DE19856586A1

DE19856586A1 - Optischer Modulator mit einem Isolator und optischer Sender, der diesen umfaßt

Info

Publication number: DE19856586A1
Application number: DE19856586A
Authority: DE
Inventors: Sung-Jun Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 1999-07-01
Also published as: GB2332066A; CN1221118A; CA2255450A1; CA2255450C; BR9805235A; JPH11237594A; FR2772150A1; KR100288443B1; KR19990048135A; US6141140A; CN1113264C; GB9826846D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Modulator, der einen Isolator verwendet, und einen optischen Sender, der diesen umfaßt, und insbesondere auf einen optischen Modulator zum Modulieren einen optischen Dauerstrichstrahls durch bewirken einer optischen Dämpfung durch Verändern eines an einen Isolator angelegten magnetischen Felds und auf einen optischen Sender, der diesen umfaßt.

Ein optischer Modulator moduliert einen optischen Dauerstrichstrahl in ein opti sches Signal, das dieselbe Form wie ein elektrisches Signal besitzt. Wenn optische Si gnale mit mehreren Wellenlängen gleichzeitig von einem Wellenlängenmultiplex- (WDM-)System gesendet werden, werden ihre Zentralwellenlängen durch die Modula tionseigenschaften eines optischen Signalspektrums, das durch das Anlegen eines elek trischen Signals erzeugt wird, verzerrt, wodurch die Sendeeigenschaften verschlechtert werden. Um dieses Problem zu lösen, wird eine Laserdiode angetrieben, um einen Dau erstrichstrahl zu emittieren, und der von der Laserdiode emittierte Strahl wird modu liert. Die optische Modulation wird durch einen externen Modulator, wie etwa einen elektro-optischen Modulator oder einen Lithiumniobat-(LiNbO₃-)Modulator, durch geführt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines herkömmlichen optischen Modulators zeigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der optische Modulator eine Laserdio de 100, erste und zweite Lichtwellenleiter 102 und 104, eine Elektrodenplatte 106 und eine elektrische Signalquelle 108.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Elemente beschrieben. Zunächst wird ein von der Laserdiode 100 kommendes optisches Dauerstrichsignal in die beiden Lichtwellenleiter 102 und 104 eingekoppelt. Wenn ein elektrisches Signal von der elek trischen Signalquelle 108 an die Elektrodenplatte 106 angelegt wird, wird der Bre chungsindex des ersten Lichtwellenleiters 102 geändert. Der geänderte Brechungsindex ändert die Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem ersten Lichtwellenleiter 102, und die geänderte Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert die Phase eines durch den ersten Licht wellenleiter gehenden optischen Signals. Folglich gibt es einen Phasenunterschied zwi schen dem in der Phase veränderten optischen Signal des ersten Lichtwellenleiters 102 und dem nicht in der Phase veränderten optischen Signal des zweiten Lichtwellenleiters 104.

Das Ausgangssignal des optischen Modulators wird entsprechend dieses Phasen unterschieds moduliert. Wenn nämlich die beiden Phasen gleich sind, wird das Aus gangssignal verstärkt, wenn aber die beiden Phasen einen Phasenunterschied von 180° besitzen, wird das optische Ausgangssignal ausgelöscht. Auf diese Weise wird das opti sche Signal am Ausgangsanschluß an- und ausgeschaltet (moduliert). Die Dämpfung im Auszustand beträgt etwa 22 dB.

Jedoch ist bei diesem optischen Modulator die Einfügungsdämpfung hoch (im allgemeinen etwa 6 dB), und eine Änderung seiner Charakteristik aufgrund von Polari sationseffekten ist groß. Weiterhin erfordert dieser Modulator eine hohe Referenzspan nung und ein elektrisches Modulationssignal. Dieser Modulator erfordert außerdem eine Wärmeabführung, da die interne Wärme beim Anlegen einer solch hohen Spannung groß wird.

