DE10252450A1

DE10252450A1 - Lichtwellenleiterkabel und Anordnung zur Übertragung von Daten mit einem Lichtwellenleiterkabel

Info

Publication number: DE10252450A1
Application number: DE10252450A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Dipl.-Ing. Abken (TU)
Original assignee: Norddeutsche Seekabelwerke GmbH
Current assignee: Norddeutsche Seekabelwerke GmbH
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-03-25
Also published as: DE10251975A1

Abstract

Es werden ein Lichtwellenleiterkabel und eine Anordnung zur Übertragung von Daten mit einem Lichtwellenleiterkabel angegeben, wobei zur Vermeidung eines bei Verstärkung der übertragenen Signale mittels Laserlicht auftretenden Laser-Bursts bereichsweise effektivere Lichtwellenleiter vorgesehen werden, die im Vergleich zu den sonst im Lichtwellenleiterkabel verwendeten Lichtwellenleitern einen größeren effektiven Querschnitt aufweisen. Das Lichtwellenleiterkabel und die Anordnung eignen sich besonders für Seekabel (12) und unter Verwendung derselben hergestellten Seekabelstrecken.

Description

Die Endung betrifft ein Lichtwellenleiterkabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zur Übertragung von Daten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Lichtwellenleiterkabel und deren Verwendung zur Übertragung von Signalen und dadurch kodierten Daten sind allgemein bekannt. Ab einer gewissen Länge eines Lichtwellenleiterkabels ist eine Verstärkung der übermittelten Signale erforderlich. Dies ist dadurch bedingt, dass in den Lichtwellenleitern eines Lichtwellenleiterkabels eine Dämpfung der Lichtsignale mit dem zurückgelegten Weg eintritt.

Im Lichtwellenleiterkabel ist daher ein Verstärker an einer Stelle angeordnet, an der der Pegel der übertragenen Signale einen kritischen Wert unterschreitet. Als Verstärker dienen besondere Lichtleitfasern, die im Seekabel an der Stelle der üblichen Lichtwellenleiter angeordnet sind. Bei den besonderen Lichtleitfasern handelt es sich um Erbium dotierte Fasern (EDF), also Lichtwellenleiter, welche die mit dem Licht eines Pumplasers eingestrahlte Energie aufnehmen und zur Signalverstärkung wieder abgeben können. Der Pumplaser ist bei einem sich zwischen einer Sende- und einer Empfangsstation erstreckenden Lichtwellenleiterkabel in der Regel in der Empfangsstation angeordnet und strahlt in diesem Fall Laserlicht gegen die Richtung des Signalflusses in das Lichtwellenleiterkabel.

Bei einer solchen Signalverstärkung, insbesondere einer zu hohen Verstärkung, beobachtet man unerwünschte Störimpulse, im Folgenden als „Laser-Bursts" bezeichnet, die durch ein Anschwingen des Systems (optische Schwingungen) entstehen. Zur Vermeidung der Laser-Bursts ist es bekannt, in Richtung des Signalflusses vor dem Verstärler einen optischen Isolator anzuordnen.

Nachteilig bei dieser bekannten Lösung zur Vermeidung oder Reduzierung des Laser-Bursts ist jedoch, dass ein solcher Isolator hinsichtlich seines räumlichen Durchmessers größer ist als der räumliche Durchmesser des Lichtwellenleiterkabels. Ein solcher Isolator muss daher in einer sogenannten Kabelmuffe untergebracht und mit dem Lichtwellenleiter über Glasfaserspleiße verbunden werden. Derartige Kabelmuffen für den Einsatz in Seekabel-Übertragungsstrecken sind in der Herstellung kostenträchtig, führen bei der Legung des Kabels zu erhöhtem Aufwand und stellen prinzipiell eine Schwachstelle im Hinblick auf Störungen dar. Der Isolator kann bisher nur dann vermieden werden, wenn mit geringerer Laserenergie gearbeitet wird. Geringere Laserenergie bedingt jedoch geringere Signalverstärkung und damit Verschlechterung der Übertragungseigenschaften des Lichtwellenleiterkabels. Eine geringere Signalverstärkung kann im Extremfall dazu führen, dass bestimmte Distanzen, z.B. eine Distanz zwischen zwei Landmassen, mit dem Lichtwellenleiterkabel nicht überbrückbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lichtwellenleiterkabel und eine Anordnung zur Übertragung von Daten mit einem solchen Lichtwellenleiterkabel anzugeben, bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Lichtwellenleiterkabel mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs gelöst. Dazu ist bei dem Lichtwellenleiterkabel mit einem einzigen Lichtwellenleiter oder mit mehreren Lichtwellenleitern mindestens ein Abschnitt eines Lichtwellenleiters mit einem größeren effektiven Querschnitt (einer größeren effektiven Querschnittfläche) vorgesehen. Unter einem Lichtwellenleiter mit einem größeren effektiven Querschnitt wird ein solcher Lichtwellenleiter verstanden, bei dem die zu übertragende optische Leistung über eine größere Fläche verteilt ist als es bei üblichen Lichtwellenleitern der Fall ist.

