Diese Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung bei der Augen-Messung von optischen Signalen in optischen Kommunikationssystemen.

Optische Kommunikationssysteme verarbeiten typischerweise optische Impulse mit Bitraten im Bereich von 2–10 Gbits/s, wobei erwartet wird, dass zukünftige Generationen von Systemen Bitraten von bis zu 40 Gbits/s und darüber hinaus verarbeiten. Es ist bekannt, dass bei derartigen höheren Bitraten der Einsatz der Eigenphasenmodulation und der Kreuzphasenmodulation bei höheren Leistungspegeln auftritt, und es ist wichtig, in der Lage zu sein, Übertragungen zu überwachen, um eine mit diesen Effekten verbundene Signalbeeinträchtigung festzustellen. Ein mit der Tendenz in Richtung auf höhere Bitraten verbundenes Problem besteht darin, dass es zunehmend schwierig wird, die Signalbeeinträchtigung unter Verwendung von Verfahren zu überwachen, die die Detektion des optischen Signals und die nachfolgende elektronische Verarbeitung beinhalten, und zwar aufgrund der von Natur aus vorhandenen Schwierigkeiten der Ausführung einer derartigen elektronischen Verarbeitung mit sehr hohen Bitraten.

Ein Telekommunikationssystem, bei dem optische Signale ein optisches Netzwerk durchlaufen, enthält typischerweise eine Kombination von Übertragungs-Lichtwellenleitern, optischen Verstärkern, Schaltern, Kreuzkopplern, Filtern und Dispersionkompensatoren. Eine Überwachung dieser Elemente des Systems zur Feststellung von Ausfällen oder Beeinträchtigungen wurde in idealer Weise die Überwachung des optischen Signals an getrennten Positionen netzabwärts jedes der Elemente derart erfordern, dass eine Beeinträchtigung oder ein Ausfall irgendeines der Elemente festgestellt und lokalisiert werden kann, um die speziellen verantwortlichen Elemente zu identifizieren.

Derzeit ist jedoch die Bereitstellung von elektronischen Detektions- und Verarbeitungsvorrichtungen, die eine Augendiagramm-Messung durchführen können, für Bitraten von mehr als ungefähr 10 Gbits/s aus Kostengründen untragbar und daher auf Breitbandempfänger beschränkt, die typischerweise netzabwärts von einer großen Anzahl derartiger Elemente angeordnet sind.

Beispiele der Verwendung von Überwachungseinrichtungen für das Betriebsverhalten in derartigen Empfängern zur Feststellung von Parametern, die sich auf das Augendiagramm beziehen, wurden von Harman in dem US-Patent 4 097 697 und Tremblay et al. in dem US-Patent 4 823 360 beschrieben. In jedem Fall wird ein optisches Signal regeneriert und die Signalqualität wird überwacht.

Es ist weiterhin aus der Veröffentlichung von H. Takara et al. „Eye-diagram measurement of 100 Gbits/sec optical signal using optical sampling", 22^nd European Conference on Optical Communication – ECOC 1996, Oslo, bekannt, eine Augendiagramm-Messung durch optische Abtastung unter Verwendung eines organischen nichtlinearen Kristalls durchzuführen. Die Fähigkeit der Verwendung einer optischen Abtastung vor der Umwandlung in ein elektronisches Signal erleichtert die Verwendung einer weniger höher entwickelten elektronischen Verarbeitung. Die Verwendung eines organischen nichtlinearen Kristalls hat jedoch von Natur aus Nachteile, wie z. B. die Schwierigkeit der Integration dieses optischen Bauteils in ein Sensorsystem. Ein weiterer Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Abtastimpulse mit hoher Leistung erzeugt werden müssen, das heißt mit mehr als 200 Watt, so dass das Verfahren lediglich im Zusammenhang mit einem Labor-Oszilloskop brauchbar ist.

Es ist aus der Veröffentlichung von Idler et al. (IEEE Photonics Technology Letters, Band 8, Nr. 9, September 1996 – „10 Gb/s Wavelength Conversion with Integrated Multiquantum-Well-Based 3-Port Mach-Zehnder Interferometer") bekannt, eine Inversion eines einzigen optischen Einzelsignals zusätzlich zu der Wellenlängenumwandlung mit Hilfe eines Mach-Zehnder-Interferometers vorzusehen, wobei optische Halbleiter-Verstärker verwendet werden, um einen Interferenz-Zustand zwischen optischen Komponenten eines Eingangssignals aufzubauen, das über erste und zweite Arme des Interferometers übertragen wird. Ein optisches Dauerschwingungs-Signal, das in gleicher Weise durch die ersten und zweiten Arme zur Ausbreitung gebracht wird, wird rekombiniert, um ein Ausgangssignal zu bilden, das entsprechend dem Interferenz-Zustand moduliert ist, und ein impulsförmiges optisches Signal wird in Gegenrichtung durch lediglich einen der Arme zur Ausbreitung gebracht, um auf diese Weise die Phase der Komponenten-Signale durch eine Kreuzphasenmodulation aufgrund der nichtlinearen Charakteristik des optischen Halbleiterverstärkers in diesem Arm zu modulieren.

