DE19953871A1 - Anordnung zum Pumpen eines Multi-Clad-Faserverstärkers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Pumpen eines Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) durch eine Pumpsignalquelle (PDT, PSR), wobei ein Pumpsignal (ps1, ps2) über eine Multi-Mode-Faser (MMF1, MMF2) in das Multi-Mode-Cladding des Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) eingekoppelt wird. Erfindungsgemäß ist die Pumpsignalquelle (PDT, PSR) zum Fernpumpen eines fern von ihr angeordneten Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) vorgesehen, der über mindestens eine entsprechend lange Multi-Mode-Faser (MMF1, MMF2) mit der Pumpsignalquelle (PDT, PSR) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Pumpen eines Multi- Clad-Faserverstärkers durch eine Pumpsignalquelle, wobei ein Pumpsignal über mindestens eine Multi-Mode-Faser in das Mul­ ti-Mode-Cladding des Multi-Clad-Faserverstärkers eingekoppelt wird.

In bestehenden und zukünftigen optischen Übertragungssyste­ men, insbesondere in nach dem WDM-Prinzip (Wavelength Divisi­ oh Multiplexing) arbeitenden Übertragungssystemen, werden op­ tische Pumpsignale von einer Pumpsignalquelle in eine opti­ sche Einmodenfaser eingekoppelt, um dem Einkoppelort vor- bzw. nachgelagerte optische Verstärker - beispielsweise Erbi­ um-Verstärker - mit der nötigen optischen Pumpleistung zu versorgen. So wird beispielsweise die Erbiumfaser eines opti­ schen Vorverstärkers in Unterseekabeln vom Land her mit Hilfe eines in die optische Einmodenfaser eingekoppelten Pumpsi­ gnals gespeist. Je größer die Entfernung zwischen der Pumpsi­ gnalquelle und dem optischen Faserverstärker gewählt werden kann, um so größere Entfernungen können durch das optische Übertragungssystem regenerationsfrei überbrückt werden.

Um eine verstärkende Wirkung beispielsweise der Erbiumfaser eines optischen Faserverstärkers zu erzielen, muß die in den optischen Faserverstärker eingespeiste Pumpsignalleistung ei­ nen gewissen Mindestbetrag aufweisen. Somit ist es erforder­ lich, daß die an Land eingespeiste Pumpsignalleistung genü­ gend hoch ist hinsichtlich der durch die optische Faser her­ vorgerufenen Dämpfung. Zusätzlich wird die maximal einspeis­ bare Pumpsignalleistung durch die in der optischen Übertra­ gungsfaser auftretenden nichtlinearen Effekte, insbesondere durch die stimulierte Ramanstreuung (SRS), begrenzt, d. h. die maximale optische Pumpsignalleistung, die in die optische Fa­ ser eingekoppelt werden kann, ist in optischen Übertragungs­ systemen durch das Photonenrauschen der Raman- bzw. Stokes­ streuung begrenzt. So ist es beispielsweise aufgrund der sti­ mulierte Ramanstreuung nicht möglich, ein optisches Pumpsi­ gnal mit einer Pumpsignalleistung von mehr als einem bis zwei Watt in eine Einmodenfaser einzuspeisen. Bei einer Pumpsi­ gnalleistung ab etwa 1.5 Watt entsteht beispielsweise in ei­ ner Standard-Einmodenfaser aus dem Photonrauschen eine erste Stokes-Welle mit derselben Intensität wie das optische Pump­ signal, welches die Intensität des optischen Pumpsignals in der optischen Faser sehr stark dämpft. Daher konnten bislang nur Pumplichtleistungen zur Vorverstärkung des optischen Si­ gnals mit Hilfe der ersten Stokes-Welle in einer Standard- Einmodenfaser verwendet werden, die deutlich unterhalb der Schwellenpumplichtleistung von etwa 1.5 Watt liegen.