Für eine preiswerte Modulationstechnik für ein Teilnehmernetzwerk wird eine spektral beschnittene Quelle unter Verwendung von spontaner Emission eines optischen Verstärkers als optische Dauerstrichquelle verwendet, und ein Verfahren zum Modulie ren eines elektrischen Signals in ein optisches Signal unter Verwendung des oben be sprochenen, externen Modulators wird verwendet. In diesem Fall fallen zu den hohen Kosten für einen teuren optischen Modulator weitere Kosten an, um ein Teilnehmer netzwerk einzubinden.

Zum Lösen der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, einen optischen Modulator, der einen Isolator verwendet, durch den ein optisches Ausgangssignal durch Änderung der Polarisation eines Faradayrotators durch Erzeugen und Anlegen eines Magnetfelds an den Isolator moduliert wird, und einen optischen Sender zu schaffen, der diesen verwendet.

Diese und weitere Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch den in den beiliegenden Patentansprüchen definierten optischen Modulator und den optischen Sender, der diesen verwendet, gelöst.

Insbesondere wird zum Lösen der obigen Aufgabe ein optischer Modulator zum Modulieren einer Trägerwelle, die von einer optischen Quelle erzeugt wird, entspre chend einem vorgegebenen elektrischen Signal geschaffen, wobei der optische Modula tor umfaßt: einen Isolator mit einem Faradayrotator, in dem der Polarisationsdrehwinkel in Abhängigkeit von der Stärke eines angelegten Magnetfelds unterschiedlich ist, zum Steuern der Isolation eines optischen Signals entsprechend dem Polarisationsdrehwinkel und zur Ausgabe eines modulierten, optischen Signals; einen Magnetfeldgenerator zum Erzeugen des Magnetfelds, dessen Stärke von dem vorgegebenen elektrischen Signal gesteuert wird, und zum Anlegen des erzeugten Magnetfelds an den Isolator; und einen Signalgenerator zum Anlegen des elektrischen Signals an den Magnetfeldgenerator und zum Steuern der Stärke des elektrischen Signals.

Weiterhin wird zum Lösen der obigen Aufgabe ein optischer Sender geschaffen, welcher umfaßt: eine optische Quelle zum Erzeugen einer Trägerwelle; einen Isolator mit einem Faradayrotator, in dem der Polarisationsdrehwinkel in Abhängigkeit von der Stärke eines angelegten Magnetfelds unterschiedlich ist, zum Steuern der Isolation der Trägerwelle, die von der optischen Quelle erzeugt wird, entsprechend dem Polarisa tionsdrehwinkel und zur Ausgabe eines modulierten optischen Signals; einen Magnet feldgenerator zum Erzeugen des Magnetfelds, dessen Stärke von einem vorgegebenen elektrischen Signal gesteuert wird, und zum Anlegen des erzeugten Magnetfelds an den Isolator; und einen Signalgenerator zum Anlegen des elektrischen Signals an den Ma gnetfeldgenerator und zum Steuern der Stärke des elektrischen Signals; und einen opti schen Verstärker zum Verstärkern des in dem Isolator modulierten optischen Signals und zum Senden des verstärkten Signals durch einen Sendekanal.

Die obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den durch die Detailbeschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines herkömmlichen optischen Modulators zeigt.

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines optischen Modulators nach der vorliegenden Erfindung, der einen Isolator verwendet, zeigt.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Isolators der Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen Sender mit einem optischen Modulator nach der vorliegenden Erfindung, der einen Isolator verwendet, zeigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt ein erfindungsgemäßer, optischer Modulator einen Isolator 200, einen Magnetfeldgenerator 204 und einen Signalgenerator 202. Der Ma gnetfeldgenerator 204 ist vorzugsweise ein Elektromagnet, durch den ein Magnetfeld mittels eines elektrischen Signals erzeugt werden kann.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung basierend auf dem eben beschriebenen Aufbau erklärt. Zunächst tritt ein optisches Dauerstrichsignal durch das Eingangsende eines Lichtwellenleiters (nicht gezeigt) ein wird von dem Isola tor 200 blockiert. Ein von dem Signalgenerator 202 erzeugtes, elektrisches Signal akti viert/deaktiviert das elektromagnetische Feld des Magnetfeldgenerators 204 und er zeugt/blockiert die Isolation durch den Isolator 200. Das An/Ausschalten der Isolation kann als An/Ausschalten einer Dämpfung des optischen Eingangssignals betrachtet wer den. Wenn also ein elektrisches Signal, das von dem Signalgenerator 202 erzeugt wird, an den Magnetfeldgenerator 204 angelegt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, wenn der Magnetfeldgenerator 204 zum Beispiel ein Elektromagnet ist und wenn das elektrische Signal "1" (hoch) ist. Dann geht das auf den Isolator 200 einfallende optische Dauer strichsignal durch den Isolator 200 hindurch und wird an einem Ausgangsende ausge geben. Wenn das elektrische Signal "0" (niedrig) ist, wird in dem Isolator 200 kein Magnetfeld erzeugt. Somit geht das einfallende optische Dauerstrichsignal nicht durch den Isolator 200 hindurch und kann nicht an dem Ausgangsende ausgegeben werden. Das optische Dauerstrichsignal wird also in Abhängigkeit von dem An/Auszustand des elektrischen Signals an- oder ausgeschaltet und bewirkt somit eine optische Modulation. Der wie oben beschriebene, optische Modulator hat ein Dämpfungsverhältnis das zwi schen 0,5 dB und 50 dB liegt.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Isolators der Fig. 2. Der Isolator ermöglicht eine Lichttransmission von einem Eingangsanschluß zu einem Ausgangsanschluß mit einer geringen Dämpfung und verhindert eine Lichtumkehrung und -rekombination mit einer hohen Dämpfung, so daß ein stabiler Betrieb des Systems gewährleistet wird. Wenn zum Beispiel von einer Laserdiode emittiertes Licht sich in einer Lichtausbrei tungsrichtung ausbreitet, wird in dem Verbindungselement, in dem die Lichtwellenleiter miteinander verspleißt sind, reflektiertes Licht erzeugt, oder es wird Reflexionsrauschen erzeugt aufgrund einer Rückwärtsausbreitung des Lichts, wenn es mit verschiedenen Vorrichtungen verbunden wird. Der Isolator verhindert die obigen Probleme und ist insbesondere in optischen Kommunikationssystemen mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 1 Gbps und hochempfindlichen Sensoren erforderlich, in denen sonst Probleme durch reflektiertes Licht erzeugt würden.

Der Isolator der Fig. 3 umfaßt einen ersten Kollimator 300, ein erstes Doppel brechungselement 302, einen Faradayrotator 304, ein zweites Doppelbrechungselement 306 und einen zweiten Kollimator 308. Rutil oder Kalzit sind geeignete Materialien für das erste und das zweite Doppelbrechungselement. Das erste Doppelbrechungselement 302 dient als Polarisator, und das zweite Doppelbrechungselement 306 dient als Analy sator. Das Prinzip ist, daß nur in einer Richtung polarisiertes Licht hindurchgeht und daß dazu senkrecht polarisiertes Licht nicht hindurchgeht. Der wesentliche Parameter zwischen Polarisator und dem Analysator ist das Dämpfungsverhältnis des hindurch gehenden, polarisierten Licht zu dem dazu senkrecht polarisierten Licht.

Der Faradayrotator 304 dreht die Polarisationsebene eines einfallenden Licht strahls um 45°. Das um 45° gedrehte Licht wird von dem hinteren Ende des Faradayro tators 304 in die entgegengesetzte Richtung reflektiert und tritt wieder in diesen ein wird erneut um 45° gedreht. Somit wird das Licht insgesamt um 90° gedreht. Folglich wird die um 90° gedrehte Welle von dem Polarisator blockiert. Der Faradayrotator erzeugt eine Faradayrotation durch den Faradayeffekt, wenn ein Magnetfeld an das magneto-optische Material in der Ausbreitungsrichtung angelegt wird. Der Faraday effekt besteht darin, daß sich die Polarisationsebene des Lichts dreht, wenn das Licht durch das magnetooptische Material hindurchgeht.