Die EP-A-0 700 178 zeigt ein optisches Übertragungssystem mit einer abstimmbaren Lichtquelle, die auf der Grundlage einer Messung einer Übertragungscharakteristik nach dem optischen Detektor eines Empfängers gesteuert wird. Diese Übertragungscharakteristik kann eine Bittehlerrate unter Verwendung eines Paritäts-Prüfbits oder ein Q-Wert oder eine Augenmuster-Messung sein. Es gibt keinen Hinweis auf eine optische Abtastung.

Es verbleibt ein Bedarf an einer praktischeren Lösung für die Augendiagramm-Messung-Überwachung von optischen Signalen in derartigen Systemen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung eines impulsförmigen optischen Signals mit einer Bitrate geschaffen, die eine Bitperiode definiert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Erzeugen von optischen Abtast-Impulsen, die eine kurze Dauer bezogen auf die Bitperiode des optischen Signals haben;

Eingabe der optischen Abtastimpulse in ein Interferometer;

Eingabe des optischen Signals in das Interferometer, um auf diese Weise einen Interferenzzustand des Interferometers in einem Ausmaß zu ändern, das von dem optischen Signal abhängt;

Ausgabe von abgetasteten optischen Impulsen, die durch die optischen Abtastimpulse moduliert entsprechend dem Interferenzzustand gebildet sind, wobei die abgetasteten optischen Impulse Werte des optischen Signals zu Zeiten darstellen, die durch die Eingabe der optischen Abtastimpulse bestimmt sind;

Detektieren der abgetasteten optischen Impulse zur Gewinnung elektrischer Datensignale; und

Verarbeiten der elektrischen Datensignale zur Gewinnung von Augenmessungs-Daten, die ein Augendiagramm des optischen Signals darstellen.

Vorzugsweise ist das Interferometer ein Mach-Zehnder-Interferometer mit ersten und zweiten Armen, die zwischen einem Lichtwellenleiter-Teiler und einem Lichtwellenleiter-Kombinierer angeschlossen sind, wobei die optischen Abtastimpulse durch jeden der ersten und zweiten Arme hindurch übertragen werden, um auf diese Weise entsprechend dem Interferenzzustand miteinander kombiniert zu werden. Vorzugsweise umfasst der erste Arm ein Medium, in dem eine Kreuzmodulation zwischen dem optischen Signal und den optischen Abtast-Impulsen auftritt. Vorzugsweise umfasst der erste Arm einen optischen Halbleiterverstärker, der das Medium bildet.

Die optischen Abtastsignale können mit einer Abtastfrequenz erzeugt werden, die gegenüber einer Subharmonischen eines Grundfrequenz-Wertes versetzt ist, der im Wesentlichen der Bitrate entspricht, wobei die Frequenzversetzung derart ausgewählt ist, dass Datenabtastproben für eine Vielzahl von unterschiedlichen Phasenwerten des optischen Signals gewonnen werden. Der Grundfrequenz-Wert kann örtlich durch Ausführen eines schnellen Fourier-Transformations-Prozesses an den Datenabtastproben bestimmt werden.

Das Interferometer kann weiterhin bei der Regeneration des optischen Signals durch Eingabe eines Taktsignals in Form von optischen Impulsen verwendet werden, die am Ausgang des Interferometers entsprechend einem Interferenzzustand neu kombiniert werden, der durch das Vorliegen des optischen Signals bestimmt ist. Das Taktsignal kann durch ein Taktrückgewinnungssystem auf der Grundlage eines weiteren Interferometers erzeugt werden.

Augenmessungs-Daten, die in dem vorstehenden Verfahren gewonnen werden, können als eine Anzeige eines Augenmessungs-Diagramms oder in Form von Parametern ausgegeben werden, die die Qualität des optischen Signals anzeigen. Ein Netzwerk kann mit einer Anzahl von getrennten Überwachungsstellen versehen werden, von denen aus Augenmessungs-Daten gewonnen und mit einem Vergleicher verglichen werden können. Fehler in dem Netzwerk können daher lokalisiert werden, und es können geeignete Maßnahmen getroffen werden, um eine Beeinträchtigung des optischen Signals zu beseitigen, unter Einschluss beispielsweise der Ausgabe der gemessenen Parameter an Steuersysteme, die Elemente des Netzwerkes an der Stelle regeln, die als die Quelle der Beeinträchtigung identifiziert wurde.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Interferometer mit seinen zugehörigen Lichtwellenleitern und optischen Halbleiterverstärkern einen Teil einer integrierten Struktur bilden kann, wie z. B. eine geschichtete Halbleiterstruktur auf der Grundlage eines Indiumphosphid-Substrates, wodurch die Herstellung vereinfacht wird und die Anzahl von optischen Kopplungen zu einem Minimum gemacht wird, die für den Zusammenbau erforderlich sind.

Bevorzugte Ausführungsformen werden nunmehr in Form lediglich eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer optischen Abtasteinrichtung ist, die ein Interferometer umfasst;

2 eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems mit einer Anzahl von Augenüberwachungseinrichtungen ist;

3 ein Ablaufdiagramm zeigt, das einen Algorithmus zur Bestimmung von Augenmessungs-Daten unter Einschluss eines schnellen Fourier-Transformations-Prozesses zeigt;

4 ein schematisches Augendiagramm ist;

5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung sowohl zur Erzeugung von Augenmessungs-Daten als auch zur Regeneration eines optischen Signals ist;

6 eine schematische Darstellung von Schwingungsformen von optischen Signalen in der Vorrichtung nach 5 ist;

7 simulierte Augendiagramme für optische Signale ohne SPM und mit SPM zeigt; und

8 simulierte Augendiagramme zeigt und den fortschreitenden Einsatz von CPM und SPM zeigt.

1 zeigt eine optische Abtasteinrichtung 1, die ein Mach-Zehnder-Interferometer 2 mit ersten und zweiten Armen 3, 4 umfasst, die jeweilige erste und zweite optische Halbleiterverstärker 5, 6 einschließen. Ein Impulsgenerator 7 erzeugt optische Abtastimpulse 8, die über einen ersten Eingangs-Wellenleiter 11 in jeden der ersten und zweiten Arme 3, 4 eingegeben werden und die an einem Ausgangs-Wellenleiter 9 neu kombiniert werden, um abgetastete optische Impulse 10 zu bilden.

Ein zweiter Eingangs-Wellenleiter 12 ist mit dem ersten Arm 3 so verbunden, dass das optische Signal 13 über die ersten optischen Halbleiterverstärker ohne Durchlaufen des zweiten Arms 4 in einer Richtung weitergeleitet wird, die entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung der optischen Abtastimpulse 8 ist. Das optische Signal 13 wird von einem Netzwerk mit Hilfe einer optischen Anzapfung 31 abgeleitet und wird von einer (nicht gezeigten) automatischen Pegelregeleinrichtung verarbeitet, um den Signalpegel zu regeln, der in den zweiten Eingangs-Wellenleiter 12 eingegeben wird.

Die optischen Halbleiterverstärker 5, 6 sind jeweils so vorgespannt, dass die Phase der jeweiligen Komponenten der optischen Abtastimpulse derart gesteuert wird, dass bei Fehlen irgendeines Signalimpulses des optischen Signals 13 ein destruktiver Interferenz-Zustand an dem Ausgangs-Wellenleiter 9 vorliegt, so dass eine destruktive Interferenz zwischen den Komponenten der optischen Abtastimpulse 8 auftritt, die über die ersten und zweiten Arme 3, 4 ausgebreitet werden, um auf diese Weise einen Null-Ausgang in dem Ausgangs-Wellenleiter 9 zu erzeugen. Bei Vorliegen eines Impulses des optischen Signals 13 führt die Kreuzphasenmodulation, die in dem aktiven Medium des ersten optischen Halbleiterverstärkers 5 auftritt, zu einer Phasenverschiebung, die in der Komponente des optischen Steuerimpulses induziert wird, die sich durch die ersten optischen Halbleiterverstärker ausbreitet. Der Interferenz-Zustand des Interferometers 2 wird daher geändert, so dass der Ausgang nicht mehr länger zu Null gemacht wird und daher abgetastete optische Impulse 10 mit einer Amplitude erzeugt werden, die entsprechend der Amplitude des optischen Signalimpulses 13 bestimmt ist. Die optischen Abtastimpulse 8 werden so erzeugt, dass sie eine Impulslänge haben, die wesentlich kürzer als die Bitperiode des optischen Signals ist, so dass die effektive Amplitude des optischen Signalimpulses 13 bei der Bestimmung des Interferenz-Zustandes durch die Zeitsteuerung des optischen Abtastimpulses bestimmt ist, weil ein abgetasteter optischer Impuls nur dann erzeugt wird, wenn sich ein Zusammentreffen zwischen einem optischen Abtastimpuls und einem optischen Signalimpuls ergibt.

