DE60000800T2

DE60000800T2 - Faseroptisches Übertragungssystem mit Mitteln zur Regenerierung von Pulsen

Info

Publication number: DE60000800T2
Application number: DE60000800T
Authority: DE
Inventors: Benjamin John Eggleton; Gadi Lenz; Richard Elliott Slusher; Stefan Heinz Spalter
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP3654502B2; EP1037416A3; DE60000800D1; JP2000298296A; EP1037416A2; US6201916B1; EP1037416B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Artikel (z. B. ein faseroptisches Kommunikationssystem) mit Mitteln zum Umbilden optischer Impulse.

Allgemeiner Stand der Technik

Frühe faseroptische Kommunikationssysteme verwendeten in der Regel optoelektronische Impulsregeneratoren, die als "Repeater" bezeichnet wurden. Die Regeneration umfaßte eine Detektion eines ankommenden optischen Impulses, Verstärkung, Umbildung und zeitliche Neusteuerung des resultierenden Detektorausgangssignals und Erzeugung des abgehenden optischen Impulses. Dieser Ansatz war relativ kostspielig, aber ansonsten befriedigend, solange die Kommunikationssysteme relativ niedrige Bitraten aufwiesen. Die oben erwähnte optoelektronische Regeneration hat jedoch einen Engpaß, der überwunden werden muß, bevor sehr schnelle Systeme (d. h. Datenraten über etwa 40 Gb/s pro Kanal) installiert werden könnten.
Die Entwicklung faseroptischer Verstärker war ein wichtiger Schritt in Richtung der Beseitigung des optoelektronischen Engpasses. Solche Verstärker liefern jedoch keine Impulsformung und zeitliche Neusteuerung.
Eine volloptische Verarbeitung ist der Schlüssel für die Überwindung der optoelektronischen Engpässe in schnellen Kommunikationsnetzen. Da die Technologie bald Bitraten von 100 Gbit/s pro Kanal in transparenten Kommunikationssystemen erreichen wird, ist eine volloptische Impulsregeneration weithin als ein wichtiger Ersatz herkömmlicher elektronischer Repeater- Technologie anerkannt.
Neben der optischen Begrenzung und Taktwiedergewinnung ist die Impulsumbildung eines der Hauptprobleme der Regeneration optischer Impulse.
Während der Ausbreitung eines optischen Impulses von Sender zum Empfänger eines faseroptischen Kommunikationssystems sind der Faser innewohnende Eigenschaften, wie z. B. Dispersion und Nichtlinearitäten, für die Impuls Verzerrung sowohl im Zeit- