Sender Signalerzeugung. C.-A. Bunge; Hochschule für Telekommunikation Leipzig: High-Speed Optical Transmission Systems

Transkript

1 Sender Signalerzeugung

2 Überblick Modulationsarten: direkt oder extern Modulatoren: EAM Mach-Zehnder-Interferometer Chirp RZ-Amplitudenmodulation Duobinär-Modulation Phasenmodulation DPSK DQPSK

3 Halbleiterlaser

4 2 1 1 Halbleiterlaser 2 1 = I A H A E E A I? D A = J E I? D I J E - K E A H J A E I I E I F J = A - E I I E 1 I

5 2 1 1 Halbleiterlaser 2 1 = I A H A E E A I? D A = J E I? D I J E - K E A H J A E I I E I F J = A - E I I E 1 I

6 2 1 1 Halbleiterlaser 2 1 = I A H A E E A I? D A = J E I? D I J E - K E A H J A E I I E P 20mA 30mA I F J = A - E I I E 10mA 1 I Wellenlänge

7 2 1 1 Halbleiterlaser 2 1 = I A H A E E A I? D A = J E I? D I J E - K E A H J A E I I E I F J = A - E I I E P 20mA 10mA 30mA Chirp 1 I Wellenlänge

8 Was ist Chirp? Ungechirpter Puls

9 Was ist Chirp? Ungechirpter Puls Puls mit Chirp

10 Pre-Chirp zur Dispersionskompensation

11 Direkt vs. externe Modulation

12 Direkt vs. externe Modulation

13 Externe Modulation -./*,%#,$&'0 1.%*,2/*))* 34")$#/5*60 785/).#$86!"#$%&' AM ()*+#,$%&' <$#=8,#0 (,>*/;/6; 9/)%:8,4/6;

14 Modulatoren Probleme sind: Bandbreite Modulationstiefe Linearität Polarisations-Abhängigkeit Einfügedämpfung Schaltspannung und Leistungsverbrauch

15 EAM Elektroabsorptionsmodulator

16 EAM-Typen Wellenleitertyp weiter verbreitet Typ (b) Transmissionstyp hat wenig Extinktion

17 Elektroabsortionsmodulator

18 Franz-Keldysh-Effekt E L A B hν hν E L E V x E V x a) ohne elektrisches Feld b) mit angelegtem Feld

19 Franz-Keldysh-Effekt E L A B hν hν E L E V x E V x a) ohne elektrisches Feld b) mit angelegtem Feld

20 Franz-Keldysh-Effekt E L A B hν hν E L E V x E V x a) ohne elektrisches Feld b) mit angelegtem Feld

21 Quanten-Stark-Effekt Appendix 8-4 Typische Struktur des Quantenwell-EA-Modlators: A8 Absorptionsverhalten:

22 Quanten-Stark-Effekt Appendix 8-4 Typische Struktur des Quantenwell-EA-Modlators: A8 Absorptionsverhalten: Absorptionsverhalten: Bild

23 EAM: Kennlinien

24 Dämpfungsfunktion

25 Chirp im EAM E out = E in exp( k 0 n L); ϕ = k 0 n L dϕ dt = α 4π 1 S ds dt mit S = E out 2 und α = n n Betrieb mit einem Dauerstrich-Laser und fester spektraler Breite (vorgegeben durch Alpha-Faktor) Phasenmodulation durch Änderung des Brechungsindex im Modulatormedium α ist identisch mit Linewidth-Enhancement-Faktor, wenn Dämpfung durch Ladungsträger-Injektion geschieht.

26 MZI Mach-Zehnder-Modulator

27 Mach-Zehnder-Interferometer A in A 1!" 1 A out A 2!" 2

28 Phasenmodulator

29 Phasenmodulator im MZI

30 MZI-Kennlinie des Feldes und der Leistung T MZI (U) T MZI (U) U 0 U 0 U 0 U 1 Feld Leistung

31 MZI-Kennlinie: Arbeitspunkte

32 Pause?

33 Pause? Danach: Senderstrukturen für spezielle Modulationsformate

34 Sender für Amplitudenumtastung

35 NRZ-Sender A in A 1 +!" A out A 2 -!" !"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*&

36 RZ-Sender A in A 1 +!" NRZ +!" RZ A 2 -!" -!" Sinus -1!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*&

37 RZ-Sender A in A 1 +!" NRZ +!" RZ A 2 -!" -!" Sinus -1!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*& NRZ-Sender

