WO1997042722A1 - Optical emitter - Google Patents

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WO1997042722A1 PCT/DE1997/000601 DE9700601W WO9742722A1 WO 1997042722 A1 WO1997042722 A1 WO 1997042722A1 DE 9700601 W DE9700601 W DE 9700601W WO 9742722 A1 WO9742722 A1 WO 9742722A1
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optical
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Inventor
Friedrich-Christian Tischer
Ernst Kremers
Roland Himmler
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2537—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to scattering processes, e.g. Raman or Brillouin scattering

Definitions

  • the invention is based on an optical transmitter according to the preamble of the independent claim.
  • two methods are known for modulating the amplitude of the carrier emitted by the laser of an optical transmitter with a useful signal (N).
  • N useful signal
  • direct modulation the electrical input of the laser is modulated with the useful signal.
  • this leads to an undesirable additional frequency modulation, which depends on the useful signal.
  • This frequency modulation limits the usable bandwidth for standard single-mode fibers.
  • a second method circumvents this dispersion effect as a result of parasitic frequency modulation, the so-called indirect modulation by means of an optical one
  • Intensity modulator which connects to the laser, possibly via a transmission link.
  • Brillouin backscattering already occurs in the case of powers to be transmitted of approximately 10 milliwatts in the optical fiber of the transmission link adjoining the optical transmitter.
  • the disadvantages of both types of modulation are avoided by indirectly modulating the carrier (T) emitted by the laser with a useful signal (N) and the laser input weakly with a blurring signal (V).
  • the modulation with the blurring signal (V) is called dithering.
  • V Blurring signal
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the modulation with the blurring signal (V) is carried out completely separately from the electrical leads of the laser.
  • the electrical supply lines (pump lines) can therefore be reserved for stabilization regulations.
  • Another advantage is that this type of modulation can also be implemented retrospectively in a transmitter that has already been implemented.
  • FIG. 1 shows a block diagram for an optical transmitter, the mechanical modulation acting on the laser,
  • FIG. 4 shows a block diagram for an optical transmitter, the mechanical modulation acting on the transmission link
  • FIG. 5 shows an implementation example for the application of a blurring signal (V) in the optical fiber.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention.
  • 1 denotes a semiconductor laser (HL), 2 the mechanical introduction of a blurring signal (V), 3 the electrical connections of the laser. These connections are used for electrical control and stability control.
  • the HL is connected to an optical modulator 5 via an optical fiber link 4.
  • a second light guide 6 leads from the optical modulator 5 to the output 7 of the optical transmitter. Parts 1,3,4,5,6,7 together form the optical transmitter. For practical applications, the transmission link will be connected to output 7.
  • FIGS. 2 and 3 show particularly advantageous
  • a piezo element 2 is located either directly on the HL 1 (see FIG. 2) or on the underside of one
  • Carrier substrate 10 (see Figure 3) on which the optical signal
  • the piezo converter 11 excites the HL 1 to mechanical vibrations. This leads to a slight periodic
  • the carrier (T) which has been mechanically edited in this way is then (see FIG. 1) passed via the optical fiber link 4 to the optical modulator 5, where it is modulated with the useful signal (N).
  • the carrier modulated with the blurring signal (V) and with the useful signal (N) is made available at the output 7 via the second light guide 6.
  • FIG. 4 Another advantageous exemplary embodiment is shown in FIG. 4.
  • 1 denotes the semiconductor laser (HL), 3 the electrical connections of the laser.
  • the HL 1 is connected to the optical modulator 5 via an optical fiber link 4.
  • a second light guide 13 leads from the optical modulator 5 to the output of the optical transmitter 7.
  • 20 denotes the mechanical introduction of the modulation with the blurring signal on a segment of the light guide 13.
  • This modulation device is shown in detail in FIG. Part of the light guide 13 is wound around a cylinder 14.
  • the cylinder 14 has an axial slot.
  • a piezo modulator 15 is inserted into this axial slot.
  • the vibrations of the piezo modulator 15 lead to a periodic change in the diameter of the cylinder 14 and thus to a periodic change in the length of the fiber section 13.
  • This change in length causes a slight change in the running time of the light as a function of time. This ensures that the signal present at the output of fiber 13 is phase-modulated with respect to the signal present at the input of fiber 13. This phase modulation causes the dithering necessary to prevent Brillou scattering.
  • This arrangement can be implemented both between modulator 5 and output 7 of the transmitter, and between HL 1 and modulator 5. If both lines are inaccessible, it is also conceivable to install the arrangement described above for carrying out the modulation in a segment of the transmission path located outside the transmitter.