Zusätzlich sind Anordnungen zum Fernpumpen von optischen Fa­ serverstärkern bekannt, bei denen das optische Pumpsignal über eine speziell dafür vorgesehene Pumpsignalfaser von der Pumpsignalquelle zum ferngepumpten Faserverstärker übertragen wird. Hierzu werden üblicherweise Einmodenfasern benutzt, um die beim Einfügen des Pumpsignals in die verstärkende Erbium­ faser - ebenfalls eine Einmodenfaser - entstehende Einfüge­ dämpfung gering zu halten - siehe hierzu insbesondere "Error- Free 32.10 Gbit/s Unrepeatered Transmission Over 450 km", J.P. Blondel e. al., ECOC 99, Nizza, France.

Desweiteren ist aus WO 95/10868 ein optischer Multi-Clad- Faserverstärker bekannt, der über eine Multi-Mode- Pumplichtquelle gespeist wird. Hierzu ist der Multi-Clad- Faserverstärker an die Multi-Mode-Pumpsignalquelle über eine Multi-Mode-Faser angeschlossen, mit deren Hilfe das Pumpsi­ gnal bzw. die Pumpsignale in das Multi-Mode-Cladding des Mul­ ti-Clad-Faserverstärkers eingekoppelt wird bzw. werden. Hier­ durch ist eine durch einen Pumplaser gespeiste Verstär­ keranordnung beschrieben, bei der das Pumpsignal einer Multi- Mode-Pumpsignalquelle mit einer geringen Einfügedämpfung mit Hilfe einer kurzen Multi-Mode-Faser in das Cladding des Mul­ ti-Clad-Faserverstärkers eingefügt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das Fernpumpen eines Faserverstärkers zu verbessern bzw. die durch Fernpumpen zu überbrückende Entfernungen zwischen Pump­ signalquelle und Faserverstärker zu erhöhen. Die Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruches 1 durch das Merkmal des kenn­ zeichnenden Teils gelöst.

Der wesentliche Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß die Pumpsignalquelle zum Fernpumpen eines fern von ihr angeordneten Multi-Clad-Faserverstärkers vorge­ sehen ist, der über mindestens eine entsprechend lange Multi- Mode-Faser mit der Pumpsignalquelle verbunden ist. Besonders vorteilhaft steht zum Fernpumpen des Multi-Clad- Faserverstärkers aufgrund des größeren Faserquerschnitts der entsprechend langen Multi-Mode-Faser eine höhere Pumpsignal­ leistung zur Verfügung, wodurch der Ort der Verstärkung wei­ ter entfernt vom Ort der Pumpsignalquelle gewählt werden kann. Zusätzlich werden durch die erfindungsgemäße Verwendung der Multi-Mode-Faser zum Fernpumpen des Multi-Clad- Faserverstärkers die beim Pumpen mit hohen Pumpsignalleistun­ gen entstehenden Nichtlinearitäten reduziert und somit kann wiederum durch ein mit gleichbleibender Sendeleistung an Land eingespeistes Pumpsignal mit Hilfe der erfindungsgemäßen An­ ordnung eine wesentlich effektive Pumpwirkung als mit einer herkömmlichen Einmodenfaser erzeugt werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist dar­ in zu sehen, daß die Pumpsignalquelle zum codirektionalen oder contradirektionalen oder bidirektionalen Fernpumpen des Multi-Clad-Faserverstärkers vorgesehen ist - Anspruch 2. Das über die erfindungsgemäße Anordnung übertragene Pumpsignal kann vorteilhaft nach erfolgreicher Einkopplung in das Multi- Mode-Cladding des Multi-Clad-Faserverstärkers zum codirektio­ nalen oder contradirektionalen oder bidirektionalen Pumpen des Multi-Clad-Faserverstärkers benutzt werden, welches die für den jeweiligen Anwendungfall günstigste Pumpvariante er­ möglicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Pumpsignalquellen zum Fernpumpen des Multi-Clad- Faserverstärkers vorgesehen - Anspruch 3. Um die Signallei­ stung zu erhöhen können vorteilhaft mehrere Signalquellen zur Erzeugung von mehreren Pumpsignalen vorgesehen sein, die über zumindest eine entsprechend lange Multi-Mode-Faser zum Fern­ pumpen an den zumindest einen Multi-Clad-Faserverstärker übertragen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Blockschaltbil­ des näher erläutert.

In der Fig. 1 ist eine eine optische Sendeeinheit TXU und eine optische Empfangseinheit RXU aufweisende, optische Über­ tragungsstrecke OTS dargestellt, wobei beispielsweise ein Ausgang e der optischen Sendeeinheit TXU über eine erste op­ tische Faser OF1, einen ersten Multi-Clad-Faserverstärker MCF1, eine optische Faser OF sowie über einen zweiten Multi- Clad-Faserverstärker MCF2 und einer zweiten optischen Faser OF2 mit einem Eingang i der optischen Empfangseinheit RXU verbunden ist.

Desweiteren weist die optische Sendeeinheit TXU eine Pumpsi­ gnalquelle PST und eine Datensignalquelle OTU auf, wobei die Pumpsignalquelle PST an den Pumpausgang pe und die Datensi­ gnalquelle OTU an den Ausgang e der Sendeeinheit TXU ange­ schlossen sind. Der Ausgang e der Sendeeinheit TXU ist über eine erste optische Faser OF1 mit dem Eingang i des ersten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF1 und der Pumpausgang pe der Sendeeinheit TXU ist über eine erste Multi-Mode-Faser MMF1 mit den Pumpeingang pi des ersten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF1 verbunden, wobei der erste Multi-Clad-Faserverstärker MCF1 weit entfernt von der Sendeeinheit TXU angeordnet ist. Der Ausgang e des ersten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF1 ist über die optische Faser OF an ein den Eingang i des zweiten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 angeschlossen, dessen Aus­ gang e über eine zweite optische Faser OF2 an den Eingang i der optischen Empfangseinheit RXU und dessen Pumpsignalein­ gang pi über eine zweite Multi-Mode-Faser MMF2 an den Pump­ ausgang pe der optischen Empfangseinheit RXU angeschlossen ist.

Analog zur optischen Sendeeinheit TXU weist die optische Emp­ fangseinheit RXU einen an den Eingang i angeschlossenen opti­ schen Empfänger ORU und eine an den Pumpsignalausgang pe an­ geschlossene weitere Pumpsignalquelle PSR auf.

Gemäß der Fig. 1 wird ein optisches Datensignal bzw. Signal os von der in der optischen Sendeeinheit TXU angeordneten Sendesignalquelle OTU erzeugt und über den Ausgang e der Sen­ deeinheit TXU in die erste optische Faser OF1 eingespeist. Das optische Signal os wird im folgenden vom Ausgang e der optischen Sendeeinheit TXU über die erste optische Faser OF1 zum Eingang i des weit entfernt angeordneten ersten Multi- Clad-Faserverstärkers MCF1 übertragen, wobei durch die strichliert gezeichnete, erste optische Faser OF die bei bis­ lang realisierten optischen Übertragungsstrecken OTS vorlie­ gende Entfernung, beispielsweise von mehreren Kilometern, zwischen der optischen Sendeeinheit TXU und dem ersten Multi- Clad-Faserverstärkers MCF1 angedeutet wird.

Zusätzlich wird mit Hilfe der in Sendeeinheit TXU angeordne­ ten Pumpsignalquelle PST ein erstes Pumpsignal ps1 erzeugt und über die erste Multi-Mode-Faser MMF1 an den Pumpeingang pi des ersten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF1 übertragen. Der erste Multi-Clad-Faserverstärker MCF1 wird mit Hilfe des über die erste Multi-Mode-Faser MMF1 übertragenen ersten Pumpsignals ps1 ferngepumpt, wobei das erste Pumpsignals ps1 in das in der Fig. 1 nicht dargestellte Multi-Mode-Cladding des ersten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF1 eingekoppelt wird. Dabei kann der Einkopplungsort des ersten Pumpsignals ps1 abhängig von der gewählten Pumprichtung bzw. gewählten Pumpvariante für den ersten Multi-Clad-Faserverstärker MCF1 festgelegt werden. So kann der erste Multi-Clad- Faserverstärker MCF1 beispielsweise codirectional oder con­ trodirectional oder gegebenfalls sogar bidirektional durch das von der Pumpsignalquelle PST erzeugte erste Pumpsignal ps1 ferngepumpt werden.