Ein Detekor 14 führt eine optisch-elektrische Umwandlung der abgetasteten optischen Impulse 10 aus und gibt elektrische Signale ab, die über einen Analog-/Digital-Wandler 16 in Datenabtastproben 15 umgewandelt werden, wobei die Datenabtastproben dann in einen Prozessor 17 eingegeben werden. Der Prozessor 17 liefert ein Ausgangssignal an ein Ausgangsbauteil 18, das beispielsweise ein Anzeigemonitor zur Anzeige eines Augendiagramms oder eine Kommunikations-Verbindungsstrecke zur Übertragung von Augendiagramm-Daten oder Augenmessungs-Parametern zu einer entfernt angeordneten Stelle sein kann. Der Prozessor 17 steuert weiterhin den Impulsgenerator 7 und die Vorspannung der ersten und zweiten optischen Verstärker 5, 6.

Wie dies in 2 gezeigt ist, kann die Ausgangseinrichtung ein Vergleicher 19 sein, der jeweilige Eingangssignale von jedem der Augenüberwachungseinrichtungen 20, 21 und 22 empfängt, von denen jede jeweils einer Anordnung entspricht, wie sie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Die Augenüberwachungseinrichtungen 20, 21 und 22 sind an unterschiedlichen Überwachungsstellen in einem optischen Netzwerk 23 angeschlossen, die netzabwärts von jeweiligen optischen Elementen A, B und C liegen.

Die Elemente A, B und C haben jeweilige Steuer- oder Regelsysteme 24, 25 und 26, von denen jede auf ein Fehlersignal von dem Vergleicher 19 anspricht, das anzeigt, dass eine Beeinträchtigung des optischen Signals 13 identifiziert wurde und dass die Quelle der Beeinträchtigung so lokalisiert wurde, dass sie das spezielle optische Element ist, das durch das Steuersystem gesteuert wird. Das Steuersystem 24, 25 oder 26 kann dann in der Lage sein, Abhilfemaßnahmen durch geeignete Steuerung des optischen Elementes A, B oder C zu treffen, um die Quelle der Beeinträchtigung zu verringern oder zu beseitigen, oder es kann eine örtliche Anzeige liefern, dass eine Wartung erforderlich ist.

Der Vergleicher 19 bestimmt die Position der Quelle der Beeinträchtigung durch einen Vergleich von Parametern von den Augenmessungen, die von jedem der Augenüberwachungseinrichtungen 20, 21 und 22 gewonnen werden, wobei angenommen wird, dass die Position der Quelle und der Beeinträchtigung netzaufwärts von der ersten auftretenden Anzeige dafür liegt, dass das Signalauge beeinträchtigt wurde.

Der Vergleicher 19 kann weiterhin einen Alarm signalisieren, wie dies schematisch durch ein Alarmsystem 27 angezeigt ist, um Systembetreiber auf das Vorhandensein einer Fehlfunktion oder Beeinträchtigung hinzuweisen.

In dem vorstehenden Beispiel überträgt das optische Netzwerk 23 Daten mit einer Bitrate von 10 Gbit/s, und der Impulsgenerator 7 erzeugt optische Abtastimpulse 8 mit einer Impulslänge von 10 Picosekunden, die damit wesentlich kürzer als eine 100 Picosekunden Bitperiode des optischen Signals ist. Um den Betrieb des Detektors 14 und die nachfolgende Verarbeitung von Datenabtastproben 15 zu vereinfachen, werden die optischen Abtastimpuls-Daten mit einer Abtastfrequenz f_s erzeugt, die beträchtlich kleiner als die Impulsfrequenz des optischen Signals 13 ist. Die Abtastfrequenz f_s ist so gewählt, dass sie geringfügig gegenüber einer Subharmonischen der tatsächlichen Frequenz f₀ versetzt ist, die der Bitrate des optischen Signals entspricht, wobei die Versetzung einem Frequenz-Schrittwert Df entspricht, der ausreicht, um sicherzustellen, dass aufeinanderfolgende Abtastproben des optischen Signal bei unterschiedlichen Phasen gewonnen werden, um es zu ermöglichen, dass die Datenabtastproben das Augendiagramm über zumindest eine volle Bitperiode darstellen.

In der Praxis wird der präzise Wert von f₀ nicht bekannt sein, und der Impulsgenerator 7 muss daher auf der Grundlage einer geschätzten Frequenz f_e arbeiten, die dem besten verfügbaren Schätzwert von f₀ entspricht. Der Ursprung der geschätzten Frequenz kann entweder eine Messung des optischen Signals gegenüber einer Frequenznorm des Impulsgenerators (allgemein ein Quartz-Oszillator) oder ein externes Taktsignal sein, das beispielsweise durch das Netzwerk 23 zur Verfügung gestellt wird. Ein externer Takt ist im Allgemeinen lediglich in begrenzten Fällen verfügbar, in denen die Augen-Überwachungseinrichtung nahe an einem Sender angeordnet ist. In den meisten Fällen ist es daher erforderlich, f_e örtlich zu bestimmen, was beispielsweise durch einen schnellen Fourier-Transformationsprozess erfolgen kann, der an den Datenabtastproben durch den Prozessor 17 durchgeführt wird. Ein Algorithmus zur Feststellung des Frequenz-Schrittwertes Df wird nunmehr beschrieben und in dem Ablaufdiagramm nach 3 gezeigt.

Abtastproben der optischen Leistung p₁ werden in einer Matrix akkumuliert, wobei die Matrixgröße so ausgewählt ist, dass sie für eine schnelle Fourier-Transformations-Analyse bequem ist, und sie wird in den folgenden Beispielen mit 1024 angenommen. Der Mittelwert der p_i-Abtastproben wird berechnet, und der Mittelwert wird von jeder Abtastprobe in der Matrix subtrahiert. Der Absolutwert der resultierenden Abtastproben wird dann berechnet, um eine Nichtlinearität in die Verarbeitung der Abtastproben einzuführen, die durch die Fourier-Analyse als ein Takt-Ton erfasst werden kann, der der geschätzten Frequenz f_e entspricht.

Die Fourier-Transformation wird unter Verwendung eines üblichen schnellen Fourier-Transformations-Algorithmus berechnet und die erste von Null abweichende Frequenzspitze des Spektrums wird ermittelt und als ein Anfangswert für f_e genommen.

Die Augenmessung wird dann unter Verwendung der Abtastfrequenz f_s durchgeführt, die aus f_s = f_e + Df berechnet wird. Eine Analyse der resultierenden Daten lässt erkennen, ob eine offene Augenmessung gewonnen wurde. Wenn eine offene Augenmessung nicht gewonnen wird, so werden neue Abtastproben gewonnen und der Prozessor berechnet die Abtastfrequenz f_s unter Verwendung eines vergrößerten Frequenz-Schrittwertes Df' neu. Ein Fehlschlag der Ermittlung eines offenen Auges kann dann zu dem Schluss führen, dass kein gültiges optisches Signal vorhanden ist.

Das Augendiagramm kann unter Verwendung von üblichen Algorithmen analysiert werden, um Parameter zu erzeugen, wie z. B. einen Verzerrungsfaktor, der das Ausmaß definiert, in dem Abtastdaten in ein Phasenfenster 28 übergreifen, wie dies in 4 gezeigt ist, in der ein Augendiagramm schematisch in Ausdrücken einer perfekten theoretischen Kurve 29 und einer inneren Augenbegrenzungskurve 30 dargestellt ist, die eine Beeinträchtigung in einem realen System darstellt. Das Augendiagramm nach 4 ist im Wesentlichen eine Darstellung des optischen Signalpfades gegenüber der Zeit, wobei die Kurven die Ortskurve der akkumulierten Datenpunkte anzeigen. p₁ und p₀ stellen die Leistungspegel dar, die einen kontinuierlichen logischen 1-Zustand bzw. einem logischen 0-Zustand entsprechen.

Die Höhe der Augenöffnung X in 4 kann weiterhin zur Berechnung eines Qualitätsfaktors Q verwendet werden, der durch die folgende Gleichung definiert ist:

s₁ und so stellen daher eine Rauschleistung an der Augenöffnung der logischen 1- und logischen 0-Signalzustände dar. Der Wert von Q kann direkt auf die Bitfehlerrate bezogen werden, wobei unter Annahme einer Gauß'schen Verteilung eine Fehlerrate von 10^–9 beispielsweise einem Wert von Q = 6 entspricht.

