DE10020951A1 - Dispersionskompensator und Verfahren zur Dispersionskompensation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dispersionskompensation und einen Dispersionskompensator zur Durchführung des Verfahrens, wobei ein optisches Signal in zwei Frequenzbänder f¶H¶ und f¶L¶ und auf zwei Mach-Zehnder-Arme aufgespalten wird, dort unterschiedliche Laufzeitverzögerungen erfährt und die Frequenzbänder anschließend wieder zusammengeführt werden und dabei orthogonal zueinander polarisiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Dispersionskompensa­ tor, vorzugsweise zur Verwendung vor einer optischen Übertra­ gungsstrecke oder im Anschluß an eine optische Übertragungs­ strecke, mit mindestens einem optischen Eingang, mindestens einem Frequenzdemultiplexer (FDM), welcher eingehende Signale mit einem Eingangsspektrum in zwei Frequenzbänder f_L und f_H zerlegt und zwei Übertragungsstrecken (Mach-Zehnder-Arme) un­ terschiedlicher optischer Länge, denen je ein Frequenzband (f_L, f_H) zugeführt wird, wobei der optisch längere Mach-Zehn­ der-Arm als Verzögerungsleitung dient, und anschließend min­ destens eine Frequenzrekombinationseinheit, in der die beiden spektral zerlegten Signale rekombiniert und zu mindestens ei­ nem optischen Ausgang geführt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Dispersionskom­ pensation eines, über eine Glasfaser übertragenen optischen Signals mit einem Frequenzspektrum zusammengesetzt aus zwei Frequenzbändern f_H, f_L, wobei die Frequenzbänder auf je einen Mach-Zehnder-Arm aufgespalten, unterschiedliche Laufzeitver­ zögerungen erfahren und anschließend wieder zusammengeführt werden

Bei der Übertragung von optischen Signalen eines bestimmten Frequenzspektrums (einer bestimmten Bandbreite) über einen optischen Leiter großer Länge, zum Beispiel eine Glasfaser, kommt es aufgrund der frequenzabhängigen Ausbreitungsge­ schwindigkeit des Lichtes in den Glasfasern zu Dispersionser­ scheinungen, also einer Verzerrung der Eingangslichtimpul­ se/Eingangsbitfolge in Abhängigkeit von der Weglänge. Diese chromatische Dispersion der Glasfasern begrenzt die maximal überbrückbare Distanz bei den hochbitratigen Übertragungssy­ stemen. So erlauben zum Beispiel die gängigen Singlemode- Glasfasern mit einer Dispersion von 17 ps/nm.km bei einer Wellenlänge 1550 nm eine überbrückbare Distanz von nur noch 80-100 km in 10 Gbit/s-Systemen ohne Dispersionskompensation. Jede weitere Verdoppelung der Übertragungsbandbreite verrin­ gert die maximal überbrückbare Distanz grob um den Faktor 4. Für längere Übertragungsstrecken muß dann die Dispersion der Glasfaser entsprechend kompensiert werden.

Die bisher bekannten Methoden zur Dispersionskompensation sind aufgrund ihrer Bedeutung für die hochbitratigen Übertra­ gungssysteme sehr zahlreich. Sie lassen sich grob in elektro­ nische und optische Kompensationstechniken einteilen.

Unter den elektronischen Kompensationsverfahren findet man zunächst die Prechirp-Techniken. Sie beruhen auf der Erzeu­ gung eines negativen Frequenzchirps der Laserdiode und ermög­ lichen so eine entsprechende Vorkompensation. Des weiteren kann durch geeignete Modulationsverfahren wie Einseitenband­ modulation, Duobinärmodulation, etc. eine Verringerung der eingangsseitigen Bandbreite bei gleichbleibender Bitrate er­ zielt und somit die maximal überbrückbare Distanz vergrößert werden.

Die elektronischen Kompensationstechniken sind im allgemeinen recht umständlich und ihre Realisierung hängt von der zu übertragenden Bitrate ab. Ein weiteres Problem besteht darin, daß elektronische Kompensationstechniken nicht optisch trans­ parent sind.

Bei den optischen Kompensationsverfahren wird versucht, die Dispersion der Übertragungsstrecke durch eine entsprechende entgegengesetzte Dispersion des optischen Kompensationsele­ mentes möglichst vollständig nachzubilden. Bei optimaler Nachbildung der Dispersion, einschließlich der Dispersions­ therme höherer Ordnung, kann bei Vernachlässigung der nichtlinearen Effekte potentiell eine vollständige Kompensation erzielt werden.