  • the direct mechanical modulation of the laser with the blurring signal can also take place thermo-mechanically instead of electro-acoustically.
  • slight frequency changes due to thermally induced expansion or contraction are used.
  • the temperature changes necessary for this can be impressed on the laser by the already existing temperature regulation or alternatively via a resistance or Peltier heater to be installed separately.
  • the feasibility of this route depends on the thermal mass of the transmitter and the thermal coupling to the environment.
  • the modulation with the blurring signal (V) causes a small and controlled variation in the phase or the Frequency. Since the Brillouin backscatter is a stimulated process with a rigid phase relationship, it is suppressed by relatively little interference of this type.
  • the invention makes it possible to take advantage of this effect without intervening in already existing laser modules, in the last application example even without having the possibility of physical access to the same.

Abstract

The invention concerns an optical emitter with which the dithering necessary for the prevention of Brillouin backscattering is brought about by mechanical modulation. This can occur either in the laser element itself or on part of the transmission link. Mechanical modulation is particularly advantageous when the dithering is to occur in a manner spatially separated from the laser.

Description

Optischer SenderOptical transmitter
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem optischen Sender nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der EP 0 584 647 AI sind zwei Methoden bekannt, die Amplitude des vom Laser eines optischen Senders ausgestrahlten Trägers mit einem Nutzsignal (N) zu modulieren. Bei der ersten Methode, der direkten Modulation, wird der elektrische Eingang des Lasers mit dem Nutzsignal moduliert. Dies führt neben der erwünschten Amplitudenmodulation zu einer unerwünschten zusätzlichen Frequenzmodulation, welche vom Nutzsignal abhängt. Diese Frequenzmodulation limitiert bei Standardeinmodenfasern die nutzbare Bandbreite. Diesen Dispersionseffekt in Folge der parasitären Frequenzmodulation umgeht eine zweite Methode, die sog. indirekte Modulation mittels eines optischenThe invention is based on an optical transmitter according to the preamble of the independent claim. From EP 0 584 647 AI two methods are known for modulating the amplitude of the carrier emitted by the laser of an optical transmitter with a useful signal (N). In the first method, direct modulation, the electrical input of the laser is modulated with the useful signal. In addition to the desired amplitude modulation, this leads to an undesirable additional frequency modulation, which depends on the useful signal. This frequency modulation limits the usable bandwidth for standard single-mode fibers. A second method circumvents this dispersion effect as a result of parasitic frequency modulation, the so-called indirect modulation by means of an optical one
Intensitätsmodulators, welcher sich -gegebenenfalls über eine Übertragungsstrecke- an den Laser anschließt. Andererseits jedoch tritt bei Benutzung indirekter Modulation schon bei zu übertragenden Leistungen von etwa 10 Milliwatt Brillouin-Rückstreuung in der sich an den optischen Sender anschließenden optischen Faser der Übertragungsstrecke auf. Nach EP-0 584 647 AI werden die Nachteile beider Modulationsarten umgangen, indem der vom Laser emittierte Träger (T) indirekt mit einem Nutzsignal (N) und der Lasereingang zusätzlich schwach mit einem Verwischungssignal (V) moduliert wird. Die Modulation mit dem Verwischungssignal (V) wird Dithering genannt. Typischerweise liegt die Frequenz desIntensity modulator, which connects to the laser, possibly via a transmission link. On the other hand, however, when using indirect modulation, Brillouin backscattering already occurs in the case of powers to be transmitted of approximately 10 milliwatts in the optical fiber of the transmission link adjoining the optical transmitter. According to EP-0 584 647 AI, the disadvantages of both types of modulation are avoided by indirectly modulating the carrier (T) emitted by the laser with a useful signal (N) and the laser input weakly with a blurring signal (V). The modulation with the blurring signal (V) is called dithering. Typically, the frequency of the
Verwischungssignals (V) im Bereich zwischen 10 und 100 kHz. Dieses Dithering muß schon beim Entwurf des Lasersenders konstruktiv vorgesehen werden.Blurring signal (V) in the range between 10 and 100 kHz. This dithering must be included in the design of the laser transmitter.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Modulation mit dem Verwischungssignal (V) völlig getrennt von den elektrischen Zuleitungen des Lasers erfolgt. Die elektrischen Zuleitungen (Pumpleitungen) können daher Stabilisierungsregelungen vorbehalten bleiben. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß diese Modulationsart auch in einem bereits realisierten Sender noch nachträglich implementiert werden kann.The arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the modulation with the blurring signal (V) is carried out completely separately from the electrical leads of the laser. The electrical supply lines (pump lines) can therefore be reserved for stabilization regulations. Another advantage is that this type of modulation can also be implemented retrospectively in a transmitter that has already been implemented.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Senders möglich. 97/42722 PC17DE97/00601The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the transmitter specified in the independent claim. 97/42722 PC17DE97 / 00601
