DE19845794A1

DE19845794A1 - Verfahren zur Erhöhung der Übertragungskapazität breitbandiger optischer Wellenlängenmultiplexsender

Info

Publication number: DE19845794A1
Application number: DE19845794A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Gruhl; Walter Heitmann; Erich Becker
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Erhöhung der Übertragungskapazität von optischen Wellenlängenmultiplexsendern ausgerichtet. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden aus dem Emissionsband einer LED 1 einzelne Übertragungskanäle(Spektralbereiche herausgefiltert, mittels eines Wellenlängendemultiplexers 5 getrennt, einzeln in Lichtwellenleiter eingekoppelt, und einzeln über den jeweiligen Lichtwellenleitern nachgeordnete externe Modulatoren 6.1-6.n moduliert. Die einzeln modulierten Übertragungskanäle werden über einen Wellenlängenmultiplexer 7 in einem Lichtwellenleiter zusammengeführt, mittels eines faseroptischen Verstärkers 8 auf eine ausreichend hohe Leistung verstärkt und in eine Übertragungsleitung bzw. Übertragungsfaser 9 eingekoppelt. DOLLAR A Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich beispielsweise ein Wellenlängenmultiplexsender mit einer Bandbreite von 400 Gbit/s bei 40 Übertragungskanälen realisieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Nachrichtenübertragung mittels breitbandiger optischer Wellenlängenmultiplexsender. Sie ist insbesondere auf die Erhöhung der Übertragungskapazität von optischen Wellenlängenmultiplexsendern ausgerichtet.

Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtentechnik weisen mehrere breite Spektralbereiche mit geringer Dämpfung auf, die zur Nachrichtenübertragung genutzt werden. Zur Erhöhung der Übertragungskapazität wird zunehmend statt mit einer Wellenlänge bei z. B. 1310 nm oder 1550 nm mit mehreren, dicht benachbarten Wellenlängen übertragen. Diese Technik wird als WDM-Technik (Wavelength Division Multiplexing) bezeichnet. Optische WDM-Sender benutzen als Strahlenquelle zumeist eine Anzahl von Lasern, deren Emissionswellenlängen einen Abstand von etwa 1 nm bis 8 nm aufweisen. Die Strahlung der verschiedenen Laser wird über Koppler oder Multiplexer in einen Lichtwellenleiter eingespeist, wie das beispielsweise im Tagungsbericht IOOC-ECOC 1991, 17 th European Conference on Optical Communication; Paris-France 9/12 Septembre 1991; S. 545ff beschrieben wird. An die Laser werden hohe Anforderungen gestellt. Sie müssen bei einer definierten, genau einzuhaltenden Wellenlänge emittieren und diesen Wert über viele Jahre und in einem großen Temperaturbereich innerhalb enger Grenzen, z. B. innerhalb von 0,1 nm, konstant halten. Nachteilig ist, daß durch diese hohen Anforderungen und die dazu erforderliche große Anzahl von Lasern (derzeit etwa bis zu 40 Laser pro WDM-Sender) hohe Kosten auftreten.

Bekannt ist auch der Einsatz von LED in der optischen Nachrichtentechnik. LED unterscheiden sich von den hauptsächlich in der optischen Nachrichtentechnik eingesetzten Laserdioden durch die spektrale Breite der emittierten Strahlung sowie durch die Ausgangsleistung und die Obergrenze der praktisch erreichbaren Modulationsrate. Laserdioden emittieren mit einer typischen Linienbreite von weniger als 1 nm, während die spektrale Halbwertsbreite der LED-Emission zwischen 50 nm und 150 nm liegt. Von Lasersendern werden typische Leistungen zwischen 1 mW und 10 mW in Einmodenfasern eingekoppelt, während für LED etwa 0.01 mW bis 0,1 mW erreicht werden. Höhere Leistungen erfordern den Einsatz von Kanten-Emittern, die auch als ELED (Edge Light Emitting Diode) bezeichnet werden. Noch höhere Ausgangsleistungen werden laut "Electronics Letters, 13^th March 1997, No.6, S. 528-529", von sogenannten Superlumineszenzdioden SLED (Superlumineszenz LED) erreicht, mit denen Strahlungsleistungen im mW-Bereich in eine Einmodenfaser eingekoppelt werden können. Während Laserdioden bis zu Bitraten von über 10 Gbit/s moduliert werden können, liegt die praktisch realisierbare Obergrenze für die direkte Modulation von LED nach "Electro Optics, Sept./Oct. 1997, S. 16" bei etwa 200 Mbit/s.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines preiswerten WDM-Sender mit großer Bandbreite und sehr hoher Modulationsrate ausgerichtet.

Für den erfindungsgemäßen breitbandigen WDM-Sender wird als Emissionsquelle, wie in Fig. 1 abgebildet, eine spektral breitbandige Lumineszenzdiode LED 1 eingesetzt. Aus Leistungsgründen wird vorzugsweise der mittlere Spektralbereich der LED- Strahlung genutzt, wie beispielsweise der Bereich der spektralen Halbwertsbreite. Das Blockieren der spektralen Bandbreite der LED-Strahlung erfolgt durch Kantenfilter bzw. Ausgleichsfilter 2, die direkt auf der Austrittsfläche der LED 1 oder auf deren Fenster aufgebracht werden. Erfindungsgemäß werden aus dem verbleibenden Emissionsband der LED 1 mit einem Wellenlänge bzw. Kanalfilter 4 als einzelne Übertragungskanäle schmale Spektralbereiche aus dem Emissionsband herausgefiltert.