Eine Anordnung zur Übertragung von Daten weist die Merkmale des weiteren unabhängigen Anspruchs auf. Dazu ist vorgesehen, dass die Anordnung ein Lichtwellenleiterkabel aufweist, das über einen Abschnitt vorzugsweise mehrerer Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt vorfügt. Die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt ermöglichen gegenüber normalen Lichtwellenleitern die Übertragung höherer optischer Leistungen, ohne dass es zu nichtliniearem (d. h. von der Leistung abhängigem) Verhalten des Übertragungsmediums kommt. Vorzugsweise sind die Lichtwellenleiter mit größerem effektivem Querschnitt in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Verstärkers angeordnet.

Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt haben den gleichen räumlichen Durchmesser wie übliche Lichtwellenleiter und können daher mit den üblichen Verfahren (z. B. Einsatz von Lichtwellenleiter-Spießgeräten) sowohl untereinander als auch mit normalen Lichtwellenleitern sowie mit Erbium dotierten Fasern verbunden werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den Einsatz von Lichtwellenleitern mit größerem effektiven Querschnitt bei Übertragungsstrecken ohne optische Isolatoren die Verstärkung mittels Pumplaser und Erbium dotierter Fasern gegenüber dem üblichen Fall, bei dem ausschließlich normale Lichtwellenleiter eingesetzt werden, erhöht werden kann, ohne dass es zu Laser-Bursts kommt. Es kann daher in bestimmten Fällen durch die Verwendung von Fasern mit größerem effektiven Querschnitt auf den Einsatz optischer Isolatoren verzeichnet werden. Damit entfällt die Notwendigkeit der Verwendung von Kabelmuffen für die Aufnahme der Isolatoren. Die mit dem Einsatz von Kabelmuffen verbundenen Nachteile können daher vermieden werden.

Das Lichtwellenleiterkabel verfügt neben den erfindungsgemäß vorgesehenen Lichtwellenleitern mit größerem effektiven Querschnitt überwiegend über Lichtwellenleiter mit üblichem effektiven Querschnitt. Diese übrigen Lichtwellenleiter werden im Folgenden nur als „Lichtwellenleiter" bezeichnet. Darüber hinaus verfügt das Lichtwellenleiterkabel im Bereich des jeweiligen Verstärkers über dotierte Lichtwellenleiter, insbesondere Erbium-dotierte Lichtwellenleiter.

Bevorzugt sind die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt nur in insbesondere unmittelbar an den jeweiligen Verstärker angegrenzten Abschnitten (auf einer oder beiden Seiten des Verstärkers) des Lichtwellenleiterkabels vorgesehen. Damit brauchen die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt nicht im gesamten Lichtwellenleiterkabel sondern nur in einem kleinen Bereich des Lichtwellenleiterkabels angeordnet zu werden. Dieser Bereich beträgt vorzugsweise 10% bis 30% der Gesamtlänge des Lichtwellenleiterkabels. Dies schafft Kostenvorteile, da die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt in der Herstellung teurer sind als die sonst im Lichtwellenleiterkabel angeordneten "normalen" Lichtwellenleiter.

Da gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in bestimmten Fällen auf den Einsatz optischer Isolatoren verzichtet werden kann, besteht der Verstärker innerhalb des Lichtwellenleiterkabels dann nur noch aus faseroptischen Komponenten, die in ein übliches Lichtwellenleiterkabel integriert werden können. Somit kann in diesen Fällen auf den Einsatz von Kabelmuffen mit den damit verbundenen Nachteilen verzichtet werden.