Zur optischen Dispersionskompensation wurden spezielle dis­ persionskompensierende Fasern (Dispersion Compensating Fibers - DCF's) entwickelt, die in den optischen Übertragungssyste­ men nun weitgehend eingesetzt werden. Hier durchläuft eine Bitfolge entweder vor oder nach dem eigentlichen dispersiven Übertragungsstreckenabschnitt die entsprechend dimensionierte DCF. Mit den zur Zeit realisierten Dispersionswerten der DCF's braucht man zur Kompensation von 100 km Übertragungs­ strecke über Standard-Singlemodefasern eine DCF-Länge von un­ gefähr 15 km.

Diese DCF's sind zwar optisch transparent und erlauben eine Mehrkanalkompensation, sie leiden jedoch unter ihrer geringen Kompaktheit, haben eine nicht zu vernachlässigende Dämpfung und keine einstellbare Dispersion. Es muß daher für jede Übertragungsstrecke die Länge der DCF entsprechend neu ange­ paßt werden, was zusätzlich logistische Probleme mit sich bringt.

Eine andere optische Kompensationstechnik beruht auf den "ge­ chirpten" Bragg Gratings (faseroptisch oder integriert op­ tisch realisiert). Die "gechirpten" Bragg Gratings sind zwar einiges kompakter als die DCF's, sie arbeiten jedoch in Re­ flexion und müssen somit mit einem Zirkulator kombiniert wer­ den. Die Dispersionsbandbreite eines Gratings ist außerdem begrenzt und jeder einzelne Wellenlängenkanal muß gesondert kompensiert werden. Des weiteren sind über einen weiten Dis­ persionsbereich einstellbare Bragg Gratings nicht einfach zu realisieren, auch weil die Kompensationsbandbreite und der Reflexionskoeffizient von der eingestellten Dispersion abhän­ gen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Dispersionskompensati­ onsschaltungen integriert optisch in planarer Technologie, faseroptisch oder volumenoptisch mit Hilfe von interferome­ trischen Konfigurationen zu realisieren. Die interferometri­ schen Konfigurationen beruhen auf der Anwendung von asymme­ trischen Mach-Zehnder Interferometern, Ringresonatoren oder den Fabry-Perot Resonatoren.

Bezüglich der oben beschriebenen Kompensationstechniken be­ treffend Mach-Zehnder wird auf die Schriften

• - K. Takiguchi, K. Okamoto and K. Moriwaki, "Planar Lightwa­ ve Circuit Dispersion Equalizer", J. Lightwave Technol., vol. 14, pp. 2003-2011, 1996;
• - K. Takiguchi, S. Kawanishi, H. Takara, A. Himeno. K. Hat­ tori, "Dispersion Slope Equalizer for Dispersion Shifted Fiber Using a Lattice-Form Programmable Optical Filter on a Planar Lightwave Circuit", J. Lightwave Technol., vol. 16, pp. 1647-1656, 1998; und
• - K. Jinguji, M. Kawachi, "Synthesis of Coherent Two-Port Lattice-Form Optical Delay-Line Circuit", J. Lightwave Technol., vol. 13, pp. 73-82, 1995;

betreffend Ringresonatoren und Fabry-Perot auf

• - C. K. Madsen, G. Lenz, 'Optical All-Pass Filters for Phase Response Design with Applications for Dispersion Compensati­ on", IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10, pp. 994-996, 1998 verwiesen und deren Offenbarungsgehalt vollinhaltlich über­ nommen.

Das technische Problem der oben genannten interferometrischen Strukturen besteht darin, daß sie ohne Kaskadierung nur eine sehr begrenzte Dispersionskompensation bei gleichzeitig ge­ forderter großer Dispersionsbandbreite ermöglichen. Die hier­ zu notwendige Kaskadierung führt wiederum unweigerlich zu ei­ ner zunehmend schwieriger zu realisierenden und komplexeren Struktur.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dispersionskompen­ sator und ein Verfahren zur Dispersionskompensation zu fin­ den, welches/welcher hohe Dispersionswerte bei gleichzeitig hoher Bandbreite ohne Kaskadierung mehrerer Filterstufen kom­ pensieren kann. Des weiteren soll die Erfindung es ermögli­ chen, einstellbare Dispersionswerte zu erzeugen.

Die Aufgabe wird durch die beiden unabhängigen Patentansprü­ che 1 und 2 gelöst.

Mit dieser Erfindung schlägt der Erfinder eine Struktur vor, welche eine hohe Dispersionskompensation bei beliebig großer Dispersionsbandbreite ohne Kaskadierung von mehreren Filter­ stufen ermöglicht. Sie beruht darauf, die beiden Teilsignale eines asymmetrischen Mach-Zehnders trotz bestehender Kohärenz ohne Interferenzbildung zusammenzuführen. Dies ist dann mög­ lich, wenn die beiden Signale bei der Signalrekombination zu­ einander orthogonal polarisiert sind.

Entsprechend diesem Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder vor, einen optischen Dispersionskompensator, vorzugsweise zur Verwendung vor einer optischen Übertragungsstrecke oder im Anschluß an eine optische Übertragungsstrecke, mit mindestens einem optischen Eingang, mindestens einem Frequenzdemultiple­ xer (FDM), welcher eingehende Signale mit einem Eingangsspek­ trum in zwei Frequenzbänder f_L und f_H zerlegt und zwei Über­ tragungsstrecken (Mach-Zehnder-Arme) unterschiedlicher opti­ scher Länge, denen je ein Frequenzband (f_L, f_H) zugeführt wird, wobei der optisch längere Mach-Zehnder-Arm als Verzöge­ rungsleitung dient, und anschließend mindestens eine Fre­ quenzrekombinationseinheit, in der die beiden spektral zer­ legten Signale rekombiniert und zu mindestens einem optischen Ausgang geführt werden, dahingehend zu verbessern, daß in mindestens einem Mach-Zehnder-Arm ein Polarisationskonverter vorgesehen ist. Aus bautechnischen Erwägungen handelt es sich hierbei vorzugsweise um den Mach-Zehnder-Arm mit der kürzeren optischen Länge.

Erfindungsgemäß kann dieser Dispersionskompensator sowohl vor als auch nach einer optischen Datenübertragungsstrecke ange­ bracht werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Dispersionskompensators sieht vor, daß der Multiplexer in Form eines TE/TM-Polarisa­ tionskombiner realisiert wird. Dies ist dann möglich, wenn die beiden orthogonal zugeführten Rekombinationssignale gemäß den jeweiligen Hauptachsen (TE und TM) polarisiert sind. In diesem Fall findet die Zusammenführung der beiden Signale theoretisch ohne 3 dB Leistungsverlust (3 dB Power Penalty) statt. Alternativ kann auch ein 3 dB-Koppler verwendet werden, der dann allerdings den genannten Leistungsverlust bedingt.

Zusätzlich kann der Dispersionskompensator so ausgestaltet werden, daß mindestens ein Mach-Zehnder-Arm, vorzugsweise der Arm mit der längeren optischen Länge und/oder ohne Polarisa­ tionskonverter, in mindestens zwei Teilstrecken (im allgemei­ nen Fall in N-Teilstrecken) aufgespalten ist, wobei ein an­ steuerbarer 1 × N-Schalter, ein ansteuerbarer N × 1-Schalter und N-Teilstrecken zwischen den Schaltern vorgesehen sind. Hier­ durch wird erreicht, daß die Verzögerungszeit des Teilfre­ quenzbandes und damit die erzielbare Dispersion einstellbar wird.

In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dispersionskom­ pensators kann, ohne andere Varianten auszuschließen, der 1 × N-Schalter und N × 1-Schalter zum Beispiel thermo-optisch oder elektro-optisch betrieben werden.

Falls am Eingang des Kompensators kein linear polarisierter Polarisationszustand vorliegt oder ein linear polarisierter Eingangszustand vorliegt, der nicht mit den Hauptachsrichtun­ gen der Wellenleiter des Kompensators übereinstimmt, und gleichzeitig die Wellenleiter des Kompensators anisotrop aus­ gebildet sind, sind die beiden Signale mit den unterschiedlichen Frequenzbändern bei ihrer Zusammenführung nicht mehr or­ thogonal polarisiert.

Um in diesem Fall die Orthogonalität wiederzugewinnen wird weiterhin in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß in mindestens einer Übertragungsstrecke des Mach-Zehnders ein schnell regelbarer TE/TM-Phasenschie­ ber, vorzugsweise hinter dem Polarisationskonverter, angeord­ net wird. Hierdurch kann durch geeignete Ansteuerung des TE/TM-Phasenschiebers im Falle anisotoper Wellenleiter die Orthogonalität der Rekombinationssignale bei ihrer Zusammen­ führung sicher gestellt werden.

