DE602005001370T2

DE602005001370T2 - Dispersionskompensator mit Wellenlängennachführung

Info

Publication number: DE602005001370T2
Application number: DE602005001370T
Authority: DE
Inventors: Christopher Richard Doerr
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: EP1628150B1; EP1628150A1; JP2006072354A; US7061596B2; US20060038975A1; CN1738222A; DE602005001370D1

Description

TECHNISCHES ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Dispersionskompensatoren und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren eines wellenlängennachführenden Dispersionskompensators.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Dispersionskompensatoren (DC) für optische Signale können die chromatische Dispersion in einer optischen Faser korrigieren und eignen sich insbesondere für Bitraten von 10 Gb/s und höher. Zudem ist es vorteilhaft, daß der Dispersionskompensator ein einstellbares, auch als „abstimmbar" bezeichnetes, Dispersionsausmaß aufweist, wodurch die Systeminstallation erleichtert wird. Es ist auch vorteilhaft, wenn der abstimmbare Dispersionskompensator (TDC – Tunable Dispersion Compensator) farblos ist, das heißt, eine Einrichtung kann viele Kanäle simultan kompensieren oder kann auswählbar sein, um einen beliebigen Kanal in dem System zu kompensieren.
Zu bisher vorgeschlagenen farblosen TDCs zählen Ringresonatoren, das VIPA (Virtually Imaged Phased Array), kaskadierte Mach-Zehnder-Interferometer (MZIs), temperaturabgestimmte Etalons, Wellenlängengitterrouter (WGRs) mit thermischen Linsen und Volumengitter mit verformbaren Spiegeln.
In meiner jüngst eingereichten Anmeldung mit dem Titel „TUNABLE DISPERSION COMPENSATOR", eingereicht am 20. Januar 2004, Veröffentlichung Nr. US 2005/0058398 A1 , beschreibe ich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren eines farblosen abstimmbaren Dispersionskompensators auf Mach-Zehnder-Interferometer-Basis. Wenngleich mit diesem TDC ein großer Dispersionsbereich mit einem sehr einfachen Design erzielt wird, weist er einen Mangel dahingehend auf, daß er eine sehr schmale optische Bandbreite aufweist. Er kann eine Fehlausrichtung zwischen der Wellenlänge des Senders und einer Mittenwellenlänge des TDC innerhalb einer der freien spektralen DC-Bereiche von etwa +/– 20 pm tolerieren. Diese optische TDC-Bandbreite ist akzeptabel für wellenlängensynchronisierte Sender, aber viele Anwendungen verwenden nichtwellenlängensynchronisierte Sender, auch als „TDM"-Sender bezeichnet. TDM-Sender weisen üblicherweise eine Wellenlängendriftspezifikation von +/– 100 pm über ihre Lebenszeit hinweg auf, was für die optische TDC-Bandbreite möglicherweise zu groß ist.
Um diese Begrenzung der optischen Bandbreite zu überwinden und eine TDM-Senderwellenlängendriftspezifikation zu berücksichtigen, offenbarte ich das Synchronisieren des TDC zu der TDM-Senderlaserwellenlänge durch Justieren von Phasenschiebern in den beiden äußersten MZIs des drei MZI-stufigen TDC. Beispielsweise kann durch gleichzeitiges Erhöhen der Ansteuerung zu Phasenschiebern in beiden längeren Armen der beiden äußersten MZIs der TDC auf längere Wellenlängen abgestimmt werden. Der Rückkopplungssteuermechanismus für das Synchronisieren wird abgeleitet durch Dithern dieser Phasenschieber in den äußersten MZIs gleichzeitig mit einer spezifischen Frequenz und Messen der Ausgangsleistung von dem TDC unter Verwendung eines Abgriffs und eines Fotodetektors, wobei eine standardmäßige Spitzendetektionsrückkopplungssteuerung verwendet wird.
Durch die Verwendung des Ditherns wird jedoch unerwünschterweise optische Modulation zu dem durch den TDC und über das System übertragenen datenmodulierten Wellenlängensignal hinzugefügt, was die Fähigkeit eines Empfängers beeinflussen kann, die auf diesem Wellenlängensignal modulierten Daten zu detektieren. Da die Datenmodulation des Wellenlängensignals als Dithern erscheint, würde es außerdem nachteiligerweise verursachen, daß der TDC seine Mittenwellenlänge ändert, und die Dispersionskompensation beeinflussen. Außerdem funktioniert eine derartige Dithertechnik nicht angemessen für niedrige Dispersionseinstellungen.
Somit besteht ein anhaltender Bedarf an einem TDC, der sowohl einen größeren Dispersionsbereich aufweist und der eine TDM-Senderwellenlängendriftspezifikation berücksichtigen kann, die über seine Lebenszeit hinweg um +/– 100 pm variieren kann.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung offenbare ich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren eines wellenlängennachführenden Dispersionskompensators (WT-DC), der die Wellenlänge eines empfangenen Eingangssignals nachführt. Der WT-DC enthält einen optischen Eingangssignalmonitor, eine Differentialdetektorsteuerschaltung, einen Temperaturcontroller und einen Eingangssignaldispersionskompensator (DC). Der Monitor enthält ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einem freien Spektralbereich, der dem freien spektralen DC-Bereich oder einem ganzzahligen Teil oder Vielfachen davon entspricht. Die zwei Ausgänge des Monitors sind an zwei Fotodetektoren der Differentialdetektorsteuerschaltung gekoppelt. Die Differentialdetektorsteuerschaltung steuert anhand des Differenzstroms zwischen den Fotodetektoren den Temperaturcontroller, um die Temperatur des Monitors und des DC zu setzen. Auf diese Weise verfolgt der WT-DC automatisch die Wellenlänge des Eingangssignals. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Monitor und der DC auf dem gleichen planaren Lichtwellenschaltungschip integriert. Weil der Monitor auf dem gleichen Chip wie der DC integriert ist, entstehen durch ihn minimale zusätzliche Kosten, und er garantiert, daß die Wellenlänge des Monitors und des DC zusammen mit der Temperatur verlaufen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur weiteren Verbesserung der Leistung veranlaßt, daß der DC eine abstimmbare Dispersion aufweist. Der Ausdruck DC wird im folgenden verwendet, um einen Dispersionskompensator zu identifizieren, der entweder fest oder abstimmbar sein könnte, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu ändern.
Insbesondere umfaßt bei einer Ausführungsform meines WT-DC der Kompensator:
einen Chromatische-Dispersions-Kompensator DC mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei einer Referenzwellenlänge arbeitend, zum Empfangen eines Eingangssignals, das eine Wellenlänge aufweist, die mit der Zeit variieren kann,
einen Wellenlängenmonitor mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei der gleichen Wellenlänge arbeitend wie der DC zum Empfangen des Eingangssignals und zum Erzeugen von zwei optischen Ausgangssignalen,
eine Differentialdetektorsteuerschaltung zum Detektieren der beiden optischen Ausgangssignale und zum Erzeugen eines Steuersignals, das anzeigt, wenn die Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals auf die Referenzwellenlänge des DC fehlausgerichtet ist, und
einen Temperaturcontroller zum Ändern der Temperatur sowohl des DC als auch des Wellenlängenmonitors als Reaktion auf das Steuersignal, um die Referenzwellenlänge des DC und des Wellenlängenmonitors zu ändern, zum Ausgleichen mit der Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals.
Bei einer weiteren Ausführungsform erzeugt der Wellenlängenmonitor nur ein optisches Ausgangssignal, und die Detektorsteuerschaltung detektiert dieses Signal und erzeugt das Steuersignal. Bei einer weiteren Ausführungsform befinden sich sowohl der DC als auch der Wellenlängenmonitor auf dem gleichen Chip (oder Substrat). Gemäß einem Merkmal ist der freie Spektralbereich FSR des DC gleich dem N- oder dem 1/N-fachen des FSR des Monitors, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Gemäß einem weiteren Merkmal, wenn das Eingangssignal ein Mehrwellensignal ist, ist der FSR des DC gleich dem Kanalabstand des Mehrwellensignals dividiert durch eine positive ganze Zahl M. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist der WT-DC als Teil einer optischen Vorrichtung integriert, die aus einer oder mehreren der folgenden optischen Komponenten besteht, einschließlich einem optischen Sender, einem optischen Verstärker, einem optischen Filter, einem Wellenlängenmultiplexer, einem Wellenlängendemultiplexer und einem optischen Empfänger.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine eingehendere Würdigung der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung, die im Lichte der beiliegenden Zeichnungen gelesen werden sollte. Es zeigen:
1 einen wellenlängennachführenden Dispersionskompensator (WT-DC) gemäß der vorliegenden Erfindung,
2A und 2B einige Arbeitscharakteristiken des temperaturabhängigen Wellenlängenmonitors,
3 für eine Mehrwellen-WT-DC-Anordnung die Variation der Dispersion mit der Wellenlänge über den freien Spektralbereich des WT-DC,
4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des WT-DC,
5 ein veranschaulichendes planares Wellenleiterlayout des WT-DC von 1,
6A und 6B die Verwendung meines WT-DC in veranschaulichenden optischen Übertragungssystemen,
7A und 7B meinen zusammen mit einem Erbium-Verstärker angeordneten wellenlängennachführenden DC.
In der folgenden Beschreibung stellen identische Elementbezeichnungen in verschiedenen Figuren identische Elemente dar. Außerdem bezieht sich bei den Elementbezeichnungen die erste Ziffer auf die Figur, in der sich dieses Element befindet (z.B. befindet sich 101 zuerst in 1).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein veranschaulichendes Diagramm meines wellenlängennachführenden Dispersionskompensators (WT-DC) gezeigt. Mein WT-DC 100 enthält vier Basiseinheiten, (1) einen temperaturabhängigen Dispersionskompensator (DC) 110 für chromatische optische Signale, (2) einen temperaturabhängigen Wellenlängenmonitor 120, eine Differentialdetektorsteuerschaltung 130 und (3) einen Temperaturcontroller 140 zum Ändern der Temperatur sowohl des DC 110 als auch des Wellenlängenmonitors 120. Bei einer bevorzugten Ausführungsform meines WT-DC sind der DC 110 und der Wellenlängenmonitor 120 auf einem gemeinsamen Substrat oder Chip befestigt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der DC 110 so implementiert, daß er eine feste Dispersionskompensation aufweist. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist dem DC 110 und dem Wellenlängenmonitor 120 eine Halbwellenplatte hinzugefügt, um sie polarisationsunabhängig zu machen.