38 RZ-Sender A in A 1 +!" NRZ +!" RZ A 2 -!" -!" Sinus -1!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*& NRZ-Sender Puls-Carver

39 Sender für RZ-Formate

40 Duobinär als spektral effizientes Format Korrelation zwischen auf einander folgenden Bits man detektiert die Summe auf einander folgender Bits: y i = x i + x i 1 { 2, 0, +2} drei Signallevel eigentlich unpraktisch bei Direktdetektion wird nur Intensität empfangen am Empfänger nur zwei Level: 0, E 2

41 Generierung von Duobinär!"#$%&'( )*+(,-././0/. NOT XOR +1-1!"!"././12/./2 +././3 2 /./3 2././13/./3

42 Duobinär-Format: PSBT 567 *? &$./%$0 1%2!+3+43!"!#$%&'()! *+"',+!""! -!''!"08* 9:;<= >

43 Figure 3a & 3b: MZM input and output Eye diagrams for PSBT signalling. Duobinär-Format: PSBT 567 *? &$./%$0 1%2!+3+43!"!#$%&'()! *+"',+!""! -!''!"08* 9:;<= >

44 Sender für Phasenumtastung

45 DPSK-Format Data 1 0 φ π t 0 t

46 DPSK-Vorkodierer XOR!"!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*& 56

47 DPSK: Intensität - Phase Intensität I max 0 φ π t 0 t

48 RZ-DPSK-Sender A in A 1 +!" DPSK +!" RZ A 2 -!" -!" XOR -1 Sinus -1!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*&

49 RZ-DPSK-Sender A in A 1 +!" DPSK +!" RZ A 2 -!" -!" XOR -1 Sinus -1!"#$%&#' (&)*+,+-,./0' 1%2"*&*& 3&*"4*& Puls-Carver

50 Phasen-Zustände auf der MZI-Kennlinie

51 Phasen-Zustände auf der MZI-Kennlinie ϕ =0

52 Phasen-Zustände auf der MZI-Kennlinie ϕ = π ϕ =0

53 RZ-DPSK: Intensität - Phase Intensität I max 0 φ π t 0 t

54 DQPSK: Quaternäre Phasenmodulation entweder 0 oder # entweder 0 oder #/2 A in A 1 +!" DPSK +!" DQPSK A 2 -!" -1 Q-Anteil Bitwort- C.-A. I-Anteil Erzeugung Bunge; Hochschule für Telekommunikation Leipzig: High-Speed Optical Transmission Systems Vorkodierer

55 DQPSK: Quaternäre Phasenmodulation A in IQ DQPSK 8'6-#*" Vorkodierer!"#$%&#' (&)*+,+-, 5'6-#*"7./0' 1%2"*&*& 3&*"4*&

56 IQ-Modulator für beliebige Ansteuerung +!" I! "#! $%& -!" I! (%&! &')! $%' +!" Q!"=#/2! (%' -!" Q

57 Zusammenfassung

58 Zusammenfassung Modulationsarten: direkt oder extern

59 Zusammenfassung Modulationsarten: direkt oder extern Modulatoren: EAM Mach-Zehnder-Interferometer

60 Zusammenfassung Modulationsarten: direkt oder extern Modulatoren: EAM Mach-Zehnder-Interferometer Sender für Amplitudenumtastung RZ- und NRZ-Sender Duobinär-Modulation / PSBT

61 Zusammenfassung Modulationsarten: direkt oder extern Modulatoren: EAM Mach-Zehnder-Interferometer Sender für Amplitudenumtastung RZ- und NRZ-Sender Duobinär-Modulation / PSBT Phasenmodulation DPSK DQPSK

62 Zusammenfassung Modulationsarten: direkt oder extern Modulatoren: EAM Mach-Zehnder-Interferometer Sender für Amplitudenumtastung RZ- und NRZ-Sender Duobinär-Modulation / PSBT Phasenmodulation DPSK DQPSK IQ-Modulator