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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Sachgebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Übertragungsvorrichtung
für ein
optisches Kommunikationssystem, und insbesondere auf eine polarisations-geformte optische
Duobinär-Übertragungsvorrichtung
unter Verwendung eines polarisations-geformten, optischen Duobinär-Übertragungsschemas.
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2. Beschreibung des in
Bezug stehenden Stands der Technik
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Allgemein
kann ein optisches DWDM-(Dense Wavelength Division Multiplexing)-Übertragungssystem ein optisches
Signal, das mehrere Kanäle
mit unterschiedlichen Wellenlängen besitzt, über eine
einzelne, optische Phase übertragen.
Solche DWDM-Systeme
können
auch das optische Signal ungeachtet der Übertragungsgeschwindigkeit übertragen.
Hierdurch werden solche DWDM-Systeme weit verbreitet in Ultrahochgeschwindigkeits-Internet-Netzwerken
verwendet. In dieser Hinsicht können
Systeme, die die DWDM-Technologie verwenden, mehr als einhundert Kanäle über eine
einzelne, optische Faser übertragen.
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Allerdings
ist die Vergrößerung der Übertragungskapazität aufgrund
einer starken Interferenz und Störung
zwischen Kanälen
begrenzt, wenn der Kanalabstand geringer als 50 GHz ist, wenn eine
optische Intensität
unter Verwendung des herkömmlichen
Non-Return-To-Zero-(NRZ)-Verfahrens
moduliert wird. Dies kommt aufgrund einer schnellen Erhöhung des
Datenverkehrs und einer Anforderung nach einer Hochgeschwindigkeitsübertragung
von Daten mit mehr als 40 Gbps. Ein Übertragungsabstand ist in einer
Hochgeschwindigkeitsübertragung
von mehr als 10 Gbps begrenzt, da sich eine Gleichstrom-(DC)-Frequenzkomponente
eines herkömmlichen,
binären
NRZ-Übertragungssignals
und eine Hochfrequenzkomponente während einer Modulation spreizen,
was eine Nichtlinearität
und Dispersion verursacht, wenn das binäre NRZ-Übertragungssignal
in einem Medium einer optischen Faser propagiert.
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Eine
optische, duobinäre
Technologie ist als eine optische Übertragungstechnologie hervorgehoben
worden, die dazu geeignet ist, eine Beschränkung eines Übertragungsabstands
aufgrund einer chromatischen Dispersion zu überwinden. Ein Hauptvorteil
der duobinären Übertragung
ist derjenige, dass das Sendespektrum im Vergleich zu der allgemeinen
binären Übertragung
verringert werden kann. In einem Dispersionsbegrenzungssystem steht
der Übertragungsabstand
in einem umgekehrten Verhältnis
zu dem Quadrat der Bandbreite des Übertragungsspektrums. Dies
bedeutet, dass dann, wenn das Übertragungsspektrum
um 1/2 verringert wird, der Übertragungsabstand
vier Mal erhöht.
Weiterhin ist es, da eine Trägerfrequenz
in einem duobinären Übertragungsspektrum
unterdrückt
wird, möglich,
die Begrenzung einer optischen Leistungsabgabe, verursacht durch
das Brillouin-Streuen, angeregt in der optischen Faser, zu lockern.
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In
dieser Hinsicht haben polarisations-geformte, duobinäre Modulationsschemata
eine Charakteristik, die stark in Bezug auf schmale Signalbandbreiten
und eine nichtlineare Störung
der optischen Fasern ist. Ein optisches Signal, das Intensitäten eines "1" Pegels und eines "0" Pegels
hat, wie dies in 1 dargestellt ist, wobei ein "1" Pegel ein optisches Signal darstellt,
das zwei orthogonale polarisations-geformte Intensitäten hat
(1 oder 1"), und ein "0" Pegel ein optisches Signal darstellt,
das eine Intensität
von null, eine ideale optische Intensität, besitzt. Allerdings wird,
da die optische Intensität
einer polarisations-geformten Duobinarität durch das Binäre, "1" und "0",
gekennzeichnet ist, dessen Empfänger
ohne Modifizieren eines Empfängers
eines typischen optischen Übertragungssystems,
das ein OOK (On-Off-Keying)-Modus besitzt, eingesetzt.