Als Veranschaulichung kann der DC 110 unter Verwendung einer beliebigen der Ausführungsformen implementiert werden, wie in meiner gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der Bezeichnung C.R. Doerr 81 mit dem Titel „TUNABLE DISPERSION COMPENSATOR", Veröffentlichung Nr. US 2005/0058398 A1 , eingereicht am 20. Januar 2004 (im weiteren frühere TDC-Anmeldung) beschrieben und durch Bezugnahme hier aufgenommen. Kurz gesagt beschrieb jene Anmeldung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren eines farblosen polarisationsunabhängigen abstimmbaren Dispersionskompensators (TDC – Tunable Dispersion Compensator) auf Basis eines Mach-Zehnder-Interferometers (MZI), der nur drei MZI-Stufen (zwei MZI-Stufen in einer reflektierenden Version) und zwei einstellbare Koppler aufweist, die auf eine Steuerspannung reagieren, wodurch er kompakt, stromarm und einfach herzustellen, zu testen und zu betreiben wird. Der TDC erreicht Polarisationsunabhängigkeit unter Verwendung einer Halbwellenplatte, die über die Mittelpunkte der beiden Weglängen der mittleren MZI-Stufe positioniert ist, um die TE- und TM-Polarisationen auszutauschen. Ein derartiger MZI–basierter TDC mit einer Version des freien Spektralbereichs von 25 GHz kann ~± 2100 ps/nm für 10 Gb/s-Signale kompensieren. Mit einem freien Spektralbereich (FSR) gleich dem Systemkanalabstand dividiert durch eine ganze Zahl wird es für den TDC möglich, viele Kanäle entweder simultan zu kompensieren und auch den Fall, wo die Wellenlänge zwischen verschiedenen Kanälen ohne Justierung des TDC springt. Beispielsweise gestattet der freie Spektralbereich von 25 GHz, sowie die freien Spektralbereiche 20 GHz und 33,3 GHz, daß der TDC mehrere Kanäle auf einem 100-GHz-Gitter kompensiert. Wenngleich meine frühere TDC-Anmeldung einen TDC beschreibt, der so implementiert ist, daß er eine einstellbare Dispersionskompensation aufweist, erfordert der Betrieb meines WT-DC 100 nicht, daß der DC eine einstellbare Dispersionskompensation aufweist, obwohl ein DC 110 mit einstellbarer Dispersionskompensation die bevorzugte Ausführungsform darstellt. Außerdem beschreibt meine frühere TDC-Anmeldung zwar einen TDC, der eine Halbwellenplatte enthält, doch erfordert der Betrieb eines WT-DC 100 nicht, daß der DC 110 eine Halbwellenplatte aufweist, wenngleich bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dem DC 110 und dem Wellenlängenmonitor 120 eine gemeinsame Halbwellenplatte (oder gegebenenfalls getrennte Halbwellenplatten) hinzugefügt werden, um sie beide polarisationsunabhängig zu machen.
Während in meiner früheren TDC-Anmeldung ein großer Dispersionsbereich mit einem sehr einfachen Design erzielt wird, hat sie den Nachteil, daß sie eine sehr schmale optische Bandbreite aufweist. Sie kann eine Fehlausrichtung zwischen der Wellenlänge des Senders (dem Eingangssignal zu dem TDC) und einer Mittenwellenlänge des TDC innerhalb einer der freien Spektralbereiche des TDC von +/– 20 pm tolerieren. Dies ist akzeptabel für wellenlängensynchronisierte Sender, doch viele Anwendungen verwenden nicht-wellenlängensynchronisierter Sender, auch als „TDM"-Sender bezeichnet. Solche TDM-Sender weisen über ihre Lebensdauer hinweg üblicherweise eine Wellenlängendriftspezifikation von +/– 100 pm auf. Damit der TDC eine Bandbreite aufweist, die breit genug ist, um diesen Bereich abzudecken und immer noch den gleichen Dispersionsbereich zu liefern, würde erfordern, daß der TDC viel größer und viel komplizierter wird.
In meiner früheren TDC-Anmeldung ist die optische Bandbreite im allgemeinen adäquat, wenn in dem System wellenlängensynchronisierte Transmitterlaser verwendet werden. Bei einigen Systemen jedoch kann die Ungewißheit bei der Laserwellenlänge möglicherweise für die optische TDC-Bandbreite zu groß sein. In einem derartigen Fall diskutierte ich in meiner früheren TDC- Anmeldung, daß ich den TDC auf die Laserwellenlänge synchronisieren kann, indem Phasenschieber in den beiden äußersten MZIs justiert werden. Beispielsweise kann durch gleichzeitiges Erhöhen der Ansteuerung zu Phasenschiebern in beiden längeren Armen der beiden äußersten MZIs der TDC auf längere Wellenlängen abgestimmt werden. Die Rückkopplung für die Synchronisation kann abgeleitet werden durch gleichzeitiges Dithern dieser Phasenschieber in den äußersten MZIs bei einer spezifischen Frequenz und Messen der Ausgangsleistung von dem TDC unter Verwendung eines Abgriffs und eines Fotodetektors, wobei eine standardmäßige Spitzendetektionsrückkopplungssteuerung verwendet wird.
Durch die Verwendung des Ditherns wird jedoch unerwünschterweise optische Modulation zu dem durch den TDC (über das System) übertragenen datenmodulierten Wellenlängensignal hinzugefügt, was die Fähigkeit eines Empfängers beeinflussen kann, die auf diesem Wellenlängensignal modulierten Daten zu detektieren. Da die Datenmodulation des Wellenlängensignals als Dithern erscheint, würde es außerdem nachteiligerweise verursachen, daß der TDC seine Mittenwellenlänge ändert, und die Dispersionskompensation beeinflussen. Außerdem funktioniert eine derartige Dithertechnik nicht angemessen für niedrige Dispersionseinstellungen.
Unter Bezugnahme auf 1 stellt mein neuer WT-DC 100 der vorliegenden Erfindung eine einzigartige Lösung bereit zum Abstimmen des DC 110 auf Eingangssignale, die von nicht-wellenlängensynchronisierten Senderlasern abgeleitet sind. Mein WT-DC 100 integriert DC 110 und einen optischen Wellenlängenmonitor 120 auf dem gleichen planaren Lichtwellenschaltungschip oder – substrat 150. Da DC 110 und Wellenlängenmonitor 120 beide eine temperaturabhängige Wellencharakteristik aufweisen, werden über das Ändern der Temperatur des Chip 150 sowohl die Referenzarbeitswellenlänge (oder Mittenarbeitswellenlänge) des DC 110 als auch des Wellenlängenmonitors 120 geändert. Eine Differentialdetektorsteuerschaltung 130 überwacht die Ausgabe von dem Wellenlängenmonitor 120, um eine etwaige Differenz zwischen der Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals (z.B. dem empfangenen nicht-wellenlängensynchronisierten Senderlasersignal) und der Referenzarbeitswellenlänge des DC 110 zu bestimmen, und erzeugt ein Steuersignal 138, mit dem die Temperatur des Chip 150 gesteuert wird. Dieses Steuersignal 138 steuert den Temperaturcontroller 140, die Temperatur des Chips oder Substrats 150 zu ändern. Auf die oben beschriebene Weise werden der optische Wellenlängenmonitor 120, die Differentialdetektorsteuerschaltung 130 und der Temperaturcontroller 140 verwendet, um die Temperatur des Chips 150 so einzustellen, daß die Mittenwellenlänge des DC 110 auf die Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals ausgerichtet wird.