Soll der Dispersionskompensator nach einer optischen Signal­ strecke eingesetzt werden, so kann es sinnvoll oder sogar er­ forderlich sein, den in den Dispersionskompensator eingehen­ den Polarisationszustand zu linearisieren. Dies kann durch Einsatz eines Polarisationsstellers vor dem Dispersionskom­ pensator geschehen. Dieser Polarisationssteller kann hierbei durch einen eingangsseitigen TE/TM-Teiler und eine ausgangs­ seitige Frequenzrekombinationseinheit (Multiplexer) reali­ siert werden, wobei einer der beiden Mach-Zehnder-Arme mit einem Polarisationskonverter und einer der beiden Mach- Zehnder mit einem schnell regelbaren Phasenschieber ausge­ stattet ist.

In einer anderen Ausführungsform der Signalstrecke wird der Polarisationssteller mit einem eingangsseitigen bipolaren Po­ larisationskonverter und Moden-Sortierer und einer ausgangs­ seitiger Frequenzrekombinationseinheit (Multiplexer) reali­ siert, wobei auch hier einer der beiden Mach-Zehnder Arme ei­ nen schnell regelbaren Phasenschieber benötigt.

Bei Anbringen des Dispersionskompensationselementes nach der Übertragungsstrecke besteht weiterhin die Möglichkeit, vor dem Kompensator einen schnellen Polarisationsscrambler und anschließend einen TE-Moden- oder TM-Moden-Polarisator anzubringen. Dies ermöglicht ebenfalls einen homogenen linearen Eingangspolarisationszustand in den Kompensator, eine zusätz­ liche 3 dB Power Penalty muß hierbei in Kauf genommen werden.

Weiterhin schlägt der Erfinder entsprechend seinem Erfin­ dungsgedanken auch ein Verfahren zur Dispersionskompensation eines, über eine Glasfaser übertragenen optischen Signals mit einem Frequenzspektrum, zusammengesetzt aus zwei Frequenzbän­ dern fH, fL, wobei die Frequenzbänder auf je einen Mach-Zehn­ der-Arm aufgespalten, unterschiedliche Laufzeitverzögerungen erfahren und anschließend wieder zusammengeführt werden vor, welches sich dadurch auszeichnet, daß die beiden Frequenzbän­ der bei der Zusammenführung orthogonal zueinander polarisiert sind.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß der Kompensator faser­ optisch, volumenoptisch und/oder integriert optisch reali­ siert werden kann. Hierbei ist selbstverständlich darauf zu achten, daß die verwendeten Bauelemente keine zusätzlichen Verdrehungen der Polarisationszustände erzeugen.

Weitere Merkmale und besondere Ausführungsbeispiele der Er­ findung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfol­ genden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. 1: Elementare Funktionen eines (integriert opti­ schen, faseroptischen oder volumenoptischen) Dis­ persionskompensators, basierend auf einem Fre­ quenzdemultiplexer, einem asymmetrischen Mach- Zehnder und einer Frequenzrekombinationseinheit (= Multiplexer) (Stand der Technik);

Fig. 2: Dispersionskompensation durch Kaskadierung asym­ metrischer Mach-Zehnder Interferometer (Stand der Technik);

Fig. 3: Dispersionskompensation in Analogie zu Fig. 1, jedoch zusätzlich mit Einbau eines Polarisations­ konverters in einem der beiden Interferometerar­ me;

Fig. 4: Dispersionskompensation wie in Fig. 3, jedoch mit einstellbarer Verzögerungsleitung für das f_H- Spektralband;

Fig. 5: Dispersionskompensation wie in Fig. 4, jedoch erweitert durch einen TE/TM-Phasenschieber zur Kompensation doppelbrechender Wellenleiter bei beliebigem homogenen elliptischen Eingangspolari­ sationszustand;

Fig. 6a: Dispersionskompensation wie in Fig. 4, jedoch mit vorgeschaltetem Polarisationssteller;

Fig. 6b: Weitere Version der Dispersionskompensation wie in Fig. 4 mit vorgeschaltetem Polarisationsstel­ ler;

Fig. 7: Dispersionskompensation wie in Fig. 4, jedoch erweitert durch einen vorgeschalteten Polarisati­ onsscrambler mit anschließendem TE-Polarisator.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte Anordnung zur Dispersionskompensation mit Hilfe eines asymmetrischen Mach- Zehnder-Interferometers mit einem Eingang 15 und zwei Ausgän­ gen (Output1 und Output2) bei 16. Die zur Dispersionskompen­ sation notwendigen elementaren Funktionen wie die spektrale Zerlegung des Signals mit Hilfe eines Frequenzdemultiplexers (= FDM = Frequency division multiplexer) 1, die spektralab­ hängige Zeitverzögerung ΔL(Δτ) und die Signalrekombination im Multiplexer 3 sind bei einer integrierten Realisierung auf einem gemeinsamen Ausgangssubstrat realisiert.