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Eine
Charakteristik des polarisations-geformten, duobinären Signals
ist eine schmale Bandbreite, die gegenüber einer nicht linearen Verzerrung bzw.
Störung
eines Signals einer optischen Faser wirkungsvoll ist. Die Bandbreite
des polarisations-geformten,
duobinären
Signals ist schmaler als diejenige eines typischen OOK-(On-Off-Keying)-Signals oder
eines AM-PSK duobinären
Signals, so dass die polarisations-geformte Duobinarität zu einer Verbesserung der
Frequenz-Effektivität
von optischen DWDM-Übertragungssystemen
beiträgt.
Auch ist, da das polarisations-geformte duobinäre Signal Bits mit einem Pegel "1" besitzt, das orthogonale, polarisations-geformte
Bits aufweist, das polarisations-geformte, duobinäre Signal
gegenüber
dem OOK-(On-Off-Keying)-Signal
oder dem duobinären AM-PSK-Signal
unterschiedlich, und ist so gegenüber einer nicht linearen Störung einer
optischen Faser wirkungsvoll.
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2 stellt
eine Struktur eines herkömmlichen,
duobinären,
optischen Senders dar. Zuerst wird ein binäres NRZ-Eingangsdatensignal
zu einem differenziellen Decodierer 1 eingegeben und durch diesen
codiert. Allgemein codiert, da ein Signal eines optischen Modulators
und ein als Eingang empfangenes Signal unterschiedlich sind, ein
duobinärer
Sender das Eingangsdatensignal unter Verwendung eines differenziellen
Codierers 1 in einen Sendeabschnitt, so dass das empfangene
Signal und Sendedaten dieselben sind. Das codierte Signal wird in zwei
aufgeteilt, wobei eines direkt in ein erstes, duobinäres Filter 2 eingegeben
wird, das andere zu einem zweiten duobinären Filter 4 über einen
Invertierer 3 eingegeben wird. Die duobinären Filter 2 und 4 sind
Schmalbandfilter, die eine Bandbreite entsprechend zu der 1/4 einer Übertragungsgeschwindigkeit (Übertragungsgeschwindigkeit
mal 0,25) haben. Das binäre
Signal, das zu diesen Filtern eingegeben ist, wird in ein ternäres Signal,
ein "+1" "0" und "–1" Pegelsignal, umgewandelt. Halbwellen-Gleichrichter 5 und 8 lassen
ein positives Signal hindurch und wandeln ein negatives Signal zu
null um. Das ternäre
Signal, das durch den Halbwellengleichrichter 5 hindurchfährt, ist
ein binäres
Signal, das einen "+1" und "0" Pegel hat, da sich ein "–1" Pegel in einen "0" Pegel
umwandelt. Ein Ausgangssignal von dem Halbwellengleichrichter 5 wird
zu einem optischen Intensitätsmodulator 7 über einen
optischen Modulator-Treiber 6 eingegeben. Ein invertiertes
Signal durch einen Invertierer 3 wird zu einem anderen,
optischen Intensitäts-Modulator 10 über den
Halbwellengleichrichter 8 und einen optischen Modulator-Treiber 9 eingegeben.
Ein Licht, das eine kontinuierliche Welle besitzt, von einer Laserdiode,
wird in zwei Polarisationsstrahlen, die eine Orthogonalität zueinander
haben, durch einen orthogonalen Polarisationsstrahlteiler 12 aufgeteilt.
Jeder der zwei Polarisationsstrahlen wird zu jeweiligen optischen
Intensitätsmodulatoren 7 und 10 eingegeben
und wird durch einen eine Polarisation aufrecht erhaltenden Koppler 13 synthetisiert.
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"REDUCES COMPLEXITY
OPTICAL DUOBINARY 10-Gb/s TRANSMITTER SETUP RESULTING IN AN INCREASE
TRANSMISSION DISTANCE",
KAISER W., WUTH T., WICHERS M., ROSENKRANZ W. (2001-08) offenbart
einen optischen Sender, der einen duobinären Decodierer, eine Lichtquelle
und einen Mach-Zehnder-Modulator, der eine Phasen- und Amplitudenmodulation
anwendet, aufweist.