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Es ist vorteilhaft, den Laser schalleitend mit einem Piezowandler zu verbinden, da diese Art der mechanischen Anregung einfach und preiswert zu realisieren ist.It is advantageous to connect the laser to a piezo transducer in a sound-conducting manner, since this type of mechanical excitation can be implemented simply and inexpensively.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, einen Lichtleiter zur mechanischen Modulation heranzuziehen, da diese Art der Modulation mit dem Verwischungssignal (V)auch dann möglich ist, wenn der Laser nicht ohne Weiteres zugänglich ist, oder wenn die Modulation mit dem Verwischungssignal räumlich getrennt vom Laser erfolgen soll.It is also particularly advantageous to use a light guide for mechanical modulation, since this type of modulation with the blurring signal (V) is also possible when the laser is not easily accessible, or when the modulation with the blurring signal is spatially separated from the laser should.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Faser periodisch zu recken, indem sie auf einen Zylinder mit expandierbarem Durchmesser gewickelt wird, da die so realisierte Modulationseinheit relativ platzsparend realisiert werden kann.Furthermore, it is particularly advantageous to periodically stretch the fiber by winding it on a cylinder with an expandable diameter, since the modulation unit thus implemented can be implemented in a relatively space-saving manner.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
Figur 1 ein Blockschaltbild für einen optischen Sender, wobei die mechanische Modulation auf den Laser einwirkt,FIG. 1 shows a block diagram for an optical transmitter, the mechanical modulation acting on the laser,
Figur 2 und 3 technische Realisierungsbeispiele für die Piezomodulation eines Halbleiterlasers undFigure 2 and 3 technical implementation examples for the piezo modulation of a semiconductor laser and
Figur 4 ein Blockschaltbild für einen optischen Sender, wobei die mechanische Modulation auf die Übertragungsstrecke einwirkt, Figur 5 ein Realisierungsbeispiel für das Aufbringen eines Verwischungssignals (V) in der optischen Faser.FIG. 4 shows a block diagram for an optical transmitter, the mechanical modulation acting on the transmission link, FIG. 5 shows an implementation example for the application of a blurring signal (V) in the optical fiber.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei bezeichnet 1 einen Halbleiterlaser (HL) , 2 die mechanische Einbringung eines Verwischungssignals (V) , 3 die elektrischen Anschlüsse des Lasers. Diese Anschlüsse werden zum elektrischen Ansteuern sowie zur Stabilitätsregelung benutzt. Der HL ist über eine Lichtleiterstrecke 4 mit einem optischen Modulator 5 verbunden. Ein zweiter Lichtleiter 6 führt vom optischen Modulator 5 zum Ausgang 7 des optischen Senders. Teile 1,3,4,5,6,7 bilden zusammen den optischen Sender. Für praktische Anwendungen wird sich an den Ausgang 7 die Übertragungsstrecke anschließen.Figure 1 shows a first embodiment of the invention. 1 denotes a semiconductor laser (HL), 2 the mechanical introduction of a blurring signal (V), 3 the electrical connections of the laser. These connections are used for electrical control and stability control. The HL is connected to an optical modulator 5 via an optical fiber link 4. A second light guide 6 leads from the optical modulator 5 to the output 7 of the optical transmitter. Parts 1,3,4,5,6,7 together form the optical transmitter. For practical applications, the transmission link will be connected to output 7.
Die in Figur 1 schematisch gezeigte mechanische Modulation des Lasers wird nun in den Figuren 2 und 3 konkretisiert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie in Figur 1 kennzeichnen. Figuren 2 und 3 zeigen besonders vorteilhafteThe mechanical modulation of the laser shown schematically in FIG. 1 is now specified in FIGS. 2 and 3, the same reference numerals identifying the same components as in FIG. 1. Figures 2 and 3 show particularly advantageous
Weisen, die mechanische Modulation des Lasers vorzunehmen.Ways to do the mechanical modulation of the laser.
Hierbei befindet sich ein Piezoelement 2 entweder direkt auf dem HL 1 (siehe Figur 2) oder auf der Unterseite einesHere, a piezo element 2 is located either directly on the HL 1 (see FIG. 2) or on the underside of one
Trägersubstrats 10 (siehe Figur 3), auf welchem der optischeCarrier substrate 10 (see Figure 3) on which the optical
Sender aufgebaut ist.Transmitter is established.
