DE19806584C1 - Bidirektionaler Dispersionskompensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen bidirektionalen Dispersionskom­ pensator für zwei in entgegengesetzten Richtungen über einen Lichtwellenleiter übertragene optische Signale.

Bei der Übertragung von Signalen mit breiten Wellenlängenbändern ist zu beachten, daß die Übertragungsgeschwindigkeit von der Wellenlänge abhängt. Die Kompensation dieses mit Dispersion bezeichneten Effektes ist für Übertragungssysteme mit Datenraten ab 10 Gbit/s eine unabdingbare technische Voraussetzung um akzeptable Übertragungseigenschaften zu erreichen. Derzeit gibt es mehrere Kompensationsmöglichkeiten: Kompensationsfasern, Faser-BRAGG-Gitter oder optische Phasenkonjugation.

Als Kompensationsfasern werden spezielle Glasfasern verwendet, deren Gesamtdispersion genauso groß ist, wie die der zu kompensierenden Übertragungsstrecke, jedoch ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist. Solche Kompensatoren sind teure und vo­ luminöse Systemkomponenten außerdem tritt eine beträchtliche Polarisationsmodendispersion auf. Diese hat den Effekt, daß zueinander orthogonale Polarisationszustände unterschiedliche Laufzeiten durch die Kompensationsfaser aufweisen.

In dem Patent US 5 596 448 ist ein in Fig. 1 dargestellter Dispersionskompensator 10 beschrieben, der eine mit einem Re­ flektor versehene Kompensationsfaser verwendet, die vom zu kompensierende optischen Signal zweimal durchlaufen wird, wodurch die Länge der Kompensationsfaser halbiert wird und damit die Kosten und das Volumen erheblich reduziert werden. Der Dispersionskompensator enthält neben der Kompensationsleitung (Kompensationsfaser) LK und dem Reflektor R einen Zirkulator Z, der das am Anschluß 1 (TOR 1) eintretende optische Signal am nächsten Anschluß 2 abgibt und das reflektierte am Anschluß 2 eingespeiste kompensierte Signal wiederum am Anschluß 3 abgibt.

Wird der Reflektor als Faraday Rotator Reflektor (Polarisation Convertion Mirror) ausgebildet, der den Polarisationszustand des ankommenden Lichtes in den dazu orthogonalen Polarisationszustand für das reflektierte Licht umwandelt, wird die Polarisationsmodendispersion der Kompensationsleitung aufgehoben.

Die Verwendung dieses Dispersionskompensators ist dann zweck­ mäßig, wenn über einen Lichtwellenleiter Signale nur in einer Richtung übertragen werden. Bei bidirektonalen Betrieb über einen einzigen Lichtwellenleiter (Fig. 2) werden ein erstes Signal eines ersten Wellenlängenbandes λ1 in einer Richtung und eines zweiten Signals eines zweiten Wellenlängenbandes λ2 in der entgegengesetzten Richtung übertragen. Aus der EP 0 658 988 A1 ist aus Fig. 2 und zugehöriger Beschreibung eine Kompensationseinrichtung mit einem vier Anschlüsse aufweisenden Zirkulator bekannt, der für jede Übertragungsrichtung eine Kompensationsleitung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dispersionskompen­ satoren für bidirektionalen Betrieb anzugeben.

Geeignete Lösungen sind in unabhängigen Patentansprüchen an­ gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Pa­ tentansprüchen zu entnehmen.

In dem unabhängigen Anspruch 1 ist eine besonders vorteilhafte Lösung angegeben, die zur Kompensation beider optischer Signale nur eine einzige mit einem Reflektor R ausgestattete Kompensationsleitung benötigt. Beide Signale werden durch Filter- Koppler-Elemente zusammengefaßt und gemeinsam über einen Zirkulator in die Kompensationsfaser eingespeist. Die reflektierten optischen Signale werden über weitere Filter- Koppler-Elemente separiert und als dispersionskompensierte Signale in den Lichtwellenleiter eingespeist. Der Aufwand erhöht sich gegenüber einem unidirektionalen Dispersionskompensator lediglich um wenige Filter-Koppler-Elemente.

