungsschaltung in dem optischen Empfänger (102) einander gleich sind.

11. Optisches Übertragungsmodul mit:
einem optischen Modulator (6) zum Modulieren der Intensität eines optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal; und
einer Treiberschaltung (41) zum Liefern des elektrischen Signals, um hierdurch den optischen Modulator zu treiben;
wobei die Treiberschaltung (41) eine Zeitpunkteinstellschaltung (42, 43, 45) zur Einstellung der Signalform des dem optischen Modulator (6) zugeführten elektrischen Signals aufweist, so daß der Zeitpunkt, an welchem das von dem optischen Modulator (6) ausgegebene optische Signal von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel übergeht, später liegt als der Zeitpunkt, an welchem das optische Signal von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel übergeht.

12. Optisches Übertragungsmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkteinstellschaltung (42, 43, 45) eine Vorrichtung zum Vornehmen von Einstellungen auf solche Weise aufweist, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes beträgt.

13. Optisches Übertragungsmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul mit einer Eingangsklemme (44) zur Eingabe eines Steuersignals versehen ist, um die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten für die Zeitpunkteinstellschaltung (42, 43, 45) zu steuern.

14. Optischer Modulator (6) zum Modulieren der Intensität eines optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ-Signal; wobei eine Arbeitswellenlänge, eine Vorspannung, und eine Modulationsspannungsamplitude des optischen Modulators (6) so eingestellt sind, daß das Extinctionsverhältnis des optischen Modulators 10 dB oder mehr beträgt, und der Zeitpunkt, an welchem das von dem optischen Modulator (6) ausgegebene optische Signal von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel übergeht, später liegt als der Zeitpunkt, an welchem das optische Signal von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel übergeht.

15. Optischer Modulator (6) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten 15% oder mehr eines einzigen Zeitschlitzes beträgt.

16. Optischer Modulator (6) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung zwischen den Zeitpunkten im Bereich von 20% bis 40% eines einzigen Zeitschlitzes liegt.

17. Optischer Modulator (6) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswellenlänge, die Vorspannung, und die Modulationsspannungsamplitude so eingestellt sind, daß ein äquivalenter Chirp-Parameter in dem optischen Modulator (6) im Bereich von 0 bis -1 liegt.

18. Optischer Modulator (6) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswellenlänge, die Vorspannung, und die Modulationsspannungsamplitude so eingestellt sind, daß ein äquivalenter Chirp-Parameter in dem optischen Modulator (6) im Bereich von +2 bis +3,5 liegt.

19. Verfahren zum Treiben eines optischen Modulators (6) zum Modulieren der Intensität eines optischen Signals entsprechend einem binären, digitalen, elektrischen NRZ- Signal, mit folgenden Schritten:
Einstellung einer Arbeitswellenlänge, einer Vorspannung, und einer Modulationsspannungsamplitude des optischen Modulators auf solche Weise, daß das Extinctionsverhältnis des optischen Modulators 10 dB oder mehr beträgt; und
Liefern des elektrischen Signals an den optischen Modulator durch zwei Treiberschaltungen, welche eine unterschiedliche Ausgangsspannung aufweisen.