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Allerdings
haben solche herkömmlichen,
duobinären,
optischen Sender verschiedene Nachteile. Zuerst werden, da der herkömmliche,
duobinäre,
optische Sender eine symmetrische Struktur (aufwärts und abwärts) besitzt, wie dies in 1 dargestellt
ist, duobinäre
Filter, Halbgleichrichter, optische Modulator-Treiber und optische
Intensitätsmodulatoren,
mit der Ausnahme eines differenziellen Codierers, eines Invertierers
und eines Polarisationsstrahlteilers, durch zwei in dem herkömmlichen,
duobinären,
optischen Sender zugeordnet. Deshalb erfordert der herkömmliche
duobinäre,
optische Sender eine Mehrzahl von elektrischen Elementen, so dass
seine Ausführungskosten
sehr hoch sind. Als Zweites werden, da die symmetrische Struktur
(aufwärts
und abwärts) des
herkömmlichen,
duobinären,
optischen Senders die symmetrische Struktur von elektrischen/optischen
Elementen erfordert, eine Zuverlässigkeit
und Reproduzierbarkeit dessen Umsetzung verschlechtert. Schließlich geht,
aufgrund einer Verzerrung der Halbgleichrichter in dem herkömmlichen,
optischen Sender, wie beispielsweise derjenige, der in 2 dargestellt
ist, eine "1" Bit Polarisation
orthogonal verloren, und als eine Folge schwächt sich die Toleranz der nicht
linearen Charakteristik einer optischen Faser.
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Zusätzlich offenbart "DISPERSION-TOLERANT
TRANSMISSION USING A DUOBINARY POLARIZATION-SHIFT KEYING TRANSMISSION SCHEME", SIDDIQUI AS ET
AL (2002-02) einen optischen Sender, der eine Polarisationsmodulation
eines duobinären
Signals verwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen polarisations-geformten,
duobinären,
optischen Sender zu schaffen, der seine Ausführungskosten begrenzen kann,
was sich aus einer Abnahme der Komplexität seiner Struktur ergibt.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen polarisations-geformten, duobinären, optischen
Sender zu schaffen, der seine Zuverlässigkeit verbessern kann, indem
Erfordernisse nach einer symmetrischen Struktur von elektrischen Elementen
beseitigt oder entspannt werden, was sich aus der symmetrischen
Struktur des herkömmlichen,
polarisations-geformten, duobinären,
optischen Senders ergibt.
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Diese
Aufgaben werden durch eine optische Übertragungsvorrichtung, wie
sie in Anspruch 1 angegeben ist, gelöst.
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In
einer Ausführungsform
umfasst eine polarisations-geformte, duobinäre, optische Übertragungsvorrichtung
einen differenziellen Codierer, der ein elektrisches Eingangssignal
codiert, ein duobinäres
Filter, das das codierte, elektrische Zwei-Pegelsignal in ein Drei-Pegelsignal
umwandelt, eine Lichtquelle, die Licht so erzeugt, dass es eine
kontinuierliche Welle besitzt, einen Polarisator, der eine Polarisation
des Lichts, das eine konti nuierliche Welle besitzt, einstellt, und
einen Mach-Zehnder-Modulator, der erstes und zweites getrenntes
Licht, eingegeben von dem Polarisator, aufnimmt. Der Mach-Zehnder-Modulator umfasst
einen oberen Arm und einen unteren Arm. Der obere Arm moduliert
die Polarisation des ersten separierten Lichts mittels des 3-Pegel-Duobinär-Signals,
eingegeben von dem duobinären
Filter. Der untere Arm stellt die Phase des zweiten separierten
Lichts ein, und die Vorrichtung umfasst auch einen Faraday-Rotator,
der eine Polarisationsachse des Lichts, eingegeben zu dem unteren Arm
des Mach-Zehnder-Modulators, zu einer Achse des elektro-optischen
Effekts des Mach-Zehnder-Modulators anpasst.
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In
einer Ausführungsform
ist der Polarisator um 45 Grad in Bezug auf eine Achse des elektro-optischen
Effekts des Mach-Zehnder-Modulators schräg gestellt.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfasst das duobinäre
Filter ein Tiefpassfilter, das eine Bandbreite kleiner als diejenige
des eingegebenen elektrischen Signals hat.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
ersichtlicher werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
vorgenommen wird, in denen:
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1 stellt
eine Ausgangscharakteristik eines polarisations-geformten, duobinären Signals
dar;
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2 stellt
ein Beispiel eines herkömmlichen,
duobinären
optischen Senders dar;
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3 stellt
eine Struktur einer polarisations-geformten, duobinären optischen Übertragungsvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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4 stellt
Polarisationszustände
von Signalen auf einer sphärischen
Oberfläche
nach Poincare dar; und
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5 stellt
eine Ausgangswellenform von einer optischen Übertragungsvorrichtung dar.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden
Erfindung wird eine detaillierte Beschreibung von bekannten Funktionen
und Anordnungen, die hier eingesetzt sind, weggelassen werden, wenn
sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung behindern können.
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3 stellt
die Struktur einer polarisations-geformten, duobinären, optischen Übertragungsvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform verwendet einen
Mach-Zehnder-Modulator.
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Wie 3 zeigt,
umfasst eine polarisations-geformte, duobinäre optische Übertragungsvorrichtung
eine Lichtquelle 301, einen Differenzcodierer 302,
einen Operationsverstärker 303,
ein duobinäres Filter 304 und
einen optischen Modulator 310.
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Die
Lichtquelle 301 erzeugt Licht, das eine kontinuierliche
Welle besitzt, und kann, zum Beispiel, eine Laserdiode sein.
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Der
Differenzcodierer 302 codiert Eingangs-2-Pegel-NRZ-Daten
und kann, zum Beispiel, ein Leistungsteiler, ein 1-Bit-Verzögerungselement und
ein Leistungs-Kombinierer
sein.
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Das
duobinäre
Filter 304 ist ein Tiefpassfilter, das eine Bandbreite
entsprechend zu 1/4 einer Datenübertragungsgeschwindigkeit
(~ 0,25 Übertragungsgeschwindigkeit)
besitzt. Dieses Filter 304 wandelt das eingegebene 2-Pegel-Signal
in ein 3-Pegel-Signal um, das drei logische Pegel, +1, 0, –1, besitzt.
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Der
optische Modulator 310 umfasst einen Polarisator 311,
einen Mach-Zehnder-Modulator 312 und
einen Faraday-Rotator 313.
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Der
Mach-Zehnder-Modulator 312 besitzt einen mit Doppelarm
versehenen Z-Cut-Typ.
Der Mach-Zehnder-Modulator 312 kann, zum Beispiel, unter
Verwendung eines LiNbO3, eines Polymers, oder
dergleichen, in einer optischen Übertragung ausgeführt werden.
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Der
Polarisator 311 ist um 45 Grad in Bezug auf die Achse eines
elektro-optischen Effekts des Mach-Zehnder-Modulators 312 schräg gestellt.
Wie in 3 dargestellt ist, kann der Polarisator 311 innerhalb
oder außerhalb
eines LiNbO3 oder PolymerWellenleiters ausgerichtet
werden.
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Nun
wird die Betriebsweise der polarisations-geformten, duobinären, optischen Übertragungsvorrichtung,
die die vorstehenden Komponenten aufweist, wie dies in den 3 bis 5 dargestellt
ist, beschrieben. 6 stellt Polarisationszustände von
Signalen auf einer sphärischen
Oberfläche
nach Poincare dar. 5 stellt eine Ausgangswellenform
von einer optischen Übertragungsvorrichtung
dar.
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Wie 3 zeigt,
fällt das
Licht von der Laserdiode 301 auf den Mach-Zehnder-Modulator 312 über den
Polarisator 311 ein. Das einfallende Licht auf den Mach-Zehnder- Modulator 312 wird
an einer ersten Y-Verzweigung (Y2) aufgeteilt und läuft durch einen
oberen Arm 312-1 und einen unteren Arm 312-2.
Zuerst wird das aufgeteilte Licht, das durch den oberen Arm 312-1 läuft, durch
einen elektro-optischen Effekt polarisations-moduliert. Ein elektrisches Signal,
eingegeben zu dem oberen Arm 312-1, ist ein 3-Pegel-Duobinär-Signal.
Das 3-Pegel-Duobinär-Signal
wird über
das differenzielle Filter 302, den Operationsverstärker 303 und
das duobinäre
Filter 304 erzeugt. Wenn das duobinäre Signal auf den oberen Arm 312-1 mit
einem Amplitudenwert, Vπ, auffällt, wird das 3-Pegel-Duobinär-Signal
in eine duobinäre
Polarisationsverschiebe-Verschlüsselung, die
3 Polarisations-Zustände,
SX, SI und SY, besitzt, moduliert, wobei SX,
SY eine Orthogonalität zueinander haben und Vπ eine
Spannungsamplitudenintensität
ist, die erforderlich ist, um die Phase des Signals zu 180° in dem Polarisationsmodulator
zu modulieren.