Derartige Parameter können von dem Prozessor abgegeben und als Eingänge für Steuer- oder Regelsysteme 24, 25, 26 zur Auswertung der Parameter und zum Regeln optischer Elemente A, B, C des optischen Netzwerkes 23 und zusätzlich oder alternativ für Alarmsysteme 27 verwendet werden, die zur Auswertung der Parameter und zur Erzeugung eines Alarmsignals betreibbar sind, wenn die Parameter vorgegebene Kriterien nicht erfüllen. Insbesondere können die Steuersysteme und Alarmsysteme 27 so angeordnet sein, dass sie auf die Effekte der Eigenphasenmodulation und der Kreuzphasenmodulation ansprechen.

7 zeigt die deutlich erkennbaren Eigenschaften einer SPM (Eigenphasenmodulation) wobei die simulierten Augendiagramme A und B einem optischen Signal ohne SPM bzw. mit SPM entsprechen. Die SPM kann in einem Augendiagramm durch die Wirkung identifiziert werden, dass die Oberseite der Augenöffnung zugespitzt oder angeschärft wird, und außerdem dadurch, dass das untere „Augenlid" erhöht und verbreitert wird.

8 zeigt das charakteristische Aussehen einer CPM (Kreuzphasenmodulation), wobei die Augendiagramme A und B einem optischen Signal ohne CPM bzw. mit CPM entsprechen. Die charakteristischen Merkmale von CPM sind die Ausschläge und Schwingungen, die an der Oberseite des Auges auftreten. Die Augendiagramme C und D in 8 zeigen die fortschreitenden Wirkungen der Hinzufügung von mehr CPM und SPM.

Der Prozessor 17 ist so programmiert, dass er die vorstehend beschriebenen Charakteristiken von CPM und SPM durch eine Auswertung der Augenmessungs-Daten feststellt und geeignete Alarmsignale und/oder Steuersignale entsprechend einleitet.

Der Interferometer 2 nach 1 kann periodisch kalibriert werden, weil ein kontinuierlicher Betrieb nicht wesentlich ist. Eine typische Kalibrierroutine würde wie folgt sein:

Der erste optische Halbleiterverstärker 5 würde abgeschaltet, und der konstante Ausgangspegel von optischen Abtastimpulsen (bei Fehlen eines optischen Signals 13) würde durch den Detektor 14 gemessen. Der erste optische Verstärker 5 würde dann eingeschaltet, und der zweite optische Halbleiterverstärker würde abgeschaltet werden, um den vorstehenden Vorgang zu wiederholen, und die Verstärkung des ersten optischen Halbleiterverstärkers würde eingestellt, bis der detektierte Ausgang mit dem übereinstimmt, der bezüglich des zweiten optischen Halbleiterverstärkers aufgezeichnet wurde. Durch Sicherstellen gleicher Leistungsausgänge auf diese Weise können die Bedingungen für die Interferenz optimiert werden.

Der Prozessor 17 ist so programmiert, dass er die vorstehende Kalibrier- oder Eichroutine ausführt.

5 zeigt die Art und Weise, wie die Augenmessung mit einer optischen Regeneration des optischen Signals kombiniert werden kann. Datenanzapfungsverbindungen 31 und 32 liefern optische Signale 13, die in ein erstes Interferometer, das als eine optische Abtasteinrichtung allgemein in der gleichen Weise arbeitet, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, sowie außerdem in ein zweites Interferometer 33 eingegeben werden, das ein optisches Taktrückgewinnungssystem 34 bildet.

Das erste Interferometer 2 wird unter Verwendung von Bezugsziffern beschrieben, die denen der vorhergehenden Figuren für entsprechende Elemente entsprechen, soweit passend, und besteht aus ersten und zweiten Armen 3 und 4, die erste und zweite optische Halbleiterverstärker 5 und 6 umfassen. Abtastimpulse 8 werden durch einen Impulsgenerator in Form eines Abtast-Taktgebers 7 mit einer Abtastfrequenz f_s erzeugt, die gegenüber einer Subharmonischen der geschätzten Frequenz f_e versetzt ist, die der Bitrate des optischen Signals entspricht. Die optischen Abtastimpulse 8 werden in das Interferometer 2 so eingegeben, dass sie sich sowohl über den ersten als auch den zweiten Arm 3, 4 ausbreiten und an einem Wellenleiter 11 neu kombiniert werden, an dem die abgetasteten Impulse entsprechend einem Interferenzzustand abgegeben werden, der in dem ersten Interferometer 2 vorliegt. Die optischen Signale 13 werden in das erste Interferometer 2 derart eingegeben, dass sie sich lediglich über den ersten Arm 3 und über den ersten optischen Halbleiterverstärker 5 ausbreiten, so dass zu dem Zeitpunkt, der durch die Zeitsteuerung irgendeines der Abtastimpulse 8 bestimmt ist, der die abgetasteten Impulse bestimmende Interferenzzustand durch die momentane Amplitude des optischen Signals 13 festgelegt ist. Die abgetasteten optischen Signale werden analysiert und für Steuerzwecke in der vorstehend anhand der 1 beschriebenen Weise verwendet, wie dies in 5 durch die Datenanalyse- und Steuereinheit 35 dargestellt ist.

