DE4028180A1 - Solitonen-uebertragung mit grossen raman-verstaerkungsperioden - Google Patents
Solitonen-uebertragung mit grossen raman-verstaerkungsperiodenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Solitonen-Übertragung
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Anord
nung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus IEEE Journal of Quantum Electronics, VOL. QE-22, NO. 1 vom
Januar 1986, Seiten 157-173 (L.F. Mollenauer et al) sowie aus
Laser und Optoelektronik Nr. 4/1987, Seiten 393-400, insbe
sondere Seiten 393-395 (F. Mitschke), ist ein Verfahren zur
Solitonen-Übertragung in Lichtwellenleitern bekannt, bei der
die Dämpfung der übertragenen Solitonen durch Absorption im
Lichtwellenleiter durch eine Raman-Verstärkung ausgeglichen
werden kann. Dabei wird zusätzlich zum Solitonen-Signal ein
Dauerstrichlicht etwas kürzerer Wellenlänge in die Faser ein
gespeist, wobei die Verstärkung der Signalphotonen von der
Intensität des Pumplichts abhängt. Entsprechend der Abb. 2
in der letztgenannten Veröffentlichung (F. Mitschke) ist die
Raman-Verstärkung in Glasfasern sehr breitbandig, wobei ein
deutliches Maximum bei etwa 13 THz auftritt. Um diesen Fre
quenzabstand ist also die Ramanpumpwelle gegenüber dem Signal
licht nach höheren Frequenzen versetzt. Die Ramanpumpwelle ist
dabei räumlich periodisch in den Lichtwellenleiter einzuspei
sen, der Abstand zweier Einspeisepunkte ist die Verstärkungs
periode. Dabei ist eine möglichst große Verstärkungsperiode an
zustreben. Diese ist jedoch durch die Tatsache begrenzt, daß
die Ramanverstärkung abhängig von der Intensität der Pumpwelle
ist und diese aufgrund der Faserdämpfung zwischen den Ein
speisepunkten abnimmt. Die Dämpfung des Solitons ist also nur
im Mittel, nicht lokal kompensiert. Dies führt zu Impulsverzer
rungen, wie bei Mollenauer (siehe oben) und Hauff (Proceedings
of the Conference on Nonlinear Optics, Stouffer Waiohai Beach,
Hawaii, July 1990) angegeben wird. Weiterhin wird die Möglich
keit, Wellenlängenmultiplex zur Erhöhung der Datenraten einzu
setzen, stark eingeschränkt, da in einer nicht dämpfungsfreien
Faser die Solitonen verschiedener Wellenlängen wechselwirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also in der Vergrößerung der
Verstärkungsperioden zur Verbesserung der Übertragungsmöglich
keiten durch Erhöhung des Bandbreiten-Entfernungs-Produkts der
Solitonen-Übertragungsstrecke.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Solitonen-Übertragung
der eingangs erwähnten Art gelöst, das durch die Merkmale des
Kennzeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Der Vor
teil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Vermeidung
der Impulsverzerrung, da sich Solitonen in einer näherungsweise
effektiv dämpfungsfreien Faser ungestört und verzerrungsfrei
ausbreiten, sowie der Vermeidung der Solitonen-Welchselwirkung
bei Wellenlängenmultiplex. Dadurch ergeben sich höhere Übertra
gungsraten und größere Verstärkungsperioden. Im Hinblick auf
eine Realisierung zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsge
mäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 und eine
leicht realisierbare Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
ist in den Patentansprüchen 5 bis 7 näher beschrieben.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert werden.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen symmetrischen Einspeisepunkt für zwei Ramanpump
wellen mit vier Lasern und
Fig. 2 eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 1 mit nur
zwei Lasern.
Der in der Fig. 1 dargestellte Einspeisepunkt ist für eine Si
gnal- bzw. Solitonenwellenlänge von 1,65 µm, eine erste Raman
pumpwelle mit einer Wellenlänge von 1,55 µm und eine zweite
Ramanpumpwelle mit einer Wellenlänge von 1,45 µm ausgebildet.