Um die Dämpfung des Dispersionskompensators und der Übertra­ gungsstrecke auszugleichen, können optische Verstärker eingefügt werden. Sind für beide Eingangssignale und beide Ausgangssignale des Dispersionskompensators separate Verstärker vorgesehen, kann eine individuelle Verstärkungsregelung und Korrektur des Amplitudenverlaufs für jedes Signal erfolgen. Wenn dies nicht erforderlich ist, können in einer Weiterbildung die zusammengefaßten Eingangs- und Ausgangssignale verstärkt werden. Die Verstärker müssen dann eine größere Bandbreite aufweisen.

Bei einer zwei Zirkulatoren verwendenden Variante der Erfindung sind lediglich drei Filter-Koppler-Elemente erforderlich. Bei dieser Variante ist es weiterhin vorteilhaft, wenn bidirektionale Verstärker in den Zuführungen zur Kompensationsleitung angeordnet sind, so daß sich für jedes Signal unterschiedliche Verstärkungen einstellen lassen. Auch kann die Kompensationsleitung als Faserverstärker ausgebildet werden.

Ganz besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, die einen Zirkulator mit vier Anschlüssen und ein Filter-Koppler-Element zum Zusammenfassen und Separieren der beiden optischen Signale verwendet und nur eine Kompensationsleitung benötigt.

Vorteilhaft ist auch die Verwendung einer zusätzlichen Teil­ kompensationsleitung. Hierdurch können unterschiedliche durch die unterschiedlichen Wellenlängenbänder bedingte Kompensati­ onsanforderungen berücksichtigt werden. Über ein weiteres Filter- Koppler-Element sind auch unterschiedliche Reflektoren anschaltbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Dispersionskompensator,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bidirektionalen Dispersi­ onskompensators,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Disper­ sionskompensators,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Dispersionskompensator mit optischen Verstärkern,

Fig. 5 eine Variante des Dispersionskompensators,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit zwei Zirkulatoren,

Fig. 7 eine bekannte Ausführungsform mit einem vier Anschlüsse aufweisenden Zirkulator,

Fig. 8 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform mit diesem Zirkulator und

Fig. 9 eine Variante dieser Ausführungsform mit zwei Reflek­ toren.

Die Fig. 1 und 2 wurden bereits vorstehend beschrieben. Entsprechend der Fig. 2 wird der bidirektionale Dispersions­ kompensator 1 zur Kompensation von optischen Signalen S1 und S2 eingesetzt, die entgegengesetzt über einen Lichtwellenleiter L1, L2 übertragen werden. Jedes Signal (Signalband) kann dabei auch aus mehreren Einzelsignalen bestehen, wie dies beim Wellenlängenmultiplexverfahren der Fall ist.

Das in Fig. 3 dargestellte Prinzipschaltbild 11 eines erfin­ dungsgemäßen Dispersionskompensators besteht im Wesentlichen aus einer Kompensationsleitung (Kompensationsfaser) LK, einem Zirkulator Z, an dessen zweiten Anschluß (TOR) 2 eines ihrer Enden angeschaltet ist, während am anderen Ende ein Reflektor R angeordnet ist, und mehreren Filter-Koppler-Elementen F1 bis F4, die zum Zusammenführen und zum Separieren von zwei optischen Signalen S1 und S2 vorgesehen sind. Der zur Übertragung dienende Lichtwellenleiter L1, L2 ist in zwei Abschnitte L1 und L2 aufgeteilt, zwischen denen der mit gegenüberliegenden Anschlußpunkten versehene Dispersionskompensator eingeschaltet ist.

Das erste optische Signal S1 wird über den Lichtwellenleiter­ abschnitt L1 im Wellenlängenband λ1 übertragen und gelangt über ein erstes Filter-Koppler-Element F1 sowie ein zweites Filter- Koppler-Element F2 zum ersten Anschluß 1 des Zirkulators Z. Die Übertragungswege der optischen Signale sind durch deren Wellenlängen gekennzeichnet.