Ein Datentakt-Impulsgenerator 36 gibt Datentakt-Impulse 37 in Form von Impulsen ab, die eine kurze Dauer bezogen auf die Bitperiode des optischen Signals 13 haben, und die zeitlich so gesteuert sind, dass sie mit dem vollständig geöffneten Auge nach 4 zusammenfallen. Die Datentakt-Impulse 37 breiten sich durch das erste Interferometer 2 aus, wobei sie über den ersten Wellenleiter 11 eintreten und in gleicher Weise in die ersten und zweiten Arme 4 eingekoppelt werden und zu regenerierten Ausgangsdaten-Impulsen 38 führen, die von dem ersten Interferometer 2 über dem Ausgangs-Wellenleiter 9 abgegeben werden. Die Datentakt-Impulse 37 werden gegensinnig in dem ersten Interferometer gegenüber den Abtast-Impulsen 8 zur Ausbreitung gebracht und beeinflussen nicht wesentlich den Interferenz-Zustand des ersten Interferometers, weil die Abtastenergie in jedem der optischen Impulse 8 klein ist.

Optische Signale 13 von dem Daten-Anzapfungsanschluss 31, die sich in dem ersten Arm 3 über den ersten optischen Halbleiterverstärker 5 ausbreiten, bestimmen den Interferenz-Zustand in dem ersten Interferometer 2 für die Neukombination der aufgeteilten Komponenten der Datentakt-Impulse. Bei Vorliegen eines Signal-Impulses des optischen Signals 13 weist der regenerierte Ausgangs-Impuls 38 eine Amplitude auf, die von der momentanen Amplitude des Signal-Impulses und von einer Zeitsteuerung abhängt, die durch die Zeitsteuerung des Datentakt-Impulses 37 bestimmt ist. Auf diese Weise wird das optische Signal 13 in einen regenerierten Ausgangs-Impulsstrom 38 umgewandelt, der in 5 durch das Ausgangssignal der regenerierten Daten 39 dargestellt ist. Die regenerierten Daten können dann einer Impulsformungs-Verarbeitung vor der weiteren Übertragung unterworfen werden.

Das zweite Interferometer 33 wirkt als ein Phasenvergleicher, dessen Ausgang detektiert und Tiefpass-gefiltert wird, um ein Rückführungssignal zu liefern, das den Datentakt 36 regelt. Das zweite Interferometer 33 ist hinsichtlich seiner Konstruktion ähnlich dem ersten Interferometer 2 und umfasst erste und zweite Arme 40 und 41, die erste optische Halbleiterverstärker 42 bzw. 43 umfassen. Datentakt-Impulse 37 werden in das zweite Interferometer 33 derart eingeführt, dass sie in gleicher Weise in die ersten und zweiten Arme 40 und 41 eingekoppelt werden und in einem Ausgangs-Wellenleiter 44 entsprechend einem Interferenz-Zustand neu kombiniert werden, der durch die optischen Halbleiterverstärker 42, 43 bestimmt ist. Optische Signale 13 von dem Datenanzapfungsanschluss 32 werden gegensinnig durch den ersten Arm 40 zur Ausbreitung gebracht, so dass sie sich in dem ersten optischen Halbleiterverstärker 42 gegensinnig ausbreiten. Die optischen Halbleiterverstärker 42, 43 sind derart vorgespannt, dass der Interferenz-Zustand eine maximale konstruktive Interferenz an dem Ausgangs-Wellenleiter 44 liefert, wenn die momentane Amplitude des optischen Signals 13 bei Abtastung durch die Datentakt-Impulse 37 50% des Spitzenpegels des optischen Signals ist.

6 zeigt schematisch die Schwingungsformen in dem zweiten Interferometer 33, wobei die Schwingungsform A den Datentakt-Impulsen 37 entspricht, die Schwingungsform B dem optischen Signal 13 entspricht und die Schwingungsform C dem Ausgangssignal in dem Ausgangs-Wellenleiter 44 entspricht.