Die Wellenlängen wurden dabei so gewählt, daß auch bei einem
für die Raman-Verstärkung optimalen Frequenzabstand zwischen
Solitonensignal und erster Ramanpumpwelle sowie zwischen erster
und zweiter Ramanpumpwelle letztere noch ausreichend Frequenz
abstand zu den Dämpfungsmaxima der verwendeten Glasfasern auf
weist. Der vollkommen symmetrische Aufbau des Einspeisepunktes
ermöglicht eine bidirektionale Arbeitsweise, zu diesem Zweck
sind auf der linken Seite ein erster Eingangsanschluß E1 für
ein von links nach rechts zu übertragendes Solitonensignal und
auf der rechten Seite ein zweiter Eingangsanschluß E2 für ein
in Gegenrichtung zu übertragendes Solitonensignal vorgesehen.
Diese Eingangsanschlüsse sind gleichzeitig die Ausgangsanschlüs
se A2 bzw. A1 für das Solitonensignal der jeweiligen Gegen
richtung. Die Eingangsanschlüsse sind jeweils mit dem ersten
Anschluß eines ersten bzw. zweiten Eingangs-Wellenlängenmulti
plexers WDM11, WDM12 verbunden. Bei diesen Wellenlängenmulti
plexern handelt es sich um Faserschmelzkoppler für die genannten
Wellenlängenbereiche, die dadurch hergestellt werden, daß zwei
Glasfasern an einer Berührungstelle miteinander verschmolzen
und während des Verschmelzens die Verbindungsstelle durch Aus
einanderziehen verjüngt wird. Während des Auseinanderziehens
wird Licht mit der vorgesehenen Arbeitswellenlängen in die
Fasern eingekoppelt. An den Faserausgängen können dann
Kopplungssprünge während des Auseinanderziehens beobachtet
werden, erfahrungsgemäß ist ein derartiger Wellenlängenmulti
plexer nach 11 Kopplungssprüngen optimal eingestellt, so daß
dann das Auseinanderziehen beendet wird. Damit hat jeder
Wellenlängenmultiplexer vier Anschlüsse, die den beiden Paaren
der Faserenden entsprechen. Die Eingangsanschlüsse E1 bzw. E2
sind dabei mit derjenigen Faser verbunden, an deren anderem
Ende ein erster bzw. vierter Laser L1, L4 angeschlossen ist.
Die zweite Faser der Eingangswellenlängenmultiplexer ist auf
der dem Eingangsanschluß E1 bzw. E2 unmittelbar benachbarten
Seite nicht beschaltet, auf der anderen Seite stellt der
Faseranschluß den Ausgangsanschluß des betreffenden Wellen
längenmultiplexers WDM11, WDM12 dar. Diese Anschlüsse sind mit
Eingangsanschlüssen von Zwischen-Wellenlängenmultiplexern
WDM21, WDM22 verbunden, bei denen es sich um einfache Wellen
längenmultiplexer mit 200 nm Kanalabstand handelt. Die Wellen
längenmultiplexer WDM11, WDM12 sind als Faserschmelzkoppler
aufgebaut, wobei durch die gewählten Glasfasern eine Überkopp
lung nur für das Solitonensignal mit einer Wellenlänge von 1,65 µm
und das zweite Ramanpumpsignal mit einer Wellenlänge von
1,45 µm erfolgt, die erste Ramanpumpwelle mit einer Wellenlänge
von 1,55 µm aber nicht überkoppelt wird. An das andere Ende der
mit dem Eingangsanschluß der betreffenden Zwischen-Wellen
längenmultiplexer verbundenen Faser ist ein zweiter bzw. drit
ter Laser L2, L3 angeschlossen. Das dem jeweiligen Eingangsan
schluß benachbarte Ende der anderen Faser der Zwischen-Wellen
längenmultiplexer ist nicht beschaltet, während das andere Ende
dieser Fasern, also die Ausgangsanschlüsse der beiden Zwischen-
Wellenlängenmultiplexer miteinander verbunden sind und dadurch
die beiden Hälften des Pumpwellen-Einspeisepunktes miteinander
verbinden. Ein derartig aufgebauter Einspeisepunkt hat den Vor
teil, daß Laser mit vergleichsweise niedriger Laserleistung
verwendet werden können, dafür sind aber vier einzelne Laser
vorzusehen. Der mit dem ersten Eingangs-Wellenlängenmultiplexer
verbundene erste Laser L1 erzeugt ebenso wie der mit dem zwei
ten Eingangs-Wellenlängenmultiplexer verbundene vierte Laser L1
die erste Ramanpumpwelle mit einer Wellenlängen von etwa 1,55 µm.