Der Temperatursensor 133 liefert einen Temperaturmeßwert an die Steuerschaltung 132. Die Steuerschaltung 132 stellt anhand des Temperaturmeßwerts sicher, daß die Temperatur nicht variiert, wenn sich der WT-DC 100 in einem Standbymodus befindet oder wenn kein Eingangssignal empfangen wird.
Der Wellenlängenmonitor 120 enthält eine Mach-Zehnder-Interferometer-(MZI)-Einrichtung mit einem freien Spektralbereich, der dem freien Spektralbereich des DC 110 entspricht oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. Wie angemerkt ist das Eingangssignal zu dem WT-DC 100 in der Regel ein Lasersignal oder ein anderes optisches Wellenlängensignal von einem Sender, der eine Wellenlänge aufweist, die mit der Zeit variieren kann. Dieses Eingangssignal wird an einen Splitter oder Abgriff 101 gekoppelt, ein Ausgang dessen ist an einen Eingang des DC 110 und der zweite Ausgang an einen Eingang des Wellenlängenmonitors 120 gekoppelt. Die beiden optischen Ausgänge 102 des Wellenlängenmonitors 120 sind an die Eingänge eines Differentialdetektors 131 der Differentialdetektorsteuerschaltung 130 gekoppelt. Die optischen Eingänge sind an zwei Fotodetektoren 135 und 136 gekoppelt, deren Ausgänge im Subtrahierer 137 subtrahiert werden, um einen Differentialgleichstrom auszubilden. Der Differentialgleichstrom wird an die Steuerschaltung 132 angelegt, die ein Steuersignal 138 erzeugt, anhand dessen der Temperaturcontroller 130 die Temperatur vom Chip (oder Substrat) 150 einstellt. Somit wird anhand des Differentialgleichstroms zwischen den Fotodetektoren 135 und 136 die Temperatur sowohl des DC 110 als auch des Wellenlängenmonitors 120 gesteuert. Wenngleich sich bevorzugt sowohl der DC 110 als auch der Wellenlängenmonitor 120 auf dem gleichen Chip (oder Substrat) 150 befinden, so brauchen sie das nicht zu sein. Sowohl der DC 110 als auch der Wellenlängenmonitor 120 werden unter Verwendung von MZI-Einrichtungen implementiert, die insofern sehr ähnlich sind, da sie beide die gleiche allgemeine Gruppenlaufzeit, das Transmissionsvermögen und die temperaturabhängige Wellenlängencharakteristik aufweisen. Da sowohl der DC 110 als auch der Wellenlängenmonitor 120 vergleichbare temperaturabhängige Wellenlängencharakteristik aufweisen und beide auf dem gleichen Chip 150 ausgebildet sind, beeinflußt eine Änderung der Temperatur des Chips 150 gleichermaßen sowohl die Referenzarbeitswellenlängen (oder Mittenarbeitswellenlängen) des DC 110 als auch des Wellenlängenmonitors 120. Infolgedessen ermöglicht eine etwaige zunehmende/abnehmende Justierung der Temperatur des Chips 150 dem WT-DC 100, seine Referenzwellenlänge zu erhöhen/herabzusetzen, um eine etwaige Änderung bei der Wellenlänge des Eingangssignals automatisch nachzuführen. Da mein WT-DC 100 den Wellenlängenmonitor 120 auf dem gleichen Chip 150 wie der DC 110 integriert, erhöht der Wellenlängenmonitor 120 die Kosten des Chips 150 kaum.
Als weitere Verbesserung wird an dem Symmetrieort über beide Arme des MZI eine Halbwellenplatte 121 hinzugefügt, um die Polarisationsabhängigkeit zu beseitigen. Wenn sich somit beispielsweise der TE-polarisierte Lichtwellenteil des empfangenen optischen Signals durch den längeren Arm des MZI in der ersten Hälfte 122 des MZI ausbreitet, dreht die Halbwellenplatte 121 die TE–polarisierte Lichtwelle so, daß sie die TM-polarisierte Lichtwelle wird und sich entlag dem längeren Weg durch die zweite Hälfte 123 des MZI ausbreitet. Entsprechend läuft der TM-polarisierte Lichtwellenteil des empfangenen optischen Signals durch den kürzeren Arm in der ersten Hälfte 122 des MZI, und die Halbwellenplatte 121 dreht die TM-polarisierte Lichtwelle so, daß sie die TE-polarisierte Lichtwelle wird, die durch den kürzeren Arm durch die zweite Hälfte 123 des MZI läuft.
Umgekehrt können in der obigen Beschreibung die Rollen der TE- und TM-Lichtwellenteile vertauscht werden, d.h., der TM-Lichtwellenteil läuft durch den längeren Arm und der TE-Lichtwellenteil läuft durch den kürzeren Arm des MZI in der ersten Hälfte 122.
Infolgedessen eliminiert die Halbwellenplatte 121 eine etwaige differentielle polarisationsabhängige Wellenlängenverschiebung (PDW – Polarization Dependent Wavelength Shift) zwischen den TE- und TM-polarisierten Lichtwellen, wenn sie das MZI durchlaufen.
Gemäß einem weiteren Aspekt meiner Erfindung können die Halbwellenplatte 121 und die Halbwellenplatte 111 des TDC, in meiner gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben, als eine gemeinsame Halbwellenplatte kombiniert werden, die sowohl dem MZI als auch dem DC 110 Polarisationsunabhängigkeit liefert.
Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1, 2A und 2B werden spezifische Arbeitscharakteristiken des WT-DC 100 beschrieben. Die 2A und 2B veranschaulichen die Dispersion und die Gruppenlaufzeit des DC 110 und das Transmissionsvermögen des Wellenlängenmonitors 120, wenn das Eingangssignal auf die Mittenwellenlänge (oder Referenzwellenlänge) 213 des DC 110 ausgerichtet ( 2B) und fehlausgerichtet (2A) ist. Man beachte, daß die Dispersions- und Gruppenlaufzeitcharakteristiken des Wellenlängenmonitors 120 (nicht gezeigt) etwa die gleichen sein würden, wie etwa jene für den DC 110 gezeigten. Wie in 2B gezeigt, weist während des ausgerichteten Zustands das Eingangssignal die gleiche Wellenlänge 213 wie die Mittenwellenlänge des DC 110 auf und fällt in die Mitte der Dispersionsbandbreite 214 (wo der Dispersionswert des DC 110 innerhalb seines maximalen Bereichs liegt). Die Dispersionsbandbreite 214 stellt den Arbeitswellenlängenbereich des DC 110 dar. Im ausgerichteten Zustand ist die Gruppenlaufzeit des DC 110 durch 211 als null gezeigt. In dem ausgerichteten Zustand, wie durch 212 gezeigt, sind die Ausgangsports 01 und 02 des Wellenlängenmonitors 120 auf gleichen Transmissionsvermögensniveaus. Folglich ist der Ausgang des Subtrahierers 137 auf null, und die Steuerschaltung 132 erzeugt ein Steuersignal 138, das einen Wert aufweist, der dem Temperaturcontroller 140 signalisiert, den Chip 150 auf seinem gegenwärtigen Temperaturniveau zu halten.
Unter Bezugnahme auf 2A weist das Eingangssignal während eines fehlausgerichteten Zustands eine Wellenlänge auf, die sich zu einem Wert verschoben hat (z.B. gedriftet ist), der entweder über 223 oder unter 224 der Mittenwellenlänge 213 des DC 110liegt. Wenn das Eingangssignal eine Wellenlänge 223 aufweist, die über der Mittenwellenlänge 213 des DC liegt, ist durch 220 gezeigt, daß die Dispersion des DC 110 immer noch innerhalb ihres maximalen Bereichswerts fällt, aber zur rechten Seite 231 seines Bandbreitenbereichs versetzt ist, und von 221 wird gezeigt, daß die Gruppenlaufzeit des DC 110 relativ zu seinem ausgerichteten Wert 233 auf einem negativen Wert 232 ist. In diesem fehlausge richteten Zustand weist der Wellenlängenmonitor 120 an seinem Ausgangsport 01 ein höheres Durchlässigkeitsvermögensniveau 234 als der Ausgangsport-02-Pegel 235 auf. Infolgedessen ist der Ausgang des Subtrahierers 137 positiv, und die Steuerschaltung 132 erzeugt ein Steuersignal 138 mit einem Wert, der dem Temperaturcontroller 140 signalisiert, die Temperatur des Chip 150 zu justieren (entweder heraufzusetzen oder zu senken), bis die Mittenwellenlänge 213 des DC 110 angestiegen ist, bis sie auf die Wellenlänge 223 des Eingangssignals ausgerichtet ist. Wenn die Mittenwellenlänge 213 des DC 110 wieder auf die Wellenlänge 223 des Eingangssignals ausgerichtet ist, wird der Ausgang des Subtrahierers 137 null, und das Steuersignal 138 bleibt auf diesem Wert, das dem Temperaturcontroller 140 signalisiert, den Chip 150 auf seinem gegenwärtigen Temperaturniveau zu halten.
Auf ähnliche Weise wird, wenn die Eingangssignalwellenlänge sich zu einem Wert 224 geändert hat, der unter der Mittenwellenlänge 213 des DC liegt, durch 220 gezeigt, daß die Dispersion von DC 110 immer noch innerhalb seines maximalen Bereichswerts liegt, aber abseits zur linken Seite seines Bandbreitenbereichs, und von 221 gezeigt, daß die Gruppenlaufzeit des DC 110 auf einem positiven Wert relativ zu ihrem ausgerichteten Wert liegt. In diesem fehlausgerichteten Zustand weist der Wellenlängenmonitor 120 an seinem Ausgangsport 02 ein höheres Durchlässigkeitsvermögensniveau auf als Ausgangsport 01. Infolgedessen ist der Ausgang des Subtrahierers 137 negativ, und die Steuerschaltung 132 erzeugt ein Steuersignal 138 mit einem Wert, das dem Temperaturcontroller 140 signalisiert, die Temperatur des Chip 150 geeignet zu justieren, bis die Mittenwellenlänge 213 des DC 110 herabgesetzt ist, bis sie auf die Wellenlängen 224 des Eingangssignals ausgerichtet ist. Wenn die Mittenwellenlänge 213 des DC 110 wieder auf die Wellenlänge 224 des Eingangssignals ausgerichtet ist, ist der Ausgang des Subtrahierers 137 wieder null, und das Steuersignal 138 weist wieder einen Wert auf, der dem Temperaturcontroller 140 signalisiert, den Chip 150 auf seinem gegenwärtigen Temperaturniveau zu halten.
