DE10049784A1

DE10049784A1 - Anordnung zur Kompensation PMD-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern

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Publication number: DE10049784A1
Application number: DE10049784A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Bandemer; Egbert Krause
Original assignee: Adalbert Bandemer
Current assignee: Thorlabs GmbH
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-05-16
Also published as: CA2338343A1; AU2002221607A1; EP1325574B1; JP2004511789A; WO2002032023A1; US20040028309A1; EP1325574A1; US6996297B2; US20060098989A1; WO2002007351A1

Abstract

Beschrieben wird eine Anordnung zur Kompensation Polarisations-Modulations-Dispersions(PMD)-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern, mit DOLLAR A - einer Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzerrungen, DOLLAR A - einer Emulationseinheit für einstellbare PMD-Werte, DOLLAR A - einer Regeleinheit, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt und die die Emulationseinheit steuert. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden die Meßeinrichtung, die Emulatinseinheit und die Regeleinheit weitergebildet sowie ein neues Regelkriterium angegeben, das eine Echtzeitregelung ermöglicht.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kompen sation PMD-bedingter Verzerrungen in optischen Transmis sionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern.

Da jede Glasfaser ungewollt in geringem Umfange doppel brechend ist, laufen Lichtsignale unterschiedlicher Pola risation mit verschiedenen Gruppengeschwindigkeiten durch die Glasfaser. Beim Empfänger kommen die Lichtanteile un terschiedlicher Polarisation daher zeitlich gegeneinander verzögert an; dieser Laufzeiteffekt führt zu einer Ver breiterung des empfangenen Signals und damit zu einer Be einträchtigung der Übertragungsqualität. Dies kann insbe sondere zu einer Erhöhung der Bitfehlerrate führen.

Die Polarisations-Moden-Dispersion umfaßt alle polarisa tionsabhängigen Laufzeiteffekte, bei denen sich die Signalausbreitung vollständig durch das Ausbreitungsver halten zweier voneinander unabhängiger und zueinander or thogonaler Polarisationsmoden beschreiben läßt. Da sich die Doppelbrechung durch äußere Einflüsse, wie Temperatur und mechanische Belastung ständig ändert, und zudem von der Wellenlänge abhängt, verändert sich permanent sowohl die Lage der "principial states of polarisation" (i. f. kurz als PSP bezeichnet) als auch die Laufzeitdifferenz zwischen den PSP's. Dies bezeichnet man auch als Polari sations-Moden-Dispersion (PMD) zweiter Ordnung.

Aus den genannten Effekten resultiert ein zeitlich fluk turierendes wellenlängenabhängiges PMD-Verhalten mit Zeitkonstanten im ms-Bereich bis hin zum Minuten-Bereich.

Verzerrungen in Transmissionssystemen, die durch Polari sations-Moden-Dispersion (PMD) erzeugt werden, müssen für hochratige Datenübertragungen kompensiert werden, um die Signalqualität zu erhalten.

Stand der Technik

Eine Anordnung, mit der derartige PMD-bedingte Verzerrun gen kompensiert werden können, muß eine Meßeinrichtung für die PMD-bedingten Verzerrungen aufweisen. Des weite ren muß (wenigstens) eine Emulationseinheit für einstell bare PMD-Werte und - bei bekannten PMD-Kompensations anordnungen - (wenigstens) ein Anpaßelement bzw. ein Po larisationstransformationselement vorhanden sein, das die PSP's der aus einem Transmissionssystem austretendem Si gnale an die PSP's der PMD-Emulationseinheit anpaßt.

Die Emulationseinheit und die Polarisationstransformati onselemente werden konventionell nach einem Try- und - Error-Verfahren von einer Auswerte- und Steuereinheit ge steuert, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung an liegt. Beispielsweise ist es bekannt, die Erfassung der PMD-Verzerrung durch mindestens zwei elektrische Filter oder durch Messung des Polarisationsgrades oder durch elektronische Abtastung des Augendiagramms zu erfassen, und entweder durch Einsatz von Hochgeschwindigkeitselektronik eine elektronische PMD-Entzerrung auszuführen oder als PMD-Emulator optische Laufzeitglieder mit der Notwen digkeit zu verwenden, vor jedem einzelnen Laufzeitglied eine mindestens zweistufige Polarisationstransformation zu schalten.

Obwohl derartige Anordnungen in der Literatur und insbe sondere der Patentliteratur mehrfach vorgeschlagen worden sind, ist bislang keine Anordnungen kommerziell erhält lich, die praxisgerecht den Anforderungen an eine derar tige Anordnung genügen würde.

Der Grund hierfür liegt zum einen darin, daß in der Ver gangenheit keine Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzer rungen zur Verfügung gestanden hat, die ausreichend schnell und hinreichend einfach aufgebaut ist.

Ein weiterer Grund hierfür ist, daß es keine Emulations einheit gegeben hat, die die PMD einer realen Transmissi onsfaser möglichst exakt nachbilden kann.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kompensation PMD-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfa sern anzugeben, die eine schnelle und praxisgerechte Kom pensation der PMD-bedingten Verzerrungen erlaubt.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den un abhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen dieser Lösungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß werden sowohl die Emulationseinheit als auch die Meßeinrichtung für die PMD-bedingten Verzerrun gen sowie die Regeleinheit und das verwendete Regelkrite rium (alleine oder in Kombination) weitergebildet.

Bei einer Lösung der Erfindung, die die Emulationseinheit betrifft, weist die Emulationseinheit einen PMD-Emulator auf, der auch die PMD 2.ter Ordnung emulieren kann und der die PMD einer realen Transmissionsfaser möglichst exakt nachbildet. Die erfindungsgemäße Emulationseinheit hat den besonderen Vorteil, daß kein vorgeschaltetes Polarisationstransformationselement nötig ist.

Hierzu wird von einer Anordnung zur Kompensation Polari sations-Modulations-Dispersions (PMD)-bedingter Verzer rungen in optischen Transmissionssystemen und insbesonde re Transmissionsfasern ausgegangen, die eine Meßeinrich tung für PMD-bedingte Verzerrungen, eine Emulationsein heit für einstellbare PMD-Werte und eine Regeleinheit aufweist, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt, und die die Emulationseinheit steuert.

Erfindungsgemäß weist die Emulationseinheit mindestens eine Basis-Emulationseinheit auf, die aus zwei DGD-Ele menten (Differential-Group-Delay-Elemente) mit z. B. je weils einer bestimmten festen Verzögerungszeit für das ankommende Signal besteht, die miteinander über ein Ver bindungselement verbunden sind, das als Transformations element wirkt, wobei alle drei Elemente einen bestimmten Winkel der Doppelbrechungsachsen zueinander haben.

Die Doppelbrechungsachsen des Verbindungselements unter scheiden sich bezüglich ihrer Winkellage von den Doppel brechungsachsen der beiden DGD-Elemente. Weiterhin ist wenigstens ein Stellelement für jede Basis-Emulationsein heit vorgesehen, das auf eines der Elemente dieser Basis- Emulationseinheit und bevorzugt auf das Verbindungsele ment derart wirkt, daß durch eine geringfügige Änderung der Verzögerungszeit des beeinflußten Elements die DGD der Anordnung vollständig einstellbar ist.

Als DGD-Elemente, die in der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt werden können, können die verschiedensten, aus dem Stand der Technik bekannten Elemente verwendet wer den. Beispielsweise können die Elemente PM-Fasern sein. Das Stellelement kann in diesem Falle auf wenigstens ei nes der DGD-Elemente, vorteilhafterweise auf das Verbin dungselement eine mechanische Wirkung zur Änderung der Verzögerungszeit und damit der Polarisation ausüben. Ins besondere können das oder die Stellelemente, die eine me chanische Wirkung ausüben, Faserquetscher oder -stretcher mit elektrisch steuerbaren Elementen, wie Piezo-Elementen sein, die die mechanische Wirkung auf die PM-Faser aus üben.

Die Realisierung der unterschiedlichen Winkel der Doppel brechungsachsen kann im Falle von PM-Fasern vorteilhaf terweise durch Spleißen der einzelnen PM-Fasern unter dem gewünschten Winkel erfolgen.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn wenigstens eines der Stellelemente zur Verteilung der mechanischen Wirkung auf eine möglichst große Faserlänge einen Ring aufweist, auf dem die PM-Faser ohne Verdrehung bzw. Verdrillung aufgewickelt ist. Vorteilhaft ist es ferner, wenn wenig stens ein druckausübendes Element an wenigstens einer Stelle Druck auf eine Mehrzahl von Faserstücken der auf gewickelten Faser ausübt. Dieses druckausübende Element kann ein elongierendes Element, wie ein Piezoelement, sein, das wenigstens ein Kreissegment beaufschlagt, das am Ring anliegt. Hierbei sind bevorzugt zu wenigstens ei nem Teil der Kreissegmente Gegensegmente vorgesehen, die an den Faserstücken anliegen und Druck auf die Faser aus üben.

Alternativ und/oder zusätzlich zur Verwendung von PM- Fasern können die Elemente doppelbrechende Kristalle sein, deren Doppelbrechung elektronisch beeinflußbar ist.

In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die Verzögerungs zeit der beiden DGD-Elemente jeder Basis-Emulationsein heit gleich und deutlich größer als die des zugehörigen Verbindungselements ist.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Winkel der Doppel brechungsachse des ersten DGD-Elements 0° und des zweiten DGD-Elements 90° und des Verbindungselements 45°, also eine Anordnung 0°, 45°, 90° oder alternativ 0°, 45°, 0° oder 90°, 45°, 0° oder entsprechend gewählt ist.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist den zwei DGD- Elementen und dem Verbindungselement ein weiteres Element zur Einstellung eines beliebigen Eingangs-PSP vorgeschal tet, das insbesondere ein weiteres doppelbrechendes Ele ment, wie z. B. eine PM-Faser, aufweisen kann. Der Winkel der Doppelbrechungsbrechungsachsen des vorgeschalteten Elements und des ersten DGD-Elements unterscheiden sich notwendigerweise. Die Winkeldifferenz beträgt bevorzugt 45°. Die Einstellung der Eingangs-PSP kann im Falle einer PM-Faser insbesondere durch Ausübung einer mechanischen Wirkung auf das vorgeschaltete Element oder auf das vor geschaltete Element und auf das erste DGD-Element erfol gen.

Das vorgeschaltete Element und/oder das Verbindungsele ment können aus zwei PM-Fasern oder zwei doppelbrechenden Kristallen mit unterschiedlicher Winkellage der Doppel brechungsachsen, bevorzugt 90° zueinander, bestehen, wo bei insbesondere das Stellelement auf eine der beiden Fa sern oder auf einen der Kristalle wirkt.

Um auch PMD höherer Ordnung kompensieren zu können, ist es bevorzugt, wenn mindestens zwei Anordnungen zur Ein stellung einer variablen DGD, von denen wenigstens eine eine Basis-Emulationseinheit gegebenenfalls mit einem PSP-Einstellelement aufweist, hintereinander geschaltet sind. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die einzelnen An ordnungen zur Kompensation PMD höherer Ordnung aus Basis- Emulationseinheiten mit DGD-Elementen mit unterschiedli cher Laufzeit bestehen.

Erfindungsgemäß ist die Meßeinrichtung so ausgebildet, daß sie zur Erfassung der PMD-Verzerrung die Polarisation aller in dem aus der Emulationseinheit austretenden Si gnal enthaltenen Spektralanteile erfaßt. Hierzu kann die Polarisations-Meßeinrichtung aus jedem beliebigen Polari meter bestehen; beispielsweise kann eine Anordnung aus mindestens drei Fotodioden zur Erfassung der Stokes- Parameter eingesetzt werden.

Bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist jedoch eine mög lichst einfache Anordnung, die z. B. aus einem Polarisator und einem nach dem Polarisator angeordneten optoelektri schen Wandler, wie einen Fotoempfänger besteht.

Alternativ ist es möglich, daß die Meßeinrichtung einen Polarisationsstrahlteiler aufweist, an dessen Ausgangsan schlüssen optoelektrische Wandler, wie Fotoempfänger vor gesehen sind, deren Signale zur Generierung eines Ist- Signals für die Regeleinheit einer Quotientenbildung un terzogen werden.

Vor der eigentlichen Polarisations-Meßeinrichtung kann eine Polarisationsanpaßeinheit vorgesehen sein, die die Ausgangspolarisation der Emulationseinheit an die des Po larisators anpaßt, und die Polarisation z. B. so ein stellt, daß auf Leistungsminimum nach dem Polarisator ge regelt werden kann.

Die Polarisations-Anpaßeinheit kann wahlweise direkt an der Polarisations-Meßanordnung oder direkt hinter der PMD-Emulationseinheit und noch vor dem Abzweig-Koppler zur Polarisationsmeßeinheit angeordnet sein.

Die Polarisationsanpaßeinheit kann beispielsweise zwei doppelbrechende Elemente aufweisen, deren Doppelbre chungsachsen einen Winkel ungleich 0°, bevorzugt 45° ein schließen; zur Einstellung der Ausgangspolarisation kann wenigstens ein Stellelement vorgesehen sein, das auf min destens eines der doppelbrechenden Elemente wirkt. Diese Elemente können doppelbrechende Kristalle oder PM-Fasern sein.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anordnung zur Kompensation Polarisations-Modulations- Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfa sern derart weitergebildet, daß die Regeleinheit mehrere Regelschleifen aufweist, in denen sie Stellelemente der Emulationseinheit mit unterschiedlichen Frequenzen modu liert - ähnlich der Dither-Technik - , daß die Regelein heit aus dem Ausgangssignal der Meßeinrichtung Informa tionen über den Betrag und die Phasenlage des aus der Emulationseinheit austretenden Signals ermittelt und diese Informationen zur Durchführung einer schnellen und di rekten Regelung verwendet, und daß die Regeleinheit die einzelnen Regelschleifen derart einstellt, daß die Pola risation für alle im Signal enthaltenen Spektralanteile konstant ist.

Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Regeleinheit zur Ein stellung einer konstanten Polarisation für alle im Signal enthaltenen Spektralanteile als Regelkriterium einen mi nimalen Photostrom des oder der optoelektrischen Wandler verwendet. In diesem Zusammenhang kann die Regeleinheit das Ausgangsignal des oder der optoelektrischen Wandler frequenz- und phasenselektiv auswerten.

Um eine besonders schnelle Regelung zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Regeleinheit analoge Regelkreise für die Stellelemente aufweist, an denen durch Verwendung der Dither-Technik die frequenz- und phasenselektiven Si gnale anliegen.

Desweiteren kann die Regeleinheit auch die Stellelemente der Polarisationsanpaßeinheit und insbesondere mit dem gleichen Regelalgorithmus wie die Emulationseinheit an steuern.

Ferner ist es möglich, daß die Regeleinheit zur Ausfüh rung verschiedener Funktionen, wie z. B. zur frequenz- und phasenselektiven Auswertung oder zur Steuerung des Ablau fes innerhalb der Anordnung wenigstens eine CPU oder we nigstens einen DSP-Schaltkreis aufweist.

In jedem Falle werden jedoch die Stellwerte aufgrund des verwendeten Meßprinzips definiert eingestellt bzw. gere gelt, so daß eine Steuerung nach dem trial-and-error- Prinzip, wie sie beim Stand der Technik verwendet wird, entfallen kann.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung kann unter ande rem auf die Verwendung von Reset-Algorithmen verzichtet werden.

Im Rahmen der Erfindung - auch i. S. einer unabhängigen Lösung - ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn Ele mente verwendet werden, die eine mechanische Wirkung aus üben. Diese Elemente können insbesondere Faserquetscher oder -stretcher mit elektrisch steuerbaren Elementen, wie Piezo-Elementen sein, die eine mechanische Wirkung auf die Faser ausüben.

Bei der Verwendung von Elementen, die eine mechanische Wirkung ausüben, ist es von besonderem Vorteil, wenn die se zur Verteilung der mechanischen Wirkung auf eine mög lichst große Faserlänge einen Ring aufweisen, auf dem die Faser ohne Verdrehung aufgewickelt ist. Hierdurch ist es aufgrund der langen effektiven Faserstrecke möglich, mit vergleichsweise geringen Drücken zu arbeiten. Damit können Fasern mit einem Standard-Coating eingesetzt werden, ohne daß die Lebensdauer der Faser in der Praxis verkürzt werden würde. Beim Stand der Technik ist es dagegen er forderlich, ein besonders hartes Coating zu verwenden, damit die Lebensdauer zumindest nicht über Gebühr verrin gert wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist wenig stens ein druckausübendes Element vorgesehen, an wenig stens einer Stelle Druck auf eine Mehrzahl von Faserstüc ken der aufgewickelten Faser ausübt. Dieses druckausüben de Element kann insbesondere ein elongierendes Element, wie ein Piezoelement sein, das wenigstens ein Kreisseg ment der aufgewickelten Fasern beaufschlagt und das am Ring anliegt. Korrespondierend zu den Kreissegmenten sind Gegensegmente vorgesehen, die an den Faserstücken anlie gen und Druck auf die Faser ausüben. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß eine Druckausübung auf die Faser ohne "Strecken" der Faser erfolgt. Bei der Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn sie so erfolgt, daß sich keine ther mischen Einflüsse auf das DGD-Element ergeben.

Da erfindungsgemäß die Ableitung des Regelkriteriums op tisch erfolgt, also nicht erst nach optoelektronischer Wandlung, wie es herkömmlich erfolgt, ergeben sich in je dem Falle folgende Vorteile:

a) die PMD-Kompensator-Anordnung ist unabhängig von der Bitrate des Datensignals (10 GBit oder höher).
b) die PMD-Kompensator-Anordnung ist unabhängig von der Signalkodierung (RZ, NRZ, etc.).
c) die maximal zu kompensierende DGD ist nicht limi tert, wie z. B. bei konventionellen Anordnungen, bei den das Limit bei 100 ps für 10 Gbit bw. 25 ps bei 40 Gbit liegt.
d) Durch die optische Signalverabeitung können kosten günstige optoelektronische Wandler mit niedriger Grenzfrequenz (im kHz-Bereich statt im GHz-Bereich wie beim Stand der Technik) eingesetzt werden.

Herkömmliche PMD-Emulatoren bestehen aus einer Abfolge von einem oder mehreren Anordnungen bestehend aus einem mehrstufigen Polarisationstransformationselement und ei nem DGD-Element. Da die erfindungsgemäße Anordnung eines PMD-Emulators ohne Polarisationstransformationselement auskommt, hat die erfindungsgemäße Anordnung folgende Vorteile:

a) Schnelle Kompensationszeit
b) Geringe Einfügedämpfung
c) Einfacher und kostengünstiger Aufbau
d) Robuster Aufbau
e) Keine trial- und error-Regelung erforderlich.

Da erfindungsgemäß die Modulation der Stellelemente mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgt, ergeben sich fol gende Vorteile:

a) kein Reset-Algorithmus notwendig,
b) keine trial- und error-Regelung erforderlich, und
c) keine aufwendigen Signalprozessoren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäß aufgebauten Basis-Emulationseinheit,

Fig. 2 eine Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Basis-Emulationseinheit, und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Emulationseinheit.

Darstellung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Basis- Emulationseinheit. Diese weist zwei DGD-Elemente (Diffe rential-Group-Delay-Elemente) DGD 1 und DGD 2 auf, die jeweils eine bestimmte feste Verzögerungszeit für das an kommende Signal haben, die bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ohne Beschränkung der möglichen Werte 50 ps beträgt. Die beiden DGD-Elemente DGD 1 und DGD 2 sind miteinander über ein Verbindungselement T-DGD verbunden, dessen Verzögerungszeit bei dem gezeigten Ausführungsbei spiel 1 ps beträgt.

Alle drei Elemente haben einen bestimmten Winkel der Dop pelbrechungsachsen, wobei sich die Doppelbrechungsachse des Verbindungselements T-DGD bezüglich ihrer Winkellage von den Doppelbrechungsachsen der beiden DGD-Elemente DGD-1 und DGD-2 unterscheiden. Bei dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel betragen die (absoluten) Winkel 0°, 45° (in der Grundstellung) und 90°.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein in der Fig. 1 nicht dargestelltes Stellelement vorgesehen, das auf das Verbindungselement T-DGD derart wirkt, daß durch eine geringfügige Änderung der Verzögerungszeit dieses Elements die DGD der Anordnung vollständig ein stellbar ist. Das Verbindungselement T-DGD wirkt damit als Transformationselement.

Bevorzugt ist es, wenn bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Elemente DGD-1, DGD-2 und T-DGD PM-Fasern sind. Die Winkel können dann durch Spleißen eingestellt werden. Das Stellelement kann dann auf wenig stens eine der PM-Fasern eine mechanische Wirkung zur Än derung der Verzögerungszeit und damit der Polarisation ausüben, und beispielsweise ein Faserquetscher oder -stretcher mit elektrisch steuerbaren Elementen, wie Pie zo-Elementen sein.

Mit dieser Anordnung kann man eine Gesamt-DGD von 0 ps bis zur Summe der Einzel-DGD's (ca. 100 ps) einstellen, wobei hierfür lediglich eine Änderung der DGD des Trans formationselements T-DGD um 0,0025 ps ausreichend ist.

Fig. 2 zeigt eine Modifikation des in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiels, bei dem gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den selben Bezugszeichen versehen sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist einer Anordnung beste hend aus den Elementen DGD-1, T-DGD und DGD-2 ein weite res Element A-DGD vorgeschaltet, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Winkel von 45° und eine Verzö gerungszeit von 1 ps hat. Bei dem gezeigten Ausführungs beispiel beträgt die Verzögerungszeit der Elemente DGD-1 und DGD-2 ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils 30 ps.

Zusätzlich sind auch Stellelemente für das Element A-DGD und das Element DGD-1 vorgesehen. Mit diesen Stellelemen ten ist es möglich, die PSP der Anordnung dem jeweiligen Einsatzfall anzupassen. Das Stellelement für das Trans formationselement T-DGD dient wie bei Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zur Einstellung der DGD. Die Anordnung gemäß Fig. 2 hat gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 1 den Vor teil, daß die Wellenlängenabhängigkeit der PSP kompen siert werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Kompensation Polarisa tions-Modulations-Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrun gen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissionsfasern, bei der zwei hintereinander geschal tete Basis-Emulationseinheiten 1 und 2 verwendet werden, von denen jede gemäß Fig. 2 aufgebaut ist, und die zur Einstellung der PSP und der DGD des ankommenden Signals IN dienen. Das aus der zweiten Basis- Emulationseinheit 2 austretende Signal tritt in einen Strahlteiler 3 ein, der einen kleinen Teil des Signals (1 bis 5%) in eine Meßein richtung für PMD-bedingte Verzerrungen abzweigt.

Diese Meßeinrichtung weist einen Polarisationskontroller 4 auf, der aus zwei Faserstücken mit jeweils einer (bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel) Verzögerungszeit von 1 ps besteht, die und einen Winkel von 45° miteinander ver bunden sind. Auf die beiden Faserstücke wird in der nach folgend noch beschriebenen Weise zur Einstellung der Po larisation Druck ausgeübt. Das aus dem zweiten Faserstück austretende Signal tritt in einen Polarisator 4' ein, dem ein Fotoempfänger 5 mit einem Verstärker 6 mit Tiefpaß wirkung nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des Ver stärkers 6 dient als Eingangs- bzw. IST-Signal für die nachfolgend beschriebene Regeleinheit, mit der die Ein stellung der Verzögerungszeit der verschiedenen Faser stücke erfolgt.

Die Regeleinheit weist für jedes der - auch in Fig. 3 nicht dargestellten-Stellelemente - einen phasenempfind lichen Verstärker 7 auf, dessen Ausbildung in dem Teil bild in Fig. 3 dargestellten ist. Jeder der Verstärker 7 hat eine vergleichsweise geringe Bandbreite von z. B. 2 kHz, wobei die Frequenz typischerweise im Bereich von 50 bis 90 kHz liegt. Das Ausgangssignal des phasenempfindli chen Verstärkers 7 liegt an Leistungsverstärkern 8 an, der Ausgangssignal die Stellelemente, die beispielsweise Piezoelemente aufweisen können, ansteuert.

Die erfindungsgemäße Emulationseinheit arbeitet wie folgt:
Die Regelung des PDMC besteht aus voneinander unabhängi gen analogen Regelschleifen, die nach dem Prinzip der mo dulierten Stellelemente arbeiten. Diese Nation der Stel lelemente erfolgt durch geeignete Frequenzwahl (z. B. 50,55, . . . 90 kHz) für die Modulation der einzelnen Stel lelemente.

Das Regelkriterium ist die Konstanz der Polarisation für alle im Signal enthaltenen Spektralanteile (DOP = 100% und Polarisation = Constant). Die Polarisation vor dem Polarisator wird so eingestellt, daß ein Minimum an Lei stung transmittiert wird. Dies liefert ein sehr genaues Kriterium für DOP und SOP. Die Modulationsfrequenzen ge langen mit entsprechender Amplitude und Phasenlage auf den Fotoempfänger 5 und stehen für eine frequenzselektive und phasenrichtige Auswertung zur Verfügung. Damit können auch die Regelkreise für die einzelnen Stellelemente zeitgleich und voneinander unabhängig optimiert werden.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels ohne Beschränkung der Allgemeinheit beschrieben worden. Selbstverständlich sind die verschiedensten Ab wandlungen möglich; ferner ist nicht nur möglich, die verschiedenen, in den Ansprüchen als unabhängige Erfindungen beanspruchten Merkmale der einzelnen Elemente des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels miteinander zu kombinieren, sondern auch möglich, einzelne Merkmale mit Ausführungsformen für andere Elemente zu kombinieren, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Emulationseinheit kann selbstverständlich auch in Vorrichtungen Verwendung fin den, die nicht zur Kompensation von Polarisations- Modulations-Dispersions (PMD)-bedingten Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Trans missionsfasern, dienen, sondern lediglich zur Erzeugung von PMD-bedingten Verzerrungen beispielsweise für Test zwecke.

Claims

1. Anordnung zur Kompensation Polarisations-Modulations- Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissions fasern, mit
einer Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzer rungen,
einer Emulationseinheit für einstellbare PMD- Werte,
einer Regeleinheit, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt, und die die Emula tionseinheit steuert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Emulationseinheit mindestens eine Basis-Emulationseinheit aufweist, die aus zwei DGD-Elementen (Differential-Group-Delay- Elemente) mit jeweils einer bestimmten festen Verzö gerungszeit für das ankommende Signal besteht, die miteinander über ein Verbindungselement verbunden sind, das als Transformationselement wirkt, wobei al le drei Elemente einen bestimmten Winkel der Doppel brechungsachsen haben,
daß sich die Doppelbrechungsachsen des Verbindungs elements bezüglich ihrer Winkellage von den Doppel brechungsachsen der beiden DGD-Elemente unterschei den, und
daß wenigstens ein Stellelement für jede Basis- Emulationseinheit vorgesehen ist, das auf eines der Elemente dieser Basis-Emulationseinheit derart wirkt, daß durch eine geringfügige Änderung der Verzöge rungszeit des beeinflußten Elements die DGD der An ordnung vollständig einstellbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente PM-Fasern sind, und daß das Stellelement auf wenigstens eines der DGD- Elemente eine mechanische Wirkung zur Änderung der Verzögerungszeit und damit der Polarisation ausübt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Stellelemen te, die eine mechanische Wirkung ausüben, Faserquet scher oder -stretcher mit elektrisch steuerbaren Ele menten, wie Piezo-Elementen sind, die eine mechani sche Wirkung auf die PM-Faser ausüben.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Stellelemente zur Verteilung der mechanischen Wirkung auf eine möglichst große Faserlänge einen Ring auf weist, auf dem die PM-Faser ohne Verdrehung aufgewic kelt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein druckaus übendes Element an wenigstens einer Stelle Druck auf eine Mehrzahl von Faserstücken der aufgewickelten Fa ser ausübt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das druckausübende Ele ment ein elongierendes Element, wie ein Piezoelement ist, das wenigstens ein Kreissegment beaufschlagt, das am Ring anliegt, und daß wenigstens zu einem Teil der Kreissegmente Ge gensegmente vorgesehen sind, die an den Faserstücken anliegen und Druck auf die Faser ausüben.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente doppelbre chende Kristalle sind, deren Doppelbrechung elektro nisch beeinflußbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der beiden DGD-Elemente jeder Basis-Emulationseinheit gleich und deutlich größer als die des zugehörigen Verbindungselements ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Doppelbre chungsachse des ersten DGD-Elements 0° und des zwei ten DGD-Elements 90° und des Verbindungselements 45° oder 0°, 45°, 0° oder 90°, 45°, 0° oder entsprechend gewählt ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den zwei DGD-Elementen und dem Verbindungselement ein weiteres Element zur Einstellung eines beliebigen Eingangs-PSP vorgeschal tet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschaltete Ele ment ein weiteres doppelbrechendes Element, wie z. B. eine PM-Faser, aufweist, und daß sich die Winkel der Doppelbrechungsbrechungsach sen des vorgeschalteten Elements und des ersten DGD- Elements unterscheiden.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeldifferenz 45° beträgt.

13. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschaltete Ele ment ein weiteres doppelbrechendes Element, wie z. B. eine PM-Faser, aufweist, und daß ein Stellelement auf das vorgeschaltete Element und das erste DGD-Element eine Wirkung zur Änderung der Verzögerungszeit und damit der Polarisation aus übt.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschaltete Ele ment und/oder das Verbindungselement aus zwei PM- Fasern oder zwei doppelbrechenden Kristallen mit un terschiedlicher Winkellage der Doppelbrechungsachsen bestehen.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement auf eine der beiden Fasern oder auf einen der Kristalle wirkt.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Anordnun gen zur Einstellung einer variablen DGD, von denen wenigstens eine eine Basis-Emulationseinheit gegebe nenfalls mit einem PSP-Einstellelement aufweist, hin tereinander geschaltet sind.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Anordnungen zur Kompensation PMD höherer Ordnung aus Basis-Emula tionseinheiten mit DGD-Elementen mit unterschiedli cher Einzellaufzeit bestehen.

18. Anordnung zur Kompensation Polarisations-Modulations- Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissions fasern, mit
einer Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzer rungen,
einer Emulationseinheit für einstellbare PMD- Werte,
einer Regeleinheit, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt, und die die Emula tionseinheit steuert,
oder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Erfassung der PMD die Polarisation aller in dem aus der Emulationseinheit austretenden Signal enthaltenen Spektralanteile erfaßt.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Polarisator und einen nach dem Polarisator angeordne ten optoelektrischen Wandler, wie einen Fotoempfänger aufweist, und daß eine Polarisationsanpaßeinheit vorgesehen ist, die die Ausgangspolarisation der Emulationseinheit an die des Polarisators anpaßt.

20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Polarisationsstrahlteiler aufweist, an dessen Aus gangsanschlüssen optoelektrische Wandler, wie Foto empfänger vorgesehen sind, deren Signale zur Generie rung eines Ist-Signals für die Regeleinheit einer Quotientenbildung unterzogen werden.

21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Polari sation eine an sich bekannte Polarimeter-Anordnung vorgesehen ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsanpaß einheit zwei doppelbrechende Elemente aufweist, deren Doppelbrechungsachsen einen Winkel ungleich 0°, be vorzugt 45° einschließen, und daß zur Einstellung der Ausgangspolarisation wenig stens ein Stellelement vorgesehen ist, das auf minde stens eines der doppelbrechenden Elemente wirkt.

23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelbrechenden Ele mente doppelbrechende Kristalle oder PM-Fasern sind.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polarisationsan paßeinheit direkt vor der Polarisationsmeßeinheit an geordnet oder direkt hinter dem Emulator angeordnet ist.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polarisationsan paßeinheit als zusätzliches Element in den Emulator integriert ist.

26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsan paßeinheit ein vor- oder nachgeschaltetes DGD-Element mit einem Winkel von 45° ist, wobei auf dieses nachgeschaltete Element und dem davor oder dahinter be findlichen DGD ein Stellelement wirkt.

27. Anordnung zur Kompensation Polarisations-Modulations- Dispersions (PMD)-bedingter Verzerrungen in optischen Transmissionssystemen und insbesondere Transmissions fasern, mit
einer Meßeinrichtung für PMD-bedingte Verzer rungen,
einer Emulationseinheit für einstellbare PMD- Werte,
einer Regeleinheit, an der das Ausgangssignal der Meßeinrichtung anliegt, und die die Emula tionseinheit steuert,
oder nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit mehrere Regelschleifen aufweist, in denen sie Stellelemente der Emulationseinheit mit unterschiedlichen Frequen zen moduliert,
daß die Regeleinheit aus dem Ausgangssignal der Meßeinrichtung Informationen über den Betrag und die Phasenlage des aus der Emulationseinheit austretenden Signals ermittelt und diese Informationen zur Durch führung einer schnellen und direkten Regelung verwen det.

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite bzw. Grenzfrequenz des optoelektrischen Wandler der Modu lationsfrequenz angepaßt ist, und daß die Regeleinheit die einzelnen Regelschleifen derart einstellt, daß die Polarisation für alle im Signal enthaltenen Spektralanteile konstant ist.

29. Anordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit zur Ein stellung einer konstanten Polarisation für alle im Signal enthaltenen Spektralanteile als Regelkriterium einen minimalen Photostrom des oder der optoelektri schen Wandler verwendet.

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit das Aus gangsignal des oder der optoelektrischen Wandler fre quenz- und phasenselektiv auswertet.

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit analoge Regelkreise für die Stellelemente aufweist, an denen die frequenz- und phasenselektiven Signale anliegen.

32. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit auch die Stellelemente der Polarisationsanpaßeinheit ansteu ert.

33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit die Stellelemente der Polarisationsanpaßeinheit mit dem gleichen Regelalgorithmus wie die Emulationseinheit ansteuert.

34. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit zur Aus führung verschiedener Funktionen, wie z. B. zur fre quenz- und phasenselektiven Auswertung oder zur Steuerung des Ablaufes innerhalb der Anordnung wenig stens eine CPU oder wenigstens einen DSP-Schaltkreis aufweist.

35. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit wesent liche Teile des Regelalgorithmus mit analogen Schalt kreisen ausführt.