Die mit den Zwischen-Wellenlängenmultiplexer verbundenen
zweiten bzw. dritten Laser L2, L3 erzeugen die zweite Raman
pumpwelle mit einer Wellenlänge von etwa 1,45 µm.
Zur Erhöhung der Pumpwellenleistung kann in die Verbindung
zwischen Laser und jeweiligen Anschluß der Wellenlängenmulti
plexer ein Zusatzverstärker, beispielsweise in Form eines be
kannten erbiumdotierten Faserverstärkers eingeschaltet werden.
Bei Verwendung von Lasern mit großen in die verwendeten Mono
mode-Fasern bzw. Monomode-Fasern mit geringer Dispersion ein
koppelbaren Laserleistungen kann entweder auf den ersten und
zweiten oder den dritten und vierten Laser verzichtet werden.
Damit ergibt sich die Anordnung nach der Fig. 2, bei der der
Aufbau der Wellenlängenmultiplexer beibehalten wurde, die vom
ersten Laser L1 erzeugte erste Ramanpumpwelle aber dem Ein
gangsanschluß eines ersten Leistungskopplers LK1 und entspre
chend die vom zweiten Laser L2 erzeugte zweite Ramanpumpwelle
dem Eingangsanschluß eines zweiten Leistungskopplers LK2 zuge
führt wird. Bei diesen Leistungskopplern LK1 handelt es sich um
handelsübliche symmetrische Faserkoppler. Der andere Eingangs
anschluß dieser Faserkoppler, also das dem Eingangsanschluß be
nachbarte Ende der anderen Faser, ist nicht beschaltet, das
Ende dieser Faser ist der Ausgang des betreffenden Leistungs
kopplers. Die Ausgänge des ersten Leistungskopplers LK1 sind
dabei - miteinander vertauschbar - mit denjenigen Anschlüssen
der Eingangs-Wellenlängenmultiplexer verbunden, an die bei der
Anordnung nach der Fig. 1 der erste bzw. vierte Laser L1, L4
angeschlossen sind. Analog sind die - ebenfalls miteinander
vertauschbaren - Ausgänge des zweiten Leistungskoppler LK2 mit
denjenigen Anschlüssen der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer
WDM21, WDM22 verbunden, an die bei der Anordnung nach der Fig. 1
der zweite bzw. dritte Laser L2, L3 angeschlossen sind. Zur
Erhöhung der Pumpwellenleistung können ebenfalls in die Ver
bindung zwischen die Laser und die Leistungskoppler Zusatzver
stärker, beispielsweise die genannten erbiumdotierten Faserver
stärker, eingeschaltet werden.
Bei Verwendung von Monomode-Faser (SMF) als Übertragungsmedium
ist mittels der beschriebenen Anordnungen eine vollständige
Kompensation der Faserdämpfung über eine Entfernung von etwa
100 km möglich. Bei Verwendung von speziellen Monomode-Fasern
mit abgeflachter Dispersion (DFSMF) ist eine weitere Ver
größerung der Verstärkungsperiode möglich, wobei bei Verwendung
von Solitonen mit einer vollen Halbwertsbreite (FWHM) von etwa
16-17 ps Verstärkungsperioden von weit über 120 km möglich
sind.