3 trägt für eine Mehrwellen-WT-DC-100-Anordnung die Variation der Dispersionscharakteristik mit der Wellenlänge über den freien Spektralbereich (FSR) des WT-DC 100 auf. Wenn wie gezeigt das Eingangssignal ein Mehrwellensignal ist (z.B. ein wellenlängenmultiplexiertes Signal), sollte der FSR des WT-DC 100 einen Abstand aufweisen, der gleich dem Kanalabstand des Mehrwellensignals dividiert durch eine positive ganze Zahl M ist. Somit ist wie in dem gezeigten Beispiel der FSR des WT-DC 100 gleich dem Kanalabstand des Mehrwellensignals, weshalb die Wellenlängenkanäle 1 und 2 jeweils in verschiedene, durch den FSR getrennte Dispersionsbandbreiten fallen würden. Es sei angemerkt, daß bei einer derartigen Mehrwellen-WT-DC-100-Anordnung der FSR_Mon = N · FSR_DC, wobei FSR_Mon der FSR des Monitors 120, FSR_DC der FSR des DC 110 und N eine positive ganze Zahl ist. Somit ist FSR_Mon gleich N · M dem Systemkanalabstand des Mehrwellensignals. Wenn veranlaßt wird, daß der DC 110 einen FSR gleich dem Systemkanalabstand aufweist, ermöglicht es FSR_Mon dividiert durch eine ganze Zahl dem DC 110, viele Kanäle entweder simultan zu kompensieren oder den Fall zu kompensieren, wo die Wellenlänge zwischen verschiedenen Kanälen springt, ohne Justierung des DC 110.
Für das Steuersignal 138 haben wir oben die Verwendung der Differenz zwischen zwei Detektoren 135 und 136 beschrieben. Bei einer alternativen Ausführungsform wird lediglich ein Detektor, wie etwa 135, zum Überwachen des Eingangssignals verwendet. Bei einer derartigen Anordnung würde die Steuereinheit 132 das Ausgangssignal 139 vom Detektor 135 mit einem gegebenen Leistungspegelsignal 160 vergleichen (z.B. von einem Abgriff innerhalb ist ein optischer Verstärker [nicht gezeigt] entweder vor oder nach dem WT-DC angeschlossen), um das Steuersignal 138 zu bestimmen. Eine weitere Alternative mit Ein-Detektor-Ausführungsform ist, wenn es zutrifft, daß das Eingangssignal mit einer vorbestimmten Modulation wellenlängenmoduliert ist (z.B. unter Verwendung einer einzelnen variablen Frequenz, festen Frequenz, periodischen Signal oder geditherten Signal). Eine veranschaulichende Ausführungsform ist, wenn ein gedithertes Signal verwendet wird, was manchmal der Fall ist, wie etwa, wenn an den Eingangslaser ein stimulierter Brillouin-Streuunterdrückungston angelegt wird. Bei einer derartigen Ausführungsform kann man lediglich einen Detektor, wie etwa 135, verwenden und eine Signalverarbeitung an dem geditherten Signal für das Steuersignal 138 verwenden. Dem ist so, weil die Modulation der Wellenlänge des Eingangssignals bewirkt, daß der Detektor 135 diese Modulation detektiert, und die Amplitude der detektierten Modulation wird von der Wellenlängenausrichtung zwischen Signal und Monitor abhängen.
4 veranschaulicht einen Querschnitt einer Ausführungsform des WT-DC 100 von 1. Wie gezeigt, ist der Chip oder das Substrat 150 auf einem metallischen oder einer anderen Art von wärmeverbreitenden Element 401 montiert. Der Temperaturcontroller 140, der ein thermoelektrischer oder eine andere Art von Coolerelement sein kann, ist thermisch an das wärmeverbreitende Element 401 gekoppelt. Wenn sich der WT-DC 100 in einem Standbymodus befindet oder wenn kein Eingangssignal empfangen wird, empfängt die Steuerschaltung 132 einen Temperaturmeßwert vom Temperatursensor 133 und Eingabe von Subtrahierer 137 und erzeugt als Reaktion darauf das Steuersignal 138 zum Steuern des Temperaturcontrollers 140. Auf diese Weise steuert die Steuerschaltung 132 die Temperatur von Chip oder Substrat 150, wenn sich der WT-DC 100 in einem Standbymodus befindet oder wenn kein Eingangssignal empfangen wird.
5 zeigt ein veranschaulichendes kompaktes planares Wellenleiterlayout des WT-DC 100 von 1. Wie gezeigt ist das Eingangssignal über Verbinder 501 an einen Splitter oder Abgriff 101 gekoppelt, ein Ausgang dessen an einen Eingang des DC 110 gekoppelt ist und der zweite Ausgang ist an einen Eingang des Wellenlängenmonitors 120 gekoppelt. Die beiden optischen Ausgänge 102 des Wellenlängenmonitors 120 sind über Verbinder 501 an die Eingänge eines Differentialdetektors 131 gekoppelt. Der Ausgang des DC 110 ist über Verbinder 501 gekoppelt, um der Ausgang des WT-DC 100 zu werden. Die für den Splitter 101, den Wellenlängenmonitor 120 und den DC 110 gezeigte Layoutanordnung zu verwenden, führt zu einem kompakten planaren Wellenleiterlayout für den WT-DC 100.
Die 6A und 6B zeigen die Verwendung meines WT-DC in veranschaulichenden optischen Übertragungssystemen. 6A zeigt ein Vorübertragungsdispersionskompensationssystem, wobei der erste Ort 600 eine optische Sendereinheit 601, einen für die Vorübertragungsdispersionskompensation verwendeten WT-DC 602, einen optischen Verstärker 603 und gegebenenfalls einen Wellenlängenmultiplexer 604 enthält. Das Ausgangssignal wird über die optische Einrichtung 610 zu einem zweiten Ort 620 geschickt, der gegebenenfalls einen Wellenlängendemutliplexer 621, einen Verstärker 623 und eine optische Empfängereinheit 622 enthält. Da die veranschaulichenden optischen Übertragungssysteme bidirektional ist, enthält der erste Ort auch gegebenenfalls einen Demultiplexer 621, einen Verstärker 623 und eine optische Empfängereinheit 622, über die optische Einrichtung 630 mit dem zweiten Ort 620 verbunden, der eine optische Sendereinheit 601, einen für die Vorübertragungsdispersionskompensation verwendeten WT-DC 602, einen optischen Verstärker 603 und gegebenenfalls einen Multiplexer 604 enthält. Man beachte, daß die optische Sendereinheit 601 und die optische Empfängereinheit 622 in der Regel als eine Transpondereinheit 640 zusammenverkapselt sind.