Die Leistung des Isolators wird durch die Vorwärts-Einfugungsdämpfung und die Rückwärtsisolation bestimmt. Der Isolator hat typischerweise eine Einfügungsdämp fung von etwa 1 dB und eine Isolation von etwa 30 dB aufgrund von Elementverbindun gen, eines fehlerhaften Polarisators oder eines fehlerhaften Rotators.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Isolators der Fig. 3 betrachtet. Der erste Kollimator 300 sammelt und kollimiert von einem ersten Lichtwellenleiter oder einer Laserdiode (nicht gezeigt) emittiertes Licht. Das kollimierte Licht wird von dem ersten Doppelbrechungselement 302 in zwei Strahlen aufgeteilt, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander sind, und die beiden Strahlen breiten sich entlang unterschiedli cher Pfade aus und fallen auf den Faradayrotator 304. Das auf den Faradayrotator 304 fallende Licht wird aus den vorhandenen Polarisationsrichtungen um 45° gedreht, wo bei die Polarisationsrichtungen zueinander senkrecht gehalten werden. Wenn die beiden Strahlen, deren Polarisation gedreht wurde, durch das zweite Doppelbrechungselement 306 gehen, werden sie wieder vereint. Dann werden die beiden Strahlen von dem zwei ten Kollimator 308 kollimiert, und der kollimierte Strahl tritt in einen zweiten Licht wellenleiter (nicht gezeigt) ein. Im obigen Fall behält der Faradayrotator 304 in dem Isolator ein konstantes magnetisches Feld, so daß die Polarisation um 45° gedreht wird. Wenn jedoch in der Nähe des Isolators ein Magnetfeld erzeugt wird, wird das Magnet feld im Faradayrotator beeinflußt. Der Faradayrotator ändert den Drehwinkel der Pola risation entsprechend der Stärke des Magnetfelds nach der Gleichung 1:

θ = VBI (1)

wobei θ der Drehwinkel, V eine Konstante, B die Stärke des Magnetfelds und I die Wechselwirkungslänge ist.

Wenn die Polarisation durch ein äußeres Magnetfeld geändert wird, wie in Glei chung 1 dargestellt, werden die Pfade der durch das zweite Doppelbrechungselement 306 zueinander senkrecht polarisierten Lichtstrahlen geändert, so daß die durch den zweiten Kollimator 308 auf den zweiten Lichtwellenleiter fallende Lichtmenge geändert wird. Die Stärke des Magnetfelds ändert sich mit der Stärke eines äußeren elektrischen Signals (eines Stroms), und die Dämpfungscharakteristik des Isolators ändert sich in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfelds.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines optischen Sender mit einem optischen Modu lator nach der vorliegenden Erfindung, der einen Isolator verwendet. Der optische Sen der der Fig. 4 umfaßt eine optische Quelle 400, einen optischen Modulator 402, der einen Isolator verwendet, und einen Verstärker 404.

Die Arbeitsweise der oben erwähnten Elemente wird im folgenden beschrieben. Zunächst wird, wenn eine Trägerwelle zur Informationsübertragung von der optischen Quelle 400, etwa einer Laserdiode oder einer lichtemittierenden Diode, erzeugt wird, die von der optischen Quelle 400 emittierte Trägerwelle von dem optischen Modulator 402, der den Isolator verwendet, zu gegebenen Zeiten an- oder ausgeschaltet. Das er zeugte, modulierte optische Signal wird von dem Verstärker 404 verstärkt und dann über einen Sendekanal zum nächsten Anschluß übertragen.