Das erfindungsgemäße Lichtwellenleiterkabel wird bevorzugt als Seekabel eingesetzt, weil bei Seekabeln Kabelmuffen besonders unerwünscht sind, da sowohl deren Herstellung und Montage, als auch deren Reparatur im Fehlerfall mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden sind. Durch die Verwendung der Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt wird der bisher erforderliche Isolator vermieden, sodass eine kostengünstigere Herstellung und Montage ermöglicht wird und potenzielle Fehlerquellen des Seekabels eliminiert sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich besonders zur Datenübertragung über Unterwasserstrecken zwischen zwei Stellen an Land, wobei das Lichtwellenleiterkabel als Seekabel zwischen einer Sende- und einer Empfangsstation verläuft, weil bei einer Überbrückung einer Distanz durchs Wasser eine Verstärkung der übertragenen Signale immer dann erforderlich ist, wenn die Distanz eine für die Übermittlung der Signale kritische Länge überschreitet.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 ein bekanntes Lichtwellenleiterkabel mit einem Verstärker und einem daran anschließenden optischen Isolator zur Vermeidung oder Reduzierung des Laser- Bursts, und
2 ein Lichtwellenleiterkabel wie in 1 bei dem anstelle des Isolators zur Vermeidung des Laser-Bursts spezielle Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt vorgesehen sind.
Die 1 zeigt als Beispiel für ein Lichtwellenleiterkabel ein bekanntes Seekabel 12, das sich zwischen zwei getrennten Uferbereichen 10, 11 durchs Wasser erstreckt. Im Verlauf des Seekabels 12 sind als Verstärker 13 fungierende verstärkende Fasern (z.B. EDF) und ein daran angrenzender optischer Isolator 14 angeordnet. Das Seekabel 12 ist an jeweils einem Ufer 10, 11 mit einer Sende- bzw. Empfangsstation 15, 16 verbunden. Bei dem Seekabel 12 handelt es sich um ein hinsichtlich Aufbau und Geometrie an sich bekanntes Seekabel 12 das in seinem Inneren vorzugsweise mehrere Lichtwellenleiter an sich bekannter Art aufweist. Daneben können in dem Seekabel 12 konventionelle Leiter vorgesehen sein. Der Isolator 14 ist zusammen mit dem Verstärker 13 in einem Muffengehäuse 17 angeordnet.
Der Empfangsstation 16 ist ein Laser 18 zugeordnet, der Laserlicht in das Seekabel 12 und dessen Lichtwellenleiter oder Lichtleitfasern leitet. Das eingestrahlte Laserlicht gelangt zum Verstärker 13 und bewirkt dort eine Verstärkung der über das Seekabel 12 übertragenen Signale. Die Verstärkung der übertragenen Signale ist ab einer bestimmten Länge des Seekabels 12 erforderlich. Dazu ist ein kurzes Stück des Seekabels 12 mittels besonderer Lichtleitfasern anstelle der sonst im Seekabel 12 üblichen Lichtleitfasern als Verstärker 13 ausgeführt. Dadurch erhält jeder Lichtwellenleiter einen eigenen Verstärker 13. Bei den besonderen Lichtleitfasern handelt es sich z.B. um Erbium-dotierte Fasern (EDF). Diese werden mit dem eingestrahlten Laserlicht „gepumpt", um die zur Verstärkung erforderliche Leistung zu erhalten. Der Laser 18 wird entsprechend auch als "Pumplaser" bezeichnet. Der Laser 18 strahlt Licht einer Wellenlänge in einem Bereich von z.B. 1460 nm bis 1490 nm ab. Der Verstärker 13 ist bei einer Gesamtlänge des Seekabels 12 von zum Beispiel 400 km etwa 100 km von der Empfangsstation 16 entfernt angeordnet. Der Verstärker 13, also der Abschnitt des Seekabels 12 mit den Erbium-dotierten Lichtleitfasern, hat eine Ausdehnung von bis zu 100 Metern. Der Signalfluss im Seekabel 12 verläuft dabei ausgehend von der Sendestation 15 durch den Isolator 14 und den Verstärker 13 zur Empfangsstation 16. Der Isolator 14 ist zur Vermeidung von Laser-Bursts vorgesehen. Es handelt sich dabei um Störimpulse, die durch ein Anschwingen des Systems (optische Schwingungen) zustande kommen.
2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein im wesentlichem dem Seekabel 12 gemäß 1 entsprechendes Seekabel 12, wobei anstelle des Isolators 14 (1) ein an den Verstärker 13 angrenzender Abschnitt 19 vorgesehen ist, in dem Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt als im Rest des Seekabels 12 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Abschnitte 19 vorgesehen, die beidseitig jeweils unmittelbar an den Verstärker 13 angrenzen. Es ist aber auch denkbar, dass das Seekabel 12 nur einen Abschnitt 19 umfasst, der sich dann entsprechend nur auf einer Seite des Verstärkers 13 erstreckt. Anstelle einer unmittelbaren Anordnung des oder jedes Abschnittes 19 am Verstärker 13 kann auch eine Anordnung des Abschnittes 19 „in der Nähe" des Verstärkers 13 vorgesehen sein.
Der oder jeder Abschnitt 19 hat eine Ausdehnung von einigen Kilometern. Das Seekabel 12 umfasst im beschriebenen Beispiel dann auf entlang der Strecke von der Sendestation 15 zur Empfangsstation 16 Lichtwellenleiter mit üblichem Datenübertragungsquerschnitt, woran sich ein erster Abschnitt 19 mit Lichtwellenleitern mit größerem effektivem Querschnitt, also mit größerem Datenübertragungsquerschnitt, der Verstärker 13 und ein im Vergleich zum ersten Abschnitt 19 etwa gleich langer zweiter Abschnitt 19 mit Lichtwellenleitern mit größerem effektivem Querschnitt anschließen. Bis zur Empfangsstation 16 sind dann wieder Lichtwellenleiter mit üblichem Datenübertragungsquerschnitt vorgesehen.
Alle Lichtwellenleiter, und zwar sowohl die mit üblicher, geringerer effektiver Querschnittsfläche als auch diejenigen mit größerer effektiver Querschnittsfläche sowie die Erbium dotierten Fasern (EDF), verfügen insgesamt über etwa den gleichen geometrischen Querschnitt. Dadurch sind die Außendurchmesser aller Lichtwellenleiter – in dem oder jedem Abschnitt 19, im Verstärker 13 sowie im restlichen Seekabel 12 – etwa gleich. Die Lichtwellenleiter mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften werden an ihren zueinander gerichteten Enden in üblicher Weise miteinander verbunden. Die dazu verwendeten Verbindungstechniken sind bekannt; sie werden im Fachjargon als "Spleißen" bezeichnet. Es entstehen dadurch im Wesentlichen nahtlose Übergangsstellen zwischen den unterschiedlichen Lichtwellenleitern, wodurch diese in einem Kabel gleichen Aufbaus und insbesondere gleichen Außenabmessungen unterbringbar sind. Weil durch die Verwendung der Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt auf den Einsatz optischer Isolatoren verzichtet werden kann, können teure und im Hinblick auf Störsicherheit Schwachstellen darstellende Kabelmuffen entfallen. Das erfindungsgemäße Seekabel 12 kann bei der Herstellung bereits mit allen für die Verstärkung erforderlichen faseroptischen Komponenten, wie den Erbium dotierten Fasern (EDF), sowie mit den Lichtwellenleitern mit höherem effektivem Querschnitt des Abschnitts 19 versehen werden.
Das erfindungsgemäße Lichtwellenleiterkabel und die erfindungsgemäße Anordnung eignen sich besonders für Seekabel 12 und Seekabelstrecken zwischen zwei unterschiedlichen Ufern 10 und 11 an Land. Jedoch können die erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter und die Anordnung auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden.