In diesem Beispiel nach Fig. 1 wird das eingangsseitige Fre­ quenzspektrum f_L, f_H des Signals durch den FDM 1 in zwei Frequenzbänder f_H (f_H = high frequencies = hohe Frequenzen) und f_L (f_L = low frequencies = niedrige Frequenzen) auf die beiden Mach-Zehnder-Arme 4.1 und 4.2 aufgeteilt. Wie die Fig. 1 ebenfalls zeigt, ist zum exakten Phasenabgleich in einem der Interferometerarme zusätzlich ein einstellbarer Phasenschie­ ber 2 zur Justierung des Phasenunterschiedes Δϕ notwendig, welcher etwa auf dem thermo-optischen oder elektro-optischen Effekt beruhen kann. Anschließend werden die getrennten Si­ gnale über einen Multiplexer 3 wieder zusammengeführt.

Diese Konfiguration stellt eine Filterstufe dar. Es darf sich die Phasenbeziehung der im Multiplexer 3 interferierenden Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz nicht zu stark verän­ dern, um die gewünschte Kompensationsbandbreite ohne große Intensitäts- und Zeitverzögerungsripple realisieren zu kön­ nen. Diese Anforderung begrenzt jedoch die maximal erreichba­ re Verzögerungszeit Δτ und damit die Dispersion pro Filter­ stufe.

Eine große Dispersionskompensation über eine große Brandbrei­ te kann infolgedessen nur durch eine Kaskadierung von mehre­ ren asymmetrischen Mach-Zehndern (Filterstufen) realisiert werden. Eine solche im Stand der Technik übliche Realisierung ist in der Fig. 2 gezeigt. Hier sind die einzelnen asymme­ trischen Mach-Zehnder-Interferometer durch direktionale Kopp­ ler 5 miteinander verbunden und erfüllen gleichzeitig die Funktionen des Frequenzmultiplex, der frequenzabhängigen Ver­ zögerung und des Frequenzdemultiplex.

Durch die Kaskadierung wird eine sukzessive kohärente Überla­ gerung der Wellenanteile der beiden Interferometerarme er­ zeugt. Je größer die erwünschte Dispersionskompensation bei gleichzeitig großer Bandbreite ist, desto mehr Kaskadierungs­ stufen sind erforderlich. Die Realisierung wird somit zuneh­ mend schwieriger, zumal die optische Weglänge beziehungsweise die Phase eines jeden Interferometers beziehungsweise einer jeden Filterstufe dabei exakt kontrolliert werden muß. Dies kann etwa durch einen thermo-optischen Phasenschieber gesche­ hen. Konfigurationen mit quasi beliebig einstellbaren Kompen­ sationswerten, eventuell durch einstellbare Koppler, sind denkbar, erhöhen jedoch nochmals die Komplexität.

Die Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau eines opti­ schen Dispersionskompensators in Analogie zu Fig. 1, wobei jedoch zusätzlich ein Polarisationskonverter 6 im Mach-Zehn­ der-Arm 4.1 (Interferometerarme) eingesetzt ist. Ziel ist es, eine Signalrekombination zweier Frequenzbänder zu erreichen, ohne daß es aufgrund ihrer orthogonalen Polarisationszustände zu einer Interferenzbildung kommt. Durch entsprechende Dimen­ sionierung von ΔL ( = Längenunterschied der Mach-Zehnder-Arme) können hierbei beliebig große Zeitverzögerungen Δτ des Fre­ quenzbandes f_H erzielt werden, und dies bei gleichzeitig be­ liebig großer Gesamtbandbreite des Signals f_L + f_H.