Ein mit dem Wellenleiter 44 verbundener Detektor 45 empfängt den Spitzenausgang, wenn die optische Signalschwingungsform in der Hälfte zwischen ihren hohen und niedrigen Zuständen abgetastet wird. Entsprechend werden, wenn die Phase des Datentaktes 36 eine Drift aufweist, so dass die Takt-Impulse 37 außer Synchronisation mit dem optischen Signal 13 gelangen, die in der Schwingungsform C gezeigten Ausgangsspitzen in ihrer Amplitude verringert. Der Detektorausgang wird gefiltert und an den Datentaktgeber 36 zurückgeliefert, der eine Steuereinrichtung zur Kompensation irgendeiner Phasendrift einschließt.

Bei der Anordnung nach 5 arbeitet der Abtasttakt 7 mit einer Abtastfrequenz f_s, die aus f_e berechnet ist, wobei f_e von dem Datentakt abgeleitet wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Wellenlänge der Abtast-Taktimpulse gleich der der Datentakt-Impulse 37 ist. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Impulse von dem gleichen Laser abgeleitet werden und ein Dauerschwingungs-Ausgang von dem Laser abgenommen wird, der geteilt wird, bevor er getrennt moduliert wird, um die optischen Abtastimpulse und die Datentakt-Impulse zu liefern. Die Verwendung einer gemeinsamen Wellenlänge ist vorteilhaft, weil es hierdurch ermöglicht wird, dass der Zustand für die Interferenz in dem ersten Interferometer sowohl für die Regeneration als auch die Abtastung für den Augenüberwachungsprozess optimiert wird.

In dem Beispiel nach 5 werden die optischen Abtastimpulse 8 und die Datentakt-Impulse 37 in entgegengesetzten Richtungen zur Ausbreitung gebracht, so dass eine Trennung an dem Ausgangs-Wellenleiter 9 unnötig ist. Es kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, wenn die Ausbreitung in der gleichen Richtung erfolgt, wobei in diesem Fall unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden können und die Ausgangs-Impulse unter Verwendung eines Wellenlängen-Multiplexier-Trennfilters am Ausgang des Wellenleiters 9 getrennt werden. Für eine derartige Anordnung kann die Wellenlänge des Abtasttaktes 7 aktiv so abgestimmt werden, dass ein Bandpasszustand der Interferenz bei dem 0-Datenpegel des optischen Signals 13 geschaffen wird. Alternativ können sich in der gleichen Richtung ausbreitende Datentakt-Impulse und optische Abtastimpulse durch die Verwendung von orthogonalen Polarisationszuständen und eines Polarisations-Analysators in dem Ausgangs-Wellenleiter getrennt werden.

Durch Einfügen der Augenüberwachung in den Generator, wie er beispielsweise in 5 gezeigt ist, werden die Kosten zur Realisierung der Regeneration und der Überwachung verringert, und die Fähigkeit zur Überwachung von Fehlern während der Regeneration wird verbessert.

Die vorliegende Erfindung findet spezielle Anwendung bei der Überwachung und Korrektur der Beeinträchtigung von optischen Signalen aufgrund der Kreuzphasenmodulation und der Eigenphasenmodulation, wobei derartige Nichtlinearitäten hochfrequenten Signalen zugeordnet sind und unter Verwendung üblicher Techniken nur schwierig zu messen sind. Die vorstehend beschriebenen Interferometerschaltungen, unter Einschluss der optischen Halbleiterverstärker und der Wellenleiter, sind für eine Herstellung dadurch geeignet, dass sie zusammen in integrierten optoelektonischen Schaltungen aufgewachsen werden, so dass eine Packungsanordnung mit niedrigen Kosten und mit der minimalen Anzahl von optischen Verbindungen ermöglicht wird.

Die vorliegende Erfindung findet weiterhin Anwendung auf vorhandene Telekommunikationsnetzwerke unter Verwendung der SONET-Signalhierarchie, für die die niedrigste Impulsrate einer Frequenz von 51,84 MHz entspricht. Durch Gewinn einer Subharmonischen bei 1/32 Sekunden dieser Frequenz wird eine Abtast-Impulsrate mit ungefähr 2 MHz erzielt. Weil die eine höhere Frequenz aufweisenden SONET-Bitraten Vielfache von 51,84 MHz sind, kann der Impulsgenerator unter Verwendung einer gemeinsamen Abtast-Impulsrate arbeiten.