Beim Senden eines optischen Signals im Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) werden Trägerwellen von verschiedenen optischen Quellen moduliert und ge multiplext und dann gesendet. In einem optischen Teilnehmernetzwerk wird Informatio nen tragendes Licht und eine Trägerlichtwelle von einem optischen Sendesystem bis zu einem Teilnehmeranschluß gesendet. Am Teilnehmeranschluß wird das Informationen tragende Licht an einen Detektor angelegt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, und die Trägerlichtwelle trägt Informationen zum Teilnehmer über den optischen Modu lator, der einen Isolator verwendet, und wird zum optischen Sendesystem zurückgesen det.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Magnetfeldgenerator auf einem opti schen Isolator montiert, ein an dem Magnetfeldgenerator anliegendes, elektrisches Feld wird eingestellt, um die Stärke des in dem Isolator erzeugten Magnetfelds zu steuern. Folglich wird die Isolation eines optischen Signals aktiviert oder deaktiviert, wodurch ein optisches Dauerstrichsignal moduliert wird. Somit kann ein kleiner und günstiger optischer Modulator mit hervorragenden Temperatureigenschaften hergestellt und auf einem Sender montiert werden. Weiterhin ist der optische Modulator an einer Laserdio de befestigt und kann eine optische Modulation nur durch Änderung der Stärke eines elektrischen Signals erreichen. Somit ist er unempfindlich gegenüber äußeren Einflüs sen, wie etwa Staub, Temperatur und Feuchtigkeit, und es gibt nur einen geringen Pha senunterschied bezüglich der Polarisierung.

Claims

1. Optischer Modulator zum Modulieren einer Trägerwelle, die von einer opti schen Quelle erzeugt wird, entsprechend einem vorgegebenen elektrischen Signal, wo bei der optische Modulator umfaßt:
einen Isolator (200) mit einem Faradayrotator (304), in dem der Polarisations drehwinkel in Abhängigkeit von der Stärke eines angelegten Magnetfelds unterschied lich ist, zum Steuern der Isolation eines optischen Signals entsprechend dem Polarisa tionsdrehwinkel und zur Ausgabe eines modulierten, optischen Signals;
einen Magnetfeldgenerator (204) zum Erzeugen des Magnetfelds, dessen Stärke von dem vorgegebenen elektrischen Signal gesteuert wird, und zum Anlegen des er zeugten Magnetfelds an den Isolator; und
einen Signalgenerator (202) zum Anlegen des elektrischen Signals an den Ma gnetfeldgenerator und zum Steuern der Stärke des elektrischen Signals.

2. Optischer Modulator mit Isolator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (204) ein Elektromagnet ist.

3. Optischer Modulator mit Isolator, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator das optische Eingangssignal entsprechend einem hohen oder niedrigen elektrischen Signal isoliert.

4. Optischer Sender, welcher umfaßt:
eine optische Quelle (400) zum Erzeugen einer Trägerwelle;
einen Isolator (200) mit einem Faradayrotator (304), in dem der Polarisations drehwinkel in Abhängigkeit von der Stärke eines angelegten Magnetfelds unterschied lich ist, zum Steuern der Isolation der Trägerwelle, die von der optischen Quelle er zeugt wird, entsprechend dem Polarisationsdrehwinkel und zur Ausgabe eines modulier ten optischen Signals;
einen Magnetfeldgenerator (204) zum Erzeugen des Magnetfelds, dessen Stärke von einem vorgegebenen elektrischen Signal gesteuert wird, und zum Anlegen des er zeugten Magnetfelds an den Isolator;
einen Signalgenerator (202) zum Anlegen des elektrischen Signals an den Ma gnetfeldgenerator und zum Steuern der Stärke des elektrischen Signals; und
einen optischen Verstärker (404) zum Verstärkern des in dem Isolator modulier ten optischen Signals und zum Senden des verstärkten Signals durch einen Sendekanal.