Die Anordnung besteht zunächst aus dem Frequenzdemultiplexer (FDM) 1, welcher das Eingangsspektrum in zwei Frequenzbänder f_L und f_H zerlegt. Idealerweise besitzt der FDM 1 einen rechteckigen Frequenzgang, d. h. mit möglichst steil abfallen­ den Flanken. Im nachfolgenden asymmetrischen Mach-Zehnder- Interferometer erfahren die zwei Frequenzbänder f_L und f_H ei­ ne unterschiedliche Laufzeitverzögerung. Bei isotropen und gleichzeitig polarisationserhaltenden Wellenleitern, wie es zum Beispiel mit einer integrierten optischen Realisierungs­ form grundsätzlich möglich ist, kann der Polarisationsein­ gangszustand, wie in Fig. 3 eingezeichnet, eine beliebige El­ lipse besitzen. Die Polarisationszustände sind durch die Aus­ bildung der dargestellten Ellipsen angegeben. Der Polarisati­ onskonverter wandelt dann das Signal des Mach-Zehnder-Armes 4.1 aus einem beliebig elliptisch polarisiertem Zustand in ein hierzu orthogonales elliptisch polarisiertes Signal um. Anschließend wird dieses Signal mit dem zeitverzögerten Si­ gnal aus dem Mach-Zehnder-Arm 4.2 im Multiplexer 3 zusammen­ geführt.

Dieser Multiplexer 3, in dem die beiden Frequenzbänder zusam­ mengeführt und wieder überlagert werden, kann in einer einfa­ chen Realisierung etwa aus einem breitbandigen 3 dB-Koppler bestehen, wodurch ein zusätzlicher Leistungsverlust von etwa 3 dB zu verzeichnen ist. In diesem Fall kann ein Ausgang des Multiplexers 3 als Monitorausgang verwendet werden. Dieser kann dazu dienen, die Ausgangsleistung zu überwachen.

Besteht, wie in Fig. 3 dargestellt, die Konfiguration aus isotropen Wellenleitern, so ist zu ihrer korrekten Funktions­ weise ein beliebiger elliptischer Polarisationszustand des Eingangssignals zulässig, wobei die Ellipse über die gesamte Kanalbandbreite möglichst identisch sein sollte. Bei einem linearen und achsenidentischen Eingangspolarisationszustand kann der Multiplexer durch einen TE/TM-Polarisationskombiner realisiert werden, was eine Zusammenführung der Signale ohne 3 dB Leistungsverlust möglich macht.

Die Dispersion der Übertragungsstrecke wird bei schwach- oder nichtdispersiven Wellenleitern durch die zweistufige Zeitver­ zögerung nur grob angenähert, was jedoch zu einer wesentli­ chen Verbesserung des Signals führen kann. Durch geeignete Dimensionierung der Verzögerungsleitung ΔL kann eine belie­ big große zweistufige Zeitverzögerung Δτ ohne Kaskadierung erzielt werden, was insbesondere bei großen Kompensationswer­ ten eine erhebliche Vereinfachung bedeutet. Des weiteren kommt die Anordnung ohne einen einstellbaren Phasenschieber aus. Damit benötigt die Konfiguration bei fest eingestelltem FDM, Polarisationskonverter und Multiplexer keine weitere Nachregelung.

Soll die Dispersion der Übertragungsstrecke ideal nachgebil­ det werden, so kann versucht werden, in den Mach-Zehnder- Armen eigens hierfür zu entwickelnde dispersive Wellenleiter einzusetzen.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante der in Fig. 3 dargestellten Struktur mit einstellbarer Zeitverzögerung. Hierfür werden im Mach-Zehnder-Arm 4.2 zwei einstellbare Schalter 7 und 8 ein­ gefügt, welche je nach Ansteuerung das f_H-Spektralband auf eine entsprechende Verzögerungsleitung unterschiedlicher Län­ ge 4.2.1 . . . . 4.2.N legt. Die Schalter können beispielsweise thermo-optisch oder elektro-optisch angesteuert werden. Auch in dieser Anordnung ist ein eventueller Phasenschieber zum exakten Phasenabgleich nicht notwendig.

Die in Fig. 4 gezeigte Konfiguration erfordert in Analogie zu Fig. 3 zu ihrer korrekten Funktionsweise idealerweise entweder einen identischen, homogenen Eingangspolarisations­ zustand über die gesamte Kanalfrequenzbandbreite und gleich­ zeitig isotrope Wellenleiter, oder einen linearen TE- oder TM-Eingangspolarisationszustand bei beliebig anisotropen Wellenleitern. Die Konfigurationen nach den Fig. 3 und 4 empfehlen sich deshalb insbesondere gut zur Dispersionskom­ pensation vor der Übertragungsstrecke, etwa direkt nach dem Sendelaser mit seinem definierten, linearen Polarisationszu­ stand.