Nach der Verstärkung bzw. Vorverstärkung des optischen Si­ gnals os wird das optische Signal os auf die eigentliche op­ tische Übertragungsstrecke OTS, d. h. auf die optische Faser OF, gegeben bzw. in die optische Faser OF eingespeist. Durch die strichliert gezeichnete optische Faser OF soll eine opti­ sche Übertragungsstrecke OTS von mehreren hundert Kilometern Länge angedeutet werden.

Das am Eingang i des zweiten optischen Multi-Clad- Faserverstärkers MCF2 empfangene optische Signal os ist durch die bei der Übertragung entstehenden nichtlinearen Effekte verzerrt bzw. gedämpft und wird im folgenden mit Hilfe des zweiten optischen Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 vor dem Erreichen der optischen Empfangseinheit RXU nochmals nachver­ stärkt. Hierzu wird mit Hilfe der in der optischen Empfangs­ einheit RXU angeordneten weiteren Pumpsignalquelle PSR ein zweites Pumpsignal ps2 erzeugt und dieses über die an den Pumpausgang pe der Empfangseinheit RXU angeschlossene zweite Multi-Mode-Faser MMF2 an den Pumpeingang pi des zweiten Mul­ ti-Clad-Faserverstärkers MCF2 übertragen. Der zweite Multi- Clad-Faserverstärkers MCF2 ist wiederum erfindungsgemäß über eine entsprechend lange zweite Multi-Mode-Faser MMF2 an die weitere Pumpsignalquelle PSR angeschlossen, d. h. der zweite Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 ist mehrere Kilometer ent­ fernt von der optischen Empfangseinheit RXU angeordnet.

Zum Fernpumpen des zweiten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 wird das über die entsprechend lange zweite Multi-Mode-Faser MMF2 übertragene zweite Pumpsignal ps2 in das Multi-Mode- Cladding des zweiten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 einge­ koppelt, wobei wiederum der Einkoppelort abhängig von der ge­ wählten Pumprichtung bzw. gewählten Pumpvariante für den zweiten Multi-Clad-Faserverstärker MCF2 festgelegt wird.

Das mit Hilfe des ferngepumpten zweiten Multi-Clad- Faserverstärkers MCF2 verstärkte optische Signal os wird vom Ausgang e des zweiten Multi-Clad-Faserverstärkers MCF2 über die zweite optische Faser OF2 zum Eingang i der optischen Empfangseinheit RXU bzw. zum optischen Empfänger ORU übertra­ gen.

Desweiteren können mehrere Pumpsignalquellen PSR, PST sowohl in der optischen Sende- als auch in der optischen Empfangs­ einheit TXU, RXU zur Erzeugung von weiteren optischen Pumpsi­ gnalen vorgesehen sein, die zu ein Erhöhung der einspeisbaren Pumpsignalleistung beitragen - in der Fig. 1 nicht darge­ stellt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist keinesfalls auf WDM- Übertragungssysteme bzw. WDM-Übertragungsstrecken beschränkt, sondern kann für die Realisierung von beliebigen optischen Übertragungstrecken OTS eingesetzt werden.

Claims (3)

1. Anordnung zum Pumpen eines Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) durch eine Pumpsignalquelle (PDT, PSR), wobei ein Pumpsignal (ps1, ps2) über mindestens eine Multi-Mode-Faser (MMF1, MMF2) in das Multi-Mode-Cladding des Multi-Clad- Faserverstärkers (MCF1, MCF2) eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpsignalquelle (PDT, PSR) zum Fernpumpen eines fern von ihr angeordneten Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) vorgesehen ist, der über mindestens eine entsprechend lange Multi-Mode-Faser (MMF1, MMF2) mit der Pumpsignalquelle (PDT, PSR) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpsignalquelle (MCF1, MCF2) zum codirektionalen oder contradirektionalen oder bidirektionalen Fernpumpen des Mul­ ti-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pumpsignalquellen (MCF1, MCF2) zum Fernpumpen des Multi-Clad-Faserverstärkers (MCF1, MCF2) vorgesehen sind.