Das in entgegengesetzter Richtung über den Lichtwellenleiter­ abschnitt L2 in einem anderen Wellenlängenband λ2 übertragene zweite optische Signal S2 gelangt über ein viertes Filter- Koppler-Element F4 und das zweite Filter-Koppler-Element F2 (für dieses hier reicht ein optischer Koppler aus, für den aber auch die Bezeichnung Filter-Koppler-Element verwendet wird) zum selben Anschluß 1 des Zirkulators. Die beiden optischen Signale durchlaufen zusammen in Richtung zum Reflektor die Kompensationsleitung LK, werden dann vom Reflektor R reflektiert, in den zweiten Anschlußpunkt 2 des Zirkulators eingespeist und über den dritten Anschlußpunkt 3 abgegeben. Die Aufteilung in die beiden Wellenlängenbänder erfolgt durch ein drittes Filter- Koppler-Element F3, über das das nunmehr dipersionskompensierte erste optische Signal SK1 über das vierte Filter-Koppler-Element F4 in den Abschnitt L2 eingespeist wird, während das kompensierte zweite optische Signal SK2 in entgegengesetzter Richtung über das erste Filter-Koppler-Element F1 ausgesendet wird.

Die kreisförmig aufgewickelten Leiter symbolisieren Leiterkreise ist, daß die Lichtwellenleiterabschnitte L1, L2 und die Kompensationsleitung LK erhebliche Längen aufweisen können. Die Signalwege in den Filter-Koppler-Elementen sind durch Linien angedeutet. Die Filter-Koppler-Elemente sind allgemein bekannte Bauteile. Der Reflektor kann beliebig ausgeführt sein. Empfehlenswert ist seine Verwendung zur Kompensation der Polarisationsmodendispersion.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung 12 des Dispersionskompensators, bei dem sowohl die in die Kompensationsleitung eingespeisten optischen Signale S1 und S2 als auch die ausgesendeten dispersionskompensierten Signale SK1 und SK2 individuell verstärkt werden. Hierzu sind Verstärker V1 bis V4 jeweils zwischen zwei Filter-Koppler-Elemente F1 und F2, F3 und F4, F4 und F2, F3 und F1 eingefügt. Es kann nicht nur die Dämpfung der Komponenten des Dispersionskompensators ausgeglichen werden, sondern die optischen Signale können auf den gewünschten Pegel angehoben und einzeln amplitudenkompensiert werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform 13 werden die in den Zirkulator eingespeisten und die ausgesendeten optischen Signale gemeinsam verstärkt. Hierzu ist ein erster Verstärker V1 zwischen dem Filter-Koppler-Element F2 und dem ersten Anschluß 1 des Zirkulators Z eingeschaltet, und eine zweiter Verstärker V2 ist zwischen dem dritten Anschluß 3 des Zirkulators und dem dritten Filter-Koppler-Element F3 eingeschaltet.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform 14 des bidirektionalen Dispersionskompensators mit zwei Zirkulatoren Z1 und Z2. Das erste optische Signal S1 gelangt über das erste Filter- Koppler-Element F1 zum ersten Anschluß 1 des ersten Zirkulators Z1, während das zweite optische Signal S2 über ein zweites Filter-Koppler-Element F2 zum ersten Anschluß 1 des zweiten Zirkulators Z2 gelangt. Die mittleren Anschlüsse 2 beider Zirkulatoren sind über optische Verstärker V1 und V2 auf ein weiteres Filter-Koppler-Element F5 geführt, das beide Signale zusammenfaßt und in die Kompensationsfaser LK einspeist, an deren anderem Ende sie reflektiert werden und über die bidirektionalen Verstärker - zumindest müssen sie auch in der Rückwärtsrichtung durchlässig sein - wieder in die zweiten Anschlüsse der Zirkulatoren eingespeißt werden. Das erste dispersionskompensierte optische Signal SK1 wird am Anschluß 3 des ersten Zirkulators ausgegeben und über das Filter-Koppler-Element F4 ausgesendet. Entsprechend wird das kompensierte zweite optische Signal SK2 vom dritten Anschluß 3 des zweiten Zirkulators Z2 und das erste Filter-Koppler- Element F1 ausgesendet. Bei dieser Variante ist es selbstverständlich möglich, auch die eingespeisten und ausgesendeten Signale separat (zusätzlich) zu verstärken und zu entzerren.