Claims (7)
1. Verfahren zur Solitonen-Übertragung in Monomode-Lichtwellen
leitern durch Raman-Verstärkung mittels räumlich-periodischer
Einspeisung einer Ramanpumpwelle, die einen konstanten ersten
Frequenzabstand zum Solitonensignal aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß räumlich-periodisch eine weitere Ramanpumpwelle (RP2) in
den das Solitonensignal führen Lichtwellenleiter eingespeist
wird, die einen etwa dem ersten Frequenzabstand entsprechenden
zweiten Frequenzabstand zur ersten Ramanpumpwelle (RP1) auf
weist.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Solitonensignal eine Wellenlänge von etwa 1,65 µm, die
erste Raman-Pumpwelle (RP1) eine Wellenlänge von etwa 1,55 µm
und die zweite Raman-Pumpwellen (RP2) eine Wellenlänge von etwa
1,45 µm aufweist.
3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und/oder die zweite Raman-Pumpwelle (RP1, RP2)
mittels eines Halbleiterlasers mit nachgeschaltetem Verstärker
erzeugt werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem mit dem Laser verbundenen Verstärker um
einen erbiumdotierten Faserverstärker handelt.
5. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Patentan
sprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster und ein zweiter Wellenlängenmultiplexer (WDM11,
WKM12) vorgesehen sind, die ein miteinander verkoppeltes Glas
faserpaar enthalten und dabei das Ende einer der Glasfasern als
Eingangsanschluß (E1, E2) für die eine Übertragungsrichtung und
als Ausgangsanschluß (A2, A1) für die andere Übertragungsrich
tung dient, daß das andere Ende der mit dem Eingangsanschluß
verbundenen Faser mit einem ersten bzw. vierten Laser (L1, L4)
verbunden ist, daß das den Eingangsanschlüssen benachbarte Ende
der zweiten Glasfaser nicht beschaltet ist und deren anderes
Ende jeweils mit dem Eingangsanschluß eines ersten bzw. zweiten
Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) verbunden ist,
daß diese Zwischen-Wellenlängenmultiplexer ebenfalls als symme
trische und aus zwei Glasfaser bestehende Faserkoppler aufge
baut sind, daß das andere Ende der mit dem Eingangsanschluß
verbundenen Glasfaser der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer
(WDM21, WDM22) mit einem zweiten bzw. dritten Laser (L2, L3)
verbunden ist, daß das dem Eingangsanschluß benachbarte Ende
der zweiten Glasfaser der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer
(WDM21, WDM22) nicht beschaltet ist und das andere Ende dieser
Glasfasern der beiden Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21,
WDM22) miteinander verbunden ist.
6. Anordnung nach Fig. 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlüsse des ersten und des zweiten Eingangs-Wellen
längenmultiplexers (WDM11, WKM12) mit Ausgangsanschlüssen
eines ersten Faser-Leistungskopplers (LK1) verbunden sind,
dessen einer Eingang direkt oder über einen Faserverstärker
an einen Ausgangsanschluß des ersten Lasers (L1) angeschlossen
ist, daß die Anschlüsse der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer
(WDM21, WDM22) mit Ausgangsanschlüssen eines zweiten Faser-Lei
stungskopplers (LK2) jeweils getrennt verbunden sind, dessen
Eingangsanschluß mit einem Ausgangsanschluß des zweiten Lasers
unmittelbar oder über einen Faserverstärker verbunden ist und
daß die zweiten Eingangsanschlüsse des ersten und des zweiten
Faser-Leistungskopplers (LK1, LK2) unbeschaltet sind.
7. Anordnung nach Ansprüchen 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangs- und die Zwischen-Wellenlängenmultiplexer in
Form an sich bekannter Faserschmelzkoppler aufgebaut sind.
Priority Applications (1)
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DE10111969B4 (de) * | 2001-03-13 | 2004-04-15 | Siemens Ag | Multiplexer zur Realisierung von nicht-äquidistanten Abständen zwischen den Pumpenwellenlängen in Breitband Raman Verstärkern |
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1990
- 1990-09-05 DE DE19904028180 patent/DE4028180C2/de not_active Expired - Fee Related
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JP4717321B2 (ja) * | 2000-07-10 | 2011-07-06 | エムピービー テクノロジーズ インコーポレイテッド | 光ファイバ通信システムにおいて分布ラマン増幅を生じさせる縦続接続型励起システム |
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