Der Piezowandler 11 regt den HL 1 zu mechanischen Schwingungen an. Dies führt zu einer leichten periodischenThe piezo converter 11 excites the HL 1 to mechanical vibrations. This leads to a slight periodic
Änderung der Laserfrequenz. Hierbei ist schon die räumliche Nähe des Piezowandlers 11 zum HL 1 hinreichend, wie Fig. 3 illustriert. Es muß jedoch gewährleistet sein, daß die mechanischen Schwingungen zum Laser geleitet werden. Die mechanische Amplitude und die damit einhergehende Modulation der Laserfrequenz muß nun so gewählt werden, daß die Brillouin-Rückstreuung reduziert wird, jedoch gleichzeitig störende Dispersionseffekte durch parasitäre Frequenzmodulation nicht ins Gewicht fallen.Change in laser frequency. Here, the spatial proximity of the piezo transducer 11 to the HL 1 is sufficient, as shown in FIG. 3 illustrated. However, it must be ensured that the mechanical vibrations are conducted to the laser. The mechanical amplitude and the associated modulation of the laser frequency must now be selected so that the Brillouin backscatter is reduced, but at the same time disruptive dispersion effects due to parasitic frequency modulation are negligible.
Der auf diese Weise mechanisch geditherte Träger (T) wird anschließend (siehe Figur 1) über die Lichtleiterstrecke 4 zu dem optischen Modulator 5 geleitet, wo er mit dem Nutzsignal (N) moduliert wird. Über den zweiten Lichtleiter 6 wird der mit dem Verwischungssignal (V) und mit dem Nutzsignal (N) modulierte Träger am Ausgang 7 zur Verfügung gestellt.The carrier (T) which has been mechanically edited in this way is then (see FIG. 1) passed via the optical fiber link 4 to the optical modulator 5, where it is modulated with the useful signal (N). The carrier modulated with the blurring signal (V) and with the useful signal (N) is made available at the output 7 via the second light guide 6.
Ein weiteres, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 4. Hierbei kennzeichnet 1 den Halbleiterlaser (HL), 3 die elektrischen Anschlüsse des Lasers. Der HL 1 ist über eine Lichtleiterstrecke 4 mit dem optischen Modulator 5 verbunden. Ein zweiter Lichtleiter 13 führt vom optischen Modulator 5 zum Ausgang des optischen Senders 7. 20 bezeichnet die mechanische Einbringung der Modulation mit dem Verwischungssignal auf einem Segment des Lichtleiters 13. In Figur 5 ist diese Modulationseinrichtung im Detail gezeigt. Ein Teil des Lichtleiters 13 ist um einen Zylinder 14 gewickelt. Der Zylinder 14 weist einen axialen Schlitz auf. In diesen axialen Schlitz ist ein Piezomodulator 15 eingefügt.Another advantageous exemplary embodiment is shown in FIG. 4. Here, 1 denotes the semiconductor laser (HL), 3 the electrical connections of the laser. The HL 1 is connected to the optical modulator 5 via an optical fiber link 4. A second light guide 13 leads from the optical modulator 5 to the output of the optical transmitter 7. 20 denotes the mechanical introduction of the modulation with the blurring signal on a segment of the light guide 13. This modulation device is shown in detail in FIG. Part of the light guide 13 is wound around a cylinder 14. The cylinder 14 has an axial slot. A piezo modulator 15 is inserted into this axial slot.
Die Schwingungen des Piezomodulators 15 führen zu einer periodischen Änderung des Durchmessers des Zylinders 14 und somit zu einer periodischen Längenveränderung der Faserstrecke 13. Diese Längenänderung bewirkt eine geringfügige LaufZeitveränderung des Lichts als Funktion der Zeit. Hierdurch wird erreicht, daß das am Ausgang der Faser 13 anliegende Signal gegenüber dem am Eingang der Faser 13 anliegenden Signal phasenmoduliert ist . Diese Phasenmodulation bewirkt das zur Verhinderung der Brillouinstreuung notwendige Dithering.The vibrations of the piezo modulator 15 lead to a periodic change in the diameter of the cylinder 14 and thus to a periodic change in the length of the fiber section 13. This change in length causes a slight change in the running time of the light as a function of time. This ensures that the signal present at the output of fiber 13 is phase-modulated with respect to the signal present at the input of fiber 13. This phase modulation causes the dithering necessary to prevent Brillou scattering.
Diese Anordnung kann sowohl zwischen Modulator 5 und Ausgang 7 des Senders, als auch zwischen HL 1 und Modulator 5 realisiert werden. Sollten beide Strecken unzugänglich sein, ist es auch denkbar, die oben beschriebene Anordnung zur Durchführung der Modulation in einem außerhalb des Senders liegenden Segment des Übertragungsweges zu installieren.This arrangement can be implemented both between modulator 5 and output 7 of the transmitter, and between HL 1 and modulator 5. If both lines are inaccessible, it is also conceivable to install the arrangement described above for carrying out the modulation in a segment of the transmission path located outside the transmitter.
Die direkte mechanische Modulation des Lasers mit dem Verwischungssignal kann statt auf elektroakustischem Wege auch auf thermomechanischem Wege erfolgen. Hierbei macht man sich geringfügige Frequenzänderungen durch thermisch induzierte Ausdehnung oder Kontraktion zunutze. Die hierfür notwendigen Temperaturänderungen können dem Laser durch die ohnehin vorhandene Temperaturregulierung aufgeprägt werden oder auch alternativ über eine separat zu installierende Widerstands- oder Peltierheizung. Die Durchführbarkeit dieses Weges hängt von der thermischen Masse des Senders und der thermischen Ankopplung an die Umgebung ab. Ebenso stehen alternative Wege zur Frequenz-, Phasen- oder Amplitudenmodulation in der Faser offen.The direct mechanical modulation of the laser with the blurring signal can also take place thermo-mechanically instead of electro-acoustically. Here, slight frequency changes due to thermally induced expansion or contraction are used. The temperature changes necessary for this can be impressed on the laser by the already existing temperature regulation or alternatively via a resistance or Peltier heater to be installed separately. The feasibility of this route depends on the thermal mass of the transmitter and the thermal coupling to the environment. There are also alternative ways of frequency, phase or amplitude modulation in the fiber.
Die Modulation mit dem Verwischungssignal (V) bewirkt eine geringe und kontrollierte Variation in der Phase oder der Frequenz. Da es sich bei der Brillouin-Rückstreuung um einen stimulierten Prozeß mit starrem Phasenzusammenhang handelt, wird sie schon durch relativ geringe Störungen dieser Art unterdrückt. Die Erfindung erlaubt es, sich diesen Effekt zunutze zu machen, ohne in schon bestehende Lasermodule einzugreifen, im letzten Anwendungsbeispiel sogar, ohne über die Möglichkeit zum physischen Zugriff auf dasselbe zu verfügen. The modulation with the blurring signal (V) causes a small and controlled variation in the phase or the Frequency. Since the Brillouin backscatter is a stimulated process with a rigid phase relationship, it is suppressed by relatively little interference of this type. The invention makes it possible to take advantage of this effect without intervening in already existing laser modules, in the last application example even without having the possibility of physical access to the same.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Optischer Sender für ein Nachrichtenübertragungssystem bei welchem der von einem Laser erzeugte Träger mit einem1. Optical transmitter for a communication system in which the carrier generated by a laser with a
Verwischungssignal V und einem Nutzsignal N moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation mit dem Verwischungssignal mechanisch erfolgt.Blurring signal V and a useful signal N is modulated, characterized in that the modulation is carried out mechanically with the blurring signal.
2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation mit dem Verwischungssignal direkt im Laser erzeugbar ist.2. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that the modulation with the blurring signal can be generated directly in the laser.
3. Optischer Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Piezowandler schalleitend mit dem Laser verbunden ist .3. Optical transmitter according to claim 2, characterized in that a piezo transducer is connected to the laser in a sound-conducting manner.
4. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersignal auf mindestens einem Teil der Übertragungsstrecke mit dem Verwischungssignal V modulierbar ist.4. Optical transmitter according to claim 1, characterized in that the carrier signal can be modulated on at least part of the transmission path with the blurring signal V.
5. Optischer Sender nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Übertragungsstrecke mit Lichtleitern realisiert ist, wobei die Modulation durch Änderungen mindestens einer seiner Abmessungen seiner Topologie, seiner Dichte, seiner Homogenität und/oder seiner optischen Eigenschaften erzielbar ist.5. Optical transmitter according to claim 4, characterized in that a part of the transmission path is realized with light guides, the modulation by changing at least one of its dimensions, its topology Density, its homogeneity and / or its optical properties can be achieved.
6. Optischer Sender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenmodulation des Sendersignals durch Längenänderungen eines Lichtleiters bewirkt wird, welcher um einen piezoelektrisch expandierbaren Zylinder gewickelt ist. 6. Optical transmitter according to claim 5, characterized in that a phase modulation of the transmitter signal is effected by changes in length of an optical fiber which is wound around a piezoelectrically expandable cylinder.
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