Kann die Anordnung nach Fig. 4 nur mit anisotropen Wellen­ leitern realisiert werden, so ist bei einem beliebigen, homo­ genen elliptischen Eingangspolarisationszustand der Einsatz eines einstellbaren TE/TM-Phasenschiebers 9 in einem der bei­ den Mach-Zehnder-Arme zur korrekten Funktion des Dispersions­ kompensators notwendig. Dieser kann, wie Fig. 5 zeigt, bei­ spielsweise nach dem Polarisationskonverter 6 angeordnet sein und stellt die Orthogonalität der beiden Interferometersigna­ le in den Mach-Zehnder-Armen 4.1 und 4.2 bei ihrer Zusammen­ führung sicher. Der TE/TM-Phasenschieber 9 muß hierbei die akkumulierte Anisotropiedifferenz der beiden Mach-Zehnder- Arme kompensieren.

Für den allgemeinen Fall anisotroper Wellenleiter des Disper­ sionskompensators kann der Eingangspolarisationszustand auch durch einen zusätzlichen vorgeschalteten Polarisationssteller so gedreht werden, daß er linear polarisiert ist und gleich­ zeitig mit einer der Wellenleiterachsen des Dispersionskom­ pensators übereinstimmt.

Eine solche Ausführung kann insbesondere bei Einsatz des er­ findungsgemäßen Dispersionskompensators nach einer Übertra­ gungsstrecke angezeigt sein. In Ergänzung zu den in der Lite­ ratur bekannten Ausführungen zeigen die Fig. 6a und 6b zwei hierfür mögliche Konfigurationen.

Der Polarisationssteller 17 der Anordnungen nach den Fig. 6a, 6b regelt den Polarisationszustand so, daß er mit den Hauptachsen der Wellenleiter des nachfolgenden Dispersions­ kompensators 18 übereinstimmt (TE- oder TM-Polarisation). Die Hauptachsen der Wellenleiter des nachfolgenden Dispersions­ kompensators 18 dürfen somit eine beliebige Anisotropie auf­ weisen. Die Polarisationssteller 17 der Fig. 6a, 6b können gleichzeitig in beschränktem Maß zur Kompensation der Polari­ sationsmodendispersion dienen.

Als weitere Variante für eine Anwendung der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Konfigurationen nach der Übertragungsstrecke wäre der Einsatz eines vorgeschalteten schnellen Polarisati­ onsscramblers 13 mit nachfolgendem TE- oder TM-Polarisator 14 denkbar. Die Wellenleiter 4.1, 4.2 des Dispersionskompensa­ tors 18 dürfen in diesem Fall eine beliebige Anisotropie auf­ weisen, da der Eingangspolarisationszustand der Lichtwelle durch den vorgeschalteten Polarisator 14 in einer der Haupt­ achsrichtungen (TE oder TM-Polarisation) orientiert ist. Der Polarisationsscrambler 13 wird entweder am Streckeneingang oder direkt vor dem Kompensationselement mit dem vorgeschal­ tetem Polarisator eingesetzt. Der Polarisator sollte auf je­ den Fall direkt vor dem eigentlichen Kompensatorelement ein­ gesetzt werden.

Als Beispiel zeigt Fig. 7 eine Konfiguration mit einem di­ rekt vor dem Dispersionskompensator 18 vorgeschalteten Pola­ risationsscrambler 13 und TE-Polarisator 14.

Bei dieser Konfiguration mit Polarisationsscrambler und an­ schließendem Polarisator muß ein zusätzlicher Leistungsver­ lust von 3 dB in Kauf genommen werden.

Sämtliche beschriebene Konfigurationen können, in Abhängig­ keit von der Beschaffenheit der Übertragungsstrecke, für Ein­ kanal- oder Mehrkanalkompensation verwendet werden. Die Rea­ lisierung der Konfigurationen kann entweder integriert op­ tisch (auf einem gemeinsamen Substrat in integrierter oder hybrider Form), faseroptisch oder mit Hilfe von mikroopti­ schen (volumenoptischen) Bauteilen erfolgen.

Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren zur Dispersions­ kompensation und einen Dispersionskompensator zur Durchfüh­ rung des Verfahrens, wobei ein optisches Signal in zwei Fre­ quenzbänder f_H und f_L und auf zwei Mach-Zehnder-Arme aufge­ spalten wird, dort unterschiedliche Laufzeitverzögerungen er­ fährt und die Frequenzbänder anschließend wieder zusammenge­ führt werden und dabei orthogonal zueinander polarisiert sind.