10: Ufer
11: Ufer
12: Seekabel
13: Verstärker
14: Isolator
15: Sendestation
16: Empfangsstation
17: Laser
18: Muffengehäuse
19: Abschnitt

Claims

Lichtwellenleiterkabel mit vorzugsweise mehreren Lichtwellenleitern und mit einem zwischen zueinandergerichteten Enden der Lichtwellenleiter angeordneten Verstärker (13), dadurch gekennzeichnet, dass einer Seite oder beiden Seiten des Verstärkers (13) ein Abschnitt (19) mit Lichtwellenleitern mit größerem effektiven Querschnitt zugeordnet ist.
Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein effektivere Lichtwellenleiter aufweisender Abschnitt (19) sich in Signalflussrichtung unmittelbar vor dem Verstärker (13) befindet.
Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils ein effektivere Lichtwellenleiter aufweisender Abschnitt (19) auf beiden Seiten des Verstärkers (13) befindet.
Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Abschnitt (19) mit Lichtwellenleitern mit größerem effektiven Querschnitt unmittelbar an den Verstärker (13) angrenzend angeordnet ist.
Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt einen etwa gleichgroßen geometrischen Querschnitt wie die übrigen Lichtwellenleiter aufweisen.
Anordnung zur Übertragung von Daten über ein Lichtwellenleiterkabel an eine Empfangsstation (16), wobei das Lichtwellenleiterkabel mindestens einen Verstärker (13) aufweist, der von der Empfangsstation (16) mit Laserlicht versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtwellenleiterkabel auf der der Empfangsstation (16) zugewandten und/oder abgewandten Seite des oder jedes Verstärkers (13) über einen Abschnitt (19) mit Lichtwellenleitern mit größerem effektiven Querschnitt verfügt.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt nur in dem oder jedem Abschnitt (19) vorgesehen sind und der oder jeder Abschnitt (19) unmittelbar an den Verstärker (13) angrenzend angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (19) mit Lichtwellenleiter mit größerem effektiven Querschnitt eine Länge von 10% bis 30% der Gesamtlänge des Lichtwellenleiterkabels aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Abmessungen, insbesondere die Außendurchmesser, der im Bereich des Abschnitts (19) angeordneten Lichtwellenleiter mit größerem effektivem Querschnitt etwa den äußeren Abmessungen, insbesondere den Außendurchmessern, der Lichtwellenleiter des übrigen Lichtwellenleiterkabels entsprechen.