6B zeigt ein Nachübertragungsdispersionskompensationssystem, wo der erste Ort 600 eine optische Sendereinheit 601, einen optischen Verstärker 603 und gegebenenfalls einen Wellenlängenmultiplexer 604 enthält. Das Ausgangssignal wird über die optische Einrichtung 610 zu einem zweiten Ort 620 geschickt, der gegebenenfalls einen Wellenlängendemultiplexer 621, einen Verstärker 623, einen WT-DC 602 zur Nachübertragungsdispersionskompensation, ein optisches Filter 605 [z.B. eine ASE-(Amplified Spontaneous Emission – verstärkte spontane Emission)-Filter] und eine optische Empfängereinheit 622 enthält. Da die veranschaulichenden optischen Übertragungssysteme bidirektional ist, enthält auch der erste Ort gegebenenfalls einen Demultiplexer 621, einen Verstärker 623, einen WT-DC 602, ein optisches Filter 605 und eine optische Empfängereinheit 622, über die optische Einrichtung 630 mit dem zweiten Ort 620 verbunden, die eine optische Sendereinheit 601, einen optischen Verstärker 603 und gegebenenfalls einen Multiplexer 604 enthält. Die Reihenfolge von WT-DC 602 und ASE-Filter 605 könnte ohne Beeinflussung der Systemleistung umgekehrt werden.
Man beachte, daß für ein System mit einer Standard-Einmodenfaser-(SSMF)-optischen-Einrichtung-610-Länge unter etwa 80 km in der Regel keine Dispersionskompensation benötigt wird. Für eine optische SSMF-Einrichtung 610 im Bereich von etwa 80–135 km wird das Vorübertragungsdispersionskompensationssystem von 6A bevorzugt. Für eine optische SSMF-Einrichtung 610 im Bereich von etwa 135–160 km wird das Nachübertragungsdispersionskompensationssystem von 6B bevorzugt.
Bei den Systemanordnungen von 6A und 6B sei angemerkt, daß der WT-DC 602 zusammen mit einer oder mehreren der optischen Komponenten, wie etwa dem optischen Sender 601, dem optischen Verstärker 603, dem optischen Filter 605, dem Wellenlängenmultiplexer 604, dem Wellenlängendemultiplexer 621 und dem optischen Empfänger 622, integriert werden kann. Beispielsweise könnte der WT-DC 602 mit einem Laser und einem optischen Modulator monolithisch in InGaAsP integriert werden, um einen optischen Sender mit eingebauter Dispersionsvorkompensation auszubilden.
7A zeigt ein veranschaulichendes Design meines WT-DC, zusammen mit einem Erbium-Verstärker angeordnet. Bei dieser Anordnung ist der WT-DC 705 in einem Polarisationsdiversitätsverfahren angeordnet, um die WT-DC-Funktion selbst dann polarisationsunabhängig zu machen, wenn die WT-DC-Einrichtung 705 selbst polarisationsabhängig ist, bei dem die polarisationserhaltenden Fasern (PMFs) 702 und 703 auf bekannte Weise an einen Zirkulator/Polarisationssplitter (CPS) 701 gespleißt sind. Bei Betrieb wird ein von dem Zirkulator empfangenes optisches Eingangssignal 700 in den Polarisationssplitter aufgeteilt und über PMF 702 an WT-DC 705 gekoppelt. Das dispersionskompensierte optische Signal vom WT-DC 705 wird über PMF 703 an Polarisationssplitter und der Zirkulator an Erbium-Verstärker 710 gekoppelt. Durch den Zirkulator/Polarisationssplitter (CPS) 701 entfällt die Notwendigkeit für einen Eingangssignalisolator 711 im Erbium-Verstärker 710. Somit braucht der Erbium-Verstärker 710 nur den Erbium-Faser-Ausgangsisolator 713 und entweder eine Vorwärtspumpe und Koppler 714 oder Rückwärtspumpe und Koppler 715 zu enthalten. Es sei angemerkt, daß, wenn der WT-DC 100 von 1 mit nur drei MZI-Stufen implementiert ist (wie in meiner zuvor angeführten Anmeldung beschrieben), kann er für sich selbst allein relativ einfach polarisationsunabhängig gemacht werden und benötigt deshalb nicht das Polarisationsdiversitätsverfahren unter Verwendung von PMFs 702 und 703 und Zirkulator/Polarisationssplitter (CPS) 701.
7B zeigt einen polarisationsunabhängigen reflektierenden WT-DC 751 (wie in meiner zuvor angeführten Anmeldung beschrieben), zusammen mit dem Erbium-Verstärker 710 angeordnet. Mit einem Zirkulator wird das optische Eingangssignal 700 an den WT-DC 751 und das dispersionskompensierte optische Signal an den Erbium-Verstärker 710 gekoppelt.
Dem Fachmann ergeben sich zahlreiche Modifikationen dieser Erfindung. Dennoch werden alle Abweichungen von den spezifischen Lehren dieser Spezifikation, die im Grunde auf den Prinzipien und ihren Äquivalenten basieren, durch die der Fortschritt vorangetrieben worden ist, ordnungsgemäß innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung betrachtet, wie beschrieben und beansprucht.