Diese Übertragungskanäle werden mittels eines Wellenlängendemultiplexers 5, beispielsweise eines Konkavgitters, getrennt und einzeln in eine entsprechende Anzahl von Lichtwellenleitern bzw. integriert optischen Wellenleitern, eingekoppelt, wobei jedem Lichtwellenleiter ein einzelner Spektralbereich/Übertragungskanal zugeordnet ist. Jedem Lichtwellenleiter ist wiederum jeweils ein externer Modulator nachgeordnet, in welchem für jeden Übertragungskanal ein eigenes Nachrichtenband mit beispielsweise 10 Gbit/s moduliert wird. Möglich ist auch eine direkte Einkopplung in einen externen Modulator. Anschließend werden die einzeln modulierten Übertragungskanäle über einen Wellenlängenmultiplexer 7 in einem Lichtwellenleiter zusammengeführt, mittels eines faseroptischen Verstärkers 8 auf eine ausreichend hohe Leistung verstärkt und in eine Übertragungsleitung bzw. Übertragungsfaser 9 eingekoppelt.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Band, welches beispielsweise 40 Übertragungskanäle beinhaltet, insgesamt eine Bandbreite von 400 Gbit/s realisiert.

Zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet es sich an, zur Filterung der einzelnen Übertragungskanäle aus der breitbandigen LED- Strahlung vorzugsweise faseroptische Frequenzfilter einzusetzen. Besonders geeignet ist eine Folge von Fasergitter-Resonatoren, die direkt in den Kern einer Einmodenfaser eingeschrieben werden und jeweils einen Wellenlängenbereich bis auf eine schmale Durchlaßblende sperren. Die ungleichmäßige Energieverteilung im Durchlaßbereich der LED-Strahlung (Glockenkurve),die zu unterschiedlicher Leistung in den ausgefilterten Übertragungskanälen führt, kann beispielsweise durch Filter mit entsprechendem Transmissionsverlauf korrigiert werden, die z. B. auf der LED zusammen mit den oben beschriebenen Kantenfiltern aufgebracht werden.

Die Verstärkung der einzelnen Übertragungskanäle erfolgt vorzugsweise mit einem faseroptischen Verstärker 8. Besonders geeignet für den Aufbau des erfindungsgemäßen Wellenlängenmultiplexsenders ist ein Erbium Faserlichtverstärker EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), mit dem im Bereich zwischen 1535 nm bis 1570 nm alle Kanäle gleichzeitig auf eine ausreichende Leistung im mW-Bereich angehoben werden können. Mit einem EDFA sind Kleinsignalverstärkungen von über 50 dB realisierbar. Für einen kommerziellen EDFA wird ein Verstärkungsfaktor von 43 dB angegeben. Diese Verstärkungen reichen aus, um Leistungen von 0,1 µW, die sich als untere Grenze für die einzelnen Kanäle ergeben, auf etwa 1 mW bis 10 mW anzuheben.

Bezugszeichenliste

1

LED (LED/ELED/SLED)

2

LED-Fenster mit Filtern

3

Linse

4

Wellenlängen- bzw. Kanalfilter

5

Wellenlängendemultiplexer

6

/

6.1-6

.n externer Modulator/externe Modulatoren

7

Wellenlängenmultiplexer

8

faseroptischer Verstärker

9

Übertragungsleitung bzw. Übertragungsfaser

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der Bandbreite eines optischen Wellenlängenmultiplexsenders mit einer spektral breitbandigen Lumineszenzdiode (LED) als Emissionslichtquelle aus deren Strahlung schmalbandige Wellenlängenbereiche als Übertragungskanäle/Frequenzbereiche herausgefiltert werden dadurch gekennzeichnet, daß die herausgefilterten Übertragungskanäle/Frequenzbereiche mittels eines Wellenlängendemultiplexers (5) in einzelne Übertragungskanäle/Frequenzbereiche aufgetrennt werden, wobei jeder Übertragungskanal/Frequenzbereich in jeweils einen ihm direkt zugeordneten externen Modulator (6.1-6.n) eingekoppelt wird, daß jeder Übertragungskanal/Frequenzbereich einzeln über den ihm direkt zugeordneten Modulator (6.1-6.n) moduliert wird, daß die modulierten Übertragungskanäle/Frequenzbereiche über einen Wellenlängenmultiplexer (7) in einem gemeinsamen Lichtwellenleiter zusammengeführt, über einen nachgeordneten faseroptischen Verstärker (8) verstärkt und in eine Übertragungsleitung/Übertragungsfaser (9) eingekoppelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskanäle/ Frequenzbereiche vor der Einkoppelung in die Übertragungsleitung/Übertragungsfaser (7) mittels eines Erbium-Faserlichtver stärkers EDFA verstärkt werden.