Fig. 7 zeigt eine aus der EP 0658 988 A1, Fig. 2 und zugehöriger Beschreibung bekannte Ausführungsform 15 eines Dispersionskompensators, bei dem ein Zirkulator mit vier Anschlüssen verwendet wird. Der erste Lichtwellenleiterabschnitt L1 ist an den Anschluß 1 und der zweite Lichtwellenleiterabschnitt L2 ist and den Anschluß 3 angeschaltet. An den zweiten Anschluß 2 ist eine erste Kompensationsleitung LK1 mit ihrem Reflektor R1 angeschaltet, und an den vierten Anschluß 4 ist eine zweite Kompensationsfaser LK2 mit ihrem Reflektor R2 angeschaltet.

In Fig. 8 ist ein besonders vorteilhafter Dispersionskompensator dargestellt. Dieser verwendet ebenfalls einen Zirkulator Z4 mit vier Anschlüssen, jedoch ist an die Anschlüsse 2 und 4 über ein Filter-Koppler-Element F5 nur eine einzige Kompensationsleitung LK mit Reflektor R angeschaltet. Die zusammengefaßten optischen Signale S1 und S2 durchlaufen wiederum gemeinsam die Kompensationsleitung, werden am Reflektor R reflektiert und in dieselben Anschlüsse des Zirkulators Z4 als kompensierte optische Signale SK1 und SK2 eingespeist, an den Anschlüssen 3 bzw. 1 wieder abgegeben und in der ursprünglichen Richtung weitergesendet.

Selbstverständlich können zur Verstärkung und gegebenenfalls zur Amplitudenentzerrung Verstärker eingeschaltet werden. Auch können zwischen den Anschlüssen 2 bzw. 4 und den Anschlüssen des Filter- Koppler-Elementes F5 weitere Teilkompensationsleitungen LKT eingefügt werden. Hierdurch können die beiden optischen Signale in unterschiedlicher Art und Weise behandelt werden.

Der in Fig. 9 dargestellte Dispersionskompensator unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform durch ein weiteres Filter-Koppler-Element F6. Hierdurch ist es möglich, getrennte Reflektoren R1 und R2 zu verwenden und Teilkompensationsfasern LKt anzuschalten.

Claims (9)

1. Bidirektionaler Dispersionskompensator (11, 12, 13) für zwei in entgegengesetzten Richtungen über eine Lichtwellenleiterstrecke (L1, L2) übertragene optische Signale (S1, S2), gekennzeichnet durch
Filter-Koppler-Elemente (F1, F2, F4) zum Zusammenfassen der zwei optischen Signale (S1, S2), die jeweils in Richtung des Dispersionskompensators (11, 12, 13) übertragen werden,
einen Zirkulator (Z), dessen erstem Anschluß (1) die zusammen­ gefaßten optischen Signale (S1, S2) zugeführt werden,
eine einseitig mit einem Reflektor (R) versehene Kompensati­ onsleitung (LK), die an den zweiten Anschluß (2) des Zirkulators (Z) angeschlossen ist, über den die zusammengefaßten optischen Signale (S1, S2) in die Kompensationsleitung (LK) gesendet und als reflektierte disparsionskompensierte Signale (SK1, SK2) eingespeist werden, und
Filter-Koppler-Elemente (F1, F3, F4) zum Separieren der beiden am dritten Anschluß (3) des Zirkulators (Z) abgegeben dispersionskompensierten optischen Signale (Sk1, Sk2) und zum Einspeisen in die Lichtwellenleiterstrecke (L1, L2), wo sie jeweils in ihrer bisherigen Richtung übertragen werden.

2. Bidirektionaler Dispersionskompensator (14) für zwei in entgegengesetzten Richtungen über eine Lichtwellenleiterstrecke (L1, L2) übertragene optische Signale (S1, S2), gekennzeichnet durch
einen ersten Zirkulator (Z1), dessen erstem Anschluß (1) über ein erstes Filter-Koppel-Element (F1) ein erstes in Richtung des Dispersionskompensators (14) übertragenes optisches Signal (S1) zugeführt wird,
einen zweiten Zirkulator (Z2), dessen erstem Anschluß (1) über ein zweites Filter-Koppler-Element (F4) ein zweites in Richtung des Dispersionskompensators (14) übertragenes optisches Signal (S2) zugeführt wird,
eine einseitig mit einem Reflektor (R) versehene Kompensati­ onsleitung (LK), die über ein drittes Filter-Koppler-Element (F5) jeweils an den zweiten Anschluß (2) der Zirkulatoren (Z1, Z2) geführt ist, wobei über das dritte Filter-Koppler-Element (F5) die optischen Signale (S1, S2) zusammenfaßt und die reflektierten dispersionskompensierten Signale (SK1, SK2) separiert und dann jeweils am zweiten Anschluß (2) der Zirku­ latoren (Z1, Z2) eingespeist und jeweils über deren dritte An­ schlüsse (3) und das erste sowie das zweite Filter- Koppler-Element (F1, F4) in den Lichtwellenleiter (L1, L2) einge­ speist werden, wo sie dispersionskompensiert jeweils in ihrer bisherigen Richtung übertragen werden.

3. Bidirektionaler Dispersionskompensator (16) für zwei in entgegengesetzten Richtungen über eine Lichtwellenleiterstrecke (L1, L2) übertragene optische Signale (S1, S2) mit einem vier Anschlüsse aufweisenden Zirkulator (Z4), an dessen erstem Anschluß (1) ein erstes in Richtung des Dispersionskompensators (16) übertragenes erstes optisches Signal (S1) eingespeist wird und an dessen dritten Anschluß (3) ein zweites in Richtung des Dispersionskompensators (16) übertragenes, optisches Signal (S2) eingespeist wird, gekennzeichnet durch
ein Filter-Koppler-Element, (F5), das an den zweiten und den vierten Anschluß (4) des Zirkulators (Z4) angeschaltet ist und dessen weiterer Anschluß beide optische Signale (S1, S2) führt,
eine Kompensationsleitung (LK), die an den weiteren Anschluß des Filter-Koppler-Elements (F5) geführt ist und an ihrem anderen Ende mit einem Reflektor (R) abgeschlossen ist, so daß nach Durchlaufen der Kompensationsleitung (LK) und des Filter-Koppler- Elements (F5) in Hin- und Rückrichtung und erneuter Einspeisung in den Zirkulator (24) über dessen dritten Anschluß (3) ein erstes dispersionskompensiertes optisches Signal (SK1) und ensprechend ein zweites dispersionskompensiertes optisches Signal (SK2) über den vierten Anschluß (4) des Zirkulators (24) in den Lichtwellenleiter (L1, L2) eingespeist werden, wo sie jeweils weiter in ihrer bisherigen Richtung übertragen werden.

4. Bidirektionaler Dispersionskompensator (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reflektoren (R1, R2) über ein weiteres Filter-Koppler- Element (F6) an die Kompensationsleitung (LK) angeschlossen sind.

5. Bidirektionaler Dispersionskompensator (11 bis 14, 16, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Teilkompensationsleitung (LKT) zwischen dem Zirkulator (Z4) und der Kompensationsleitung (LK) eingeschaltet ist.

6. Bidirektionaler Dispersionskompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über ein weiteres Filter-Koppler-Element (F6) mindestens eine Teilkompensationsleitung (LKT) zwischen der Kompensationsleitung (LK) und einem weiteren Reflektor (R2) eingeschaltet ist.

7. Bidirektionaler Dispersionskompensator (11 bis 15, 16, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß optische, Verstärker (V, V1, V2, V3, V4) zwischen den Filter- Koppler-Elementen (F1 und F2, F3 und F4) oder/und zwischen dem Zirkulator und der Kompensationsleitung (LK) eingeschaltet sind oder/und den Anschlüssen (1, 2, 3) des Zirkulators (Z, Z1, Z2, Z4) vor- oder/und nachgeschaltet sind.

8. Bidirektionaler Dispersionskompensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsleitung (LK) oder Teile hiervon als Fa­ serverstärker ausgebildet sind.

9. Bidirektionaler Dispersionskompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (V1, V2, ...) eine Amplitudenentzerrung durchführen.