Claims

Wellenlängennachführender Dispersionskompensator WT-DC (wavelength-tracking dispersion compensator), umfassend: einen Chromatische-Dispersions-Kompensator (110) mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei einer Referenzwellenlänge arbeitend, ausgelegt zum Empfangen eines Eingangssignals, das eine Wellenlänge aufweist, die mit der Zeit variieren kann, einen Wellenlängenmonitor (120) mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei einer Wellenlänge arbeitend, die die gleiche ist wie die Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators, ausgelegt zum Empfangen des Signals und zum Erzeugen eines optischen Ausgangssignals (102), eine Detektorsteuerschaltung (130, 135) zum Detektieren des optischen Ausgangssignals von dem Wellenlängenmonitor und zum Erzeugen eines Steuersignals, das anzeigt, wenn die Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals von der Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators verschieden ist, und einen Temperaturcontroller (140) zum Ändern der Temperatur sowohl des Dispersionskompensators als auch des Wellenlängenmonitors als Reaktion auf das Steuersignal (138), um die Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators und des Wellenlängenmonitors zu ändern, zum Ausgleichen mit der Wellenlänge des empfangenen WT-DC-Eingangssignals.
WT-DC nach Anspruch 1, wobei der Wellenlängenmonitor zusätzlich ein zweites optisches Ausgangssignal (103) erzeugt und wobei die Detektorsteuerschaltung eine Differentialdetektor steuerschaltung (135, 136) ist zum Detektieren sowohl des optischen Ausgangssignals als auch des zweiten optischen Ausgangssignals von dem Wellenlängenmonitor und zum Erzeugen des Steuersignals.
WT-DC nach Anspruch 2, wobei der Dispersionskompensator und der Wellenlängenmonitor jeweils eine getrennte Halbwellenplatte (121, 111) enthalten oder sich eine gemeinsame Halbwellenplatte teilen, um Polarisationsunhabhängigkeit zu erlangen.
WT-DC nach Anspruch 2, wobei der freie Spektralbereich FSR des Dispersionskompensators entweder gleich dem N- oder dem 1/N-fachen des FSR des Wellenlängenmonitors ist, wobei N eine positive ganze Zahl ist.
WT-DC nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: einen Temperatursensor (133) zum Bestimmen der Temperatur eines Substrats und wobei wenn sich der WT-DC in einem Standbymodus befindet oder wenn kein Eingangssignal empfangen wird, die Differentialdetektorsteuerschaltung ein Signal von dem Temperatursensor verwendet, um die Temperatur des Temperaturcontrollers zu bestimmen.
WT-DC nach Anspruch 2, wobei die Differentialdetektorsteuerschaltung folgendes enthält: zwei Fotodetektoren zum Detektieren der zwei optischen Ausgangssignale von dem abstimmbaren Wellenlängenmonitordifferential und Erzeugen von zwei elektrischen Signalen, einen Subtrahierer (137) zum Erzeugen eines Differentialsignals von den zwei elektrischen Signalen und zum Ausgeben des elektrischen Differentialausgangssignals und eine Steuerschaltung (132) zum Empfangen des elektrischen Differentialausgangssignals und zum Erzeugen des Steuersignals daraus.
WT-DC nach Anspruch 1, wobei der Dispersionskompensator und der Wellenlängenmonitor jeweils eine getrennte Halbwellenplatte (121, 111) enthalten oder sich eine gemeinsame Halbwellenplatte teilen, um Polarisationsunhabhängigkeit zu erlangen.
WT-DC nach Anspruch 1, wobei der freie Spektralbereich FSR des Dispersionskompensators entweder gleich dem N- oder dem 1/N-fachen des FSR des Wellenlängenmonitors ist, wobei N eine positive ganze Zahl ist.
WT-DC nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Temperatursensor (133) zum Bestimmen der Temperatur eines Substrats und wobei wenn sich der WT-DC in einem Standbymodus befindet oder wenn kein Eingangssignal empfangen wird, die Detektorsteuerschaltung ein Signal von dem Temperatursensor verwendet, um die Temperatur des Temperaturcontrollers zu bestimmen.
WT-DC nach Anspruch 1, wobei die Detektorsteuerschaltung ein empfangenes Leistungspegel – signal verwendet, das proportional zu der WT-DC-Eingangssignalleistung ist, und das detektierte optische Ausgangssignal zum Erzeugen des Steuersignals verwendet, das anzeigt, wann die Wellenlänge des empfangenen WT-DC-Eingangssignals auf das Referenzwellenlängeneingangssignal fehlausgerichtet ist.
WT-DC nach Anspruch 1, wobei das WT-DC-Eingangssignal mit einer vorbestimmten Modulation wellenlängenmoduliert wird und die Detektorsteuerschaltung diese Modulation detektiert und sie zum Erzeugen des Steuersignals verwendet, das anzeigt, wann die Wellenlänge des empfangenen WT-DC-Eingangssignals auf das Referenzwellenlängeneingangssignal fehlausgerichtet ist.
Verfahren zum Betreiben eines wellenlängennachführenden Dispersionskompensators WT-DC, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen eines Eingangssignals zu dem WT-DC bei einem Chromatische-Dispersions-Kompensator (110) mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei einer Referenzwellenlänge arbeitend, Empfangen des Eingangssignals, bei einem Wellenlängenmonitor (120) mit einer temperaturabhängigen Wellenlängencharakteristik und bei einer Wellenlänge arbeitend, die die gleiche ist wie die Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators, und Erzeugen eines optischen Ausgangssignals, Detektieren des optischen Ausgangssignals (102) und Erzeugen eines Steuersignals, das anzeigt, wenn die Wellenlänge des empfangenen Eingangssignals von der Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators verschieden ist, und Ändern der Temperatur (138, 140) sowohl des Dispersionskompensators als auch des Wellenlängenmonitors als Reaktion auf das Steuersignal, um die Referenzwellenlänge des Dispersionskompensators und des Wellenlängenmonitors zu ändern, zum Ausgleichen mit der Wellenlänge des empfangenen WT-DC-Eingangssignals.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Wellenlängenmonitorempfangsschritt zusätzlich ein zweites optisches Ausgangssignal erzeugt und wobei der Detektierungsschritt sowohl das optische Ausgangssignal als auch das zweite optische Ausgangssignal detektiert und daraus das Steuersignal erzeugt.