Insgesamt wird durch diese Erfindung ein Dispersionskompensa­ tor und ein Verfahren zur Dispersionskompensation zur Verfü­ gung gestellt, welches/welcher hohe Dispersionswerte bei gleichzeitig hoher Bandbreite ohne Kaskadierung mehrerer Fil­ terstufen kompensieren kann. Des weiteren ermöglicht es die Erfindung, auch einstellbare Dispersionswerte zu erzeugen.

Claims (12)

1. Optischer Dispersionskompensator, vorzugsweise zur Ver­ wendung vor einer optischen Übertragungsstrecke oder im Anschluß an eine optische Übertragungsstrecke, mit min­ destens einem optischen Eingang (15), mindestens einem Frequenzdemultiplexer (FDM) (1), welcher eingehende Si­ gnale mit einem Eingangsspektrum in zwei Frequenzbänder f_L und f_H zerlegt und zwei Übertragungsstrecken (Mach- Zehnder-Arme) (4.1, 4.2) unterschiedlicher optischer Länge, denen je ein Frequenzband (f_L, f_H) zugeführt wird, wobei der optisch längere Mach-Zehnder-Arm als Verzögerungsleitung (4.2) dient und anschließend minde­ stens eine Frequenzrekombinationseinheit (3), in der die beiden spektral zerlegten Signale rekombiniert und zu mindestens einem optischen Ausgang (16) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Mach-Zehnder-Arm ein Polarisationskonverter (6) vorgese­ hen ist.

2. Dispersionskompensator gemäß den voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzrekom­ binationseinheit als TE/TM-Polarisationskombiner oder 3 dB-Koppler ausgebildet ist.

3. Dispersionskompensator gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mach-Zehnder-Arm (4.2) in mindestens zwei Teilstrecken (4.2.1 . . . 4.2.N) aufgespalten ist, wobei ein ansteuerbarer 1 × N-Schalter (7), ein ansteuer­ barer N × 1-Schalter (8) und N-Teilstrecken (4.2.1 . . . 4.2.N) zwischen den Schaltern vorgesehen sind.

4. Dispersionskompensator gemäß dem voranstehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 1 × N-Schalter (7) und der N × 1-Schalter (8) eine thermo-optische oder elektro-optische Ansteuerung aufweisen.

5. Dispersionskompensator gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Mach-Zehnder-Arm (4.1) ein TE/TM-Pha­ senschieber (9), vorzugsweise hinter dem Polarisations­ konverter (6), vorgesehen ist.

6. Optische Signalstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dispersionskompensator (18) gemäß einem der vor­ anstehenden Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen ist und ein­ gangsseitig des Dispersionskompensators (18) ein Polari­ sationssteller (17) vorgeschaltet ist.

7. Optische Signalstrecke gemäß dem voranstehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Polarisations­ steller (17) zwei Mach-Zehnder-Arme (19.1, 19.2) vorge­ sehen sind, wobei in mindestens einem der Mach-Zehnder- Arme (19.1, 19.2) ein Phasenschieber (9) vorgesehen ist.

8. Optische Signalstrecke gemäß dem voranstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Mach- Zehnder-Arme (19.1, 19.2) des Polarisationsstellers (17) zwischen einem eingangsseitigen TE/TM-Teiler (11) und einer ausgangsseitiger Frequenzrekombinationseinheit (Multiplexer) (3) angeordnet sind.

9. Optische Signalstrecke gemäß dem voranstehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Mach-Zehnder-Arme (19.1, 19.2) des Polarisations­ stellers (17) mit einem Polarisationskonverter (6) aus­ gestattet ist.

10. Optische Signalstrecke gemäß dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mach-Zehn­ der-Arme (19.1, 19.2) des Polarisationsstellers (17) zwischen einem eingangsseitigen bipolaren Polarisations­ konverter und Moden-Sortierer (12) und einer ausgangsseitiger Frequenzrekombinationseinheit (Multiplexer) (3) angeordnet sind.

11. Optische Signalstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dispersionkompensator (18) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 4 vorgesehen ist, welchem eingangsseitig ein Polarisationsscrambler (13) und ein TE- oder TM- Moden-Polarisator (14) vorgesehen ist.

12. Verfahren zur Dispersionskompensation eines, über eine Glasfaser übertragenen optischen Signals mit einem Fre­ quenzspektrum zusammengesetzt aus zwei Frequenzbändern f_H und f_L, wobei die Frequenzbänder auf je einen Mach- Zehnder-Arm (4.1, 4.2) aufgespalten, unterschiedliche Laufzeitverzögerungen erfahren und anschließend wieder zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Frequenzbänder bei der Zusammenführung orthogonal zueinander polarisiert sind.