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Das
einfallende Licht auf den unteren Arm 312-2 läuft durch
einen Wellenleiter, der an dem unteren Arm 312-2 angeordnet
ist, nachdem sich eine Polarisationsachse des einfallenden Lichts
auf eine solche mit einer Achse eines elektro-optischen Effekts
des Wellenleiters durch den Faraday-Rotator 313 befindet.
Der untere Arm 312-2 stellt eine Phasen-Vorspannung des
Mach-Zehnder-Modulators 312 als einen Null-Punkt ein. Das
Licht, das durch den oberen Arm 312-1 und den unteren Arm 312-2 läuft, wird
wiederum an einer zweiten Y-Verzweigung (Y2) synthetisiert. Allgemein
hängen
Beiträge
des synthetisierten Lichts von einer relativen Polarisation, einer
Amplitudenintensität
und einem Phasenzustand des Lichts ab. Zum Beispiel sind, wenn das Licht
auf der Y-Verzweigung aufgeteilt wird und in dem idealen Verhältnis von
50 zu 50 synthetisiert wird, Amplitudenintensitäten des Lichts an den zwei unterschiedlichen
Verzweigungen dieselben, und so wird das Attribut des synthetisierten
Lichts durch nur die relative Polarisation und den Phasenzustand
des Lichts bestimmt. In einem Fall, bei dem der Polarisationszustand
von SI angepasst ist, werden eine Achse
eines elektro-optischen Effekts des Mach-Zehnder-Modulators 312 durch Anlegen
einer DC-Vorspannung an den oberen Arm 312-1 (nämlich die
SI Polarisationszustände des oberen Arms 312-1 und des
unteren Arms 312-2 sind dieselben), das Licht, das den
SI-Polarisationszustand über den oberen Arm 312-1 besitzt
und das Licht durch den unteren Arm 312-2 an der Kombination
der Y-Verzweigung aufgehoben. Demzufolge wird, da die Phasenvorspannung
des unteren Arms 312-2 eingestellt ist, die Aufhebung zwischen
dem Licht des oberen Arms 312-1 und des unteren Arms 312-2 erzeugt.
Im Gegensatz dazu wird das Licht, das einen SX-
oder SY- Polarisationszustand
des oberen Arms 312-1 besitzt, mit dem Licht, das einen
SI-Polarisationszustand
des unteren Arms 312-2 besitzt, kombiniert. In diesem Fall
tritt allerdings die Aufhebung nicht dazwischen auf, da sie Polarisationszustände haben,
die zueinander unterschiedlich sind. Dementsprechend ist der Polarisationszustand,
der die Aufhebung erzeugt, nicht SX oder
SY, sondern SI,
unter den Zuständen,
die durch ein Signal, eingegeben zu dem oberen Arm 312-1,
erzeugt sind. Deshalb ist eine Form eines optischen Signals nach
dem optischen Modulator 310 ein Polarisations-Duobinär-Signal,
wie dies in 5 dargestellt ist. Auch wird,
wenn SX und SY orthogonale
Polarisationszustände
zueinander in dem optischen Modulator 310 sind, ein Winkel
zwischen SX und SY 45
Grad nach dem optischen Modulator 310, wie es in 5 dargestellt
ist.
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Wie
in den Ausführungsformen
vorstehend beschrieben ist, minimiert eine polarisations-geformte
duobinäre,
optische Übertragungsvorrichtung stark
die Typen und die Anzahl von elektrischen Elementen, die in einer
herkömmlichen,
polarisations-geformten, duobinären,
optischen Übertragungsvorrichtung,
wie beispielsweise einem duobinären
Filter, erforderlich sind, so dass deren Ausführungskosten verringert werden
können.
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Auch
verringern Übertragungsvorrichtungen gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung stark symmetrische Erfordernisse vieler
elektrischer Elemente, nicht durch Einsetzen der symmetrischen Struktur
eines herkömmlichen,
optischen Senders, so dass eine Zuverlässigkeit und eine Ausführungsreproduzierbarkeit
der Übertragungsvorrichtung
verbessert werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen
davon dargestellt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass verschiedene Änderungen
in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.