DE102008036960A1 - Nachrichtenübertragungssystem und Wellenlängenkonverter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Wellenlängenkonverter, der zwei optische Fasern miteinander verbindet, die erfindungsgemäß unterschiedliche Übertragungseigenschaften aufweisen, die jeweils unterschiedliche Bereiche der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung aufweisen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem mit einem Wellenlängenkonverter, der zwei optische Fasern miteinander verbindet. Ferner betrifft die Erfindung einen Wellenlängenkonverter mit einem Wellenleiterkombinierer, einer damit verbundenen Pumplichtquelle und einem optisch nichtlinearem Medium.
• Die Bedeutung von optischen Nachrichtenübertragungssystemen wächst zusehends, denn gegenüber den herkömmlichen – meist aus Stromleitern aufgebauten Systemen – sind optische Nachrichtensysteme universell und äußerst flexibel einsetzbar, kosteneffizient, umweltschonend und gesundheitsneutral.
• Als Medium für die Datenübertragung in optischen Netzwerken werden in der Regel Glasfasern verwendet, die sich insbesondere zur Übertragung von Daten über weite Strecken eignen, da Glasfasern vor allem bei Wellenlängen von 1300 nm bis 1700 nm nur eine geringe Dämpfung von ca. 0,25 dB/km aufweisen (vgl. 1). Demgegenüber hat sich für die Kurzstreckenübertragung, wie beispielsweise im Automobilbereich, die Verwendung von polymeroptischen Fasern (POF) aufgrund ihres einfachen Handlings und ihrer verhältnismäßig kostengünstigen Herstellung durchgesetzt. Leider weisen derzeit bekannte POF eine hohe wellenlängenabhängige Dämpfung auf, die im geringsten Fall, nämlich zwischen 400 nm und 700 nm ca. 120 dB/km beträgt (vgl. 1). Dadurch sind die bekannten POF für die Fernübertragung von optischen Signalen ungeeignet.
• Um in einem optischen Nachrichtenübertragungssystem Daten auf verschiedenen Kanälen übertragen zu können, sind Wellenlängenkonverter entwickelt worden, die ein Lichtsignal von einer Wellenlänge λ₁ auf eine andere Wellenlänge λ₂ abbilden. Diese Wellenlängenänderungen sind sehr gering und betragen oft nur wenige Nanometer.
• Beispielsweise wird in der DE 4411381 A1 ein optischer Wellenlängenkonverter zur Umwandlung einer optischen Eingangswellenlänge in zwei voneinander verschiedene optische Ausgangswellenlängen vorgeschlagen. Dazu weist der Wellenlängenkonverter ein Eingangtor zum Einkoppeln der Eingangswellenlänge und einer von der Eingangswellenlänge abweichenden Pumpwellenlänge auf. Ferner ist ein Ausgangstor zum Auskoppeln der Ausgangswellenlänge aufweisenden optischen Verstärker aus einem ein durch eine von der Einganswellenlänge und der Pumpwellenlänge abweichenden Verstärkerpumpwellenlänge anregbares laseraktives Material mit nichtlinearer Suszeptibilität dritter Ordnung (χ⁽³⁾) aufweisenden optischen Wellenleiter vorgesehen, in welchem die beiden Ausgangswellenlängen durch Vierwellenmischung in Abhängigkeit von der Eingangswellenlänge und der Pumpwellenlänge entstehen. Der optische Wellenleiter soll aus einem planaren Streifenwellenleiter bestehen. Der beschriebene Wellenleiterkonverter nutzt Effekte in einem optisch nichtlinearen Medium, das eine nichtlineare Suszeptibilität dritter Ordnung (χ⁽³⁾) aufweist, worin also kubisch nichtlineare Effekte auftreten. Die Wellenlängenkonversionen der Ausgangswellenlängen mit den Frequenzen f_a1 und f_a2 ergeben sich dann im Frequenzraum durch f_a1 = 2f_s – f_p und f_a2 = 2f_p – f₂, wobei f_s der Frequenz des Einganssignals und f_p der Frequenz des Pumplichtes entspricht. Mittels des beanspruchen Wellenlängenkonverters soll eine Wellenlängenkonversion von 4 nm oder 10 nm durchführbar sein.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein optisches Nachrichtenübertragungssystem zu schaffen, welches sowohl für die Langstreckenübertragung als auch die Kurzstreckenübertragung von optischen Signalen geeignet ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung bekannte Wellenlängenkonverter derart weiterzuentwickeln, dass eine wesentlich größere Wellenlängenkonversion ermöglicht wird.
• Diese Aufgaben werden durch das Nachrichtensystem nach Anspruch 1 und den Wellenlängenkonverter nach Anspruch 8 gelöst.
• Das Nachrichtenübertragungssystem weist einen Wellenlängenkonverter auf, der zwei optische Fasern miteinander verbindet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die optischen Fasern unterschiedliche Übertragungseigenschaften aufweisen, die jeweils unterschiedliche Bereiche der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch denkbar, dass zwei Fasern aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass für die Fernübertragung von optischen Signalen eine Glasfaser verwendet wird, die vorzugsweise einen Bereich der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung zwischen 1300 nm und 1700 nm aufweist. Für die Übertragung der optischen Signale im Kurzstreckenbereich, wie beispielsweise in Häusern oder Firmen (der sog. Inhouse-Bereich), ist indes vorgesehen eine POF einzusetzen, die einen Bereich der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung zwischen 400 nm und 700 nm aufweist. Die POF kann beispielsweise aus PMMA bestehen.
• Der Wellenlängenkonverter, wie er bevorzugt in dem oben beschriebenen Nachrichtensystem verwendet wird, weist einen Wellenleiterkombinierer, eine damit verbundene Pumplichtquelle und ein optisch nichtlineares Medium auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wellenleiterkombinierer einen Input für einen ersten Wellenleiter (Inputwellenleiter) aufweist und das optisch nichtlineare Medium einen Output für einen Zweiten Wellenleiter (Outputwellenleiter) aufweist. Vorzugsweise besteht der Inputwellenleiter aus Glasfaser und/oder der Outputwellenleiter aus POF, vorzugsweise aus PMMA.
• Mittels des Wellenlängenkonverters werden die optischen Eingangssignale, die über die Glasfaser in den Wellenlängenkonverter geleitet werden, von der entsprechenden Trägerwellenlänge von ca. 1550 nm auf eine Wellenlänge von ca. 600 nm abgebildet. Die optischen Signale können dann optimal in der POF weitergeleitet werden. Durch diese Maßnahmen werden die Vorteile der Signalfernübertragung mittels Glasfaser mit den Vorteilen kombiniert, die eine POF bei der Kurzstreckenübertragung bietet. Demzufolge ist es nunmehr möglich ein komplettes optisches Nachrichtenübertragungssystem bereitzustellen ohne dabei zumindest teilweise auf die herkömmliche auf Stromleitern basierende Übertragung zurückgreifen zu müssen. Insbesondere die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten kann damit erheblich erhöht werden.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der die beiden optischen Fasern verbindende Wellenlängenkonverter einen Wellenleiterkombinierer aufweist, in dem die Nachrichtensignale der Glasfaser mit einem Pumplicht überlagert werden, wobei das Pumplicht vorzugsweise von einem Pumplaser mit einer Wellenlänge von (980 ± 100) nm erzeugt wird. Ferner weist der in dem Nachrichtenübertragungssystem angeordnete Wellenlängenkonverter ein optisch nichtlineares Medium auf, in welches das zu konvertierende Nachrichtensignal mit dem überlagerten Pumplicht geleitet wird, wobei das optisch nichtlineare Medium vorzugsweise Lithiumniobat (LiNbO₃) ist. In diesem nichtlinearen Medium treten quadratisch nichtlineare Effekte auf, so dass sich die Frequenz der Ausgangswelle f_a durch f_a = f_e + f_p ergibt (Summenfrequenzbildung). Bei einer Wellenlänge des Eingangssignals von 1550 nm und einer Wellenlänge des Pumplasers von 980 nm erhält man durch Summenfrequenzbildung eine Wellenlänge von 600,4 nm. Eingans- und Ausgangssignal weisen demnach eine Wellenlänge auf, die jeweils optimal an die Bedingungen der Ausbreitungsmedien (Glasfaser und POF) angepasst ist. Ein besonderer Vorteil der gewählten Wellenlängen besteht zudem auch darin, dass Pumplaser mit einer Wellenlänge von 980 nm weit verbreitet sind und demnach äußerst kostengünstig sind.
• Um mit dem vorgeschlagenen Nachrichtenübertragungssystem auch Nachrichten aus dem Inhouse-Bereich in die Fernübertragungsnetze einspeisen zu können, muss der Wellenlängenkonverter lediglich anders herum angeordnet werden, so dass die POF in den Wellenleiterkombinierer mündet und dort mit der Pumplichtquelle verbunden wird.
• Mit dem erfindungsgemäßen Wellenlängenkonverter können natürlich nicht nur spezielle Wellenlängen konvertiert werden, sondern vielmehr komplette Wellenlängenbereiche. So wird der bei optischen Übertragungssystemen bevorzugten Wellenlängenbereich von 1310 nm bis 1550 nm unter Verwendung einer Pumpwellenlänge von 980 nm auf den Wellenlängenbereich etwa 560 nm bis 600 nm abgebildet, was sehr gut mit den bevorzugten Wellenlängen der unterschiedlichen Materialien zusammenpasst.
• Eine konkrete Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
• 1 die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung bei einer Glasfaser (links) und bei einer POF (rechts) und
• 2 einen Wellenlängenkonverter als Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen optischen Fasern.
• Der Wellenlängenkonverter 1 besteht aus einem optisch nichtlinearen Medium 3 und einem Wellenleiterkombinierer 2, der mit einer Pumplichtquelle 4 über eine optische Faser 5 verbunden ist. In den Wellenleiterkombinierer 2 wird das optische Nachrichtensignal über die optische Faser 6 eingekoppelt und mit dem Pumplicht aus der Pumplichtquelle 4 überlagert. Anschließend erfolgt die Wellenlängenkonversion innerhalb des nichtlinearen Mediums 3, welches einen Output für eine optische Faser 7 aufweist, innerhalb der das konvertierte Signal weitergeleitet wird. Das optisch nichtlineare Medium 3 kann beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO₃) zusammengesetzt sein. Bei einem Übergang der Fernübertragung ist die optische Faser 6 eine Glasfaser, während die optische Faser 7 eine POF ist. Zum versenden von Nachrichten aus dem Inhouse-Bereich in das Fernübertragungsnetz ist die optische Faser 6 eine POF, während die optische Faser 7 eine Glasfaser ist.
• Die Glasfaser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie in dem Wellenlängenbereich von 1300 nm bis 1700 nm eine sehr geringe Dämpfung aufweist, was vor allem der 1 zu entnehmen ist. Die Durchschnittliche Dämpfung beträgt ca. 2,0 dB/km. Demgegenüber ist bei der POF der Bereich der geringsten wellenlängenabhängigen Dampfung zwischen 400 nm und 700 nm.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 4411381 A1 [0005]

Claims (11)

1. Nachrichtenübertragungssystem mit einem Wellenlängenkonverter (1), der zwei optische Fasern (6, 7) miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Fasern (6, 7) unterschiedliche Übertragungseigenschaften aufweisen, die jeweils unterschiedliche Bereiche der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung aufweisen.
2. Nachrichtenübertragungssignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser eine Glasfaser und die andere Faser eine polymeroptische Faser (POF) ist.
3. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der geringsten wellenlängenabhängigen Dämpfung bei der Glasfaser zwischen 1300 nm und 1700 nm und bei der POF zwischen 400 nm und 700 nm liegt.
4. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) einen Wellenleiterkombinierer (2) aufweist, in dem die Nachrichtensignale der Glasfaser mit einem Pumplicht überlagert werden, wobei das Pumplicht vorzugsweise von einem Pumplaser mit einer Wellenlänge von (980 ± 100) nm erzeugt wird.
5. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenkonverter (1) ein optisch nichtlineares Medium (3) aufweist, in welches das aus Nachrichtensignal und Pumplicht überlagerte Signal geleitet wird.
6. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem optisch nichtlinearen Medium (3) die polymeroptische Faser angeordnet ist, in die das resultierende Nachrichtensignal weitergeleitet wird.
7. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Medium (3) Lithiumniobat (LiNbO₃) ist.
8. Wellenlängenkonverter mit einem Wellenleiterkombinierer (2), einer damit verbundenen Pumplichtquelle (4) und einem optisch nichtlinearem Medium (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterkombinierer (2) einen Input für ein ersten Wellenleiter (6) (Inputwellenleiter) aufweist und das optisch nichtlineare Medium (3) einen Output für einen zweiten Wellenleiter (7) (Outputwellenleiter) aufweist.
9. Wellenlängenkonverter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Inputwellenleiter (6) eine Glasfaser ist und/oder Outputwellenleiter eine Polymeroptische Faser (POF) ist, die vorzugsweise aus PMMA besteht.
10. Wellenlängenkonverter nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtquelle (4) ein Pumplaser mit einer Wellenlänge von (980 ± 100) nm ist.
11. Wellenlängenkonverter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch nichtlineare Medium (3) Lithiumniobat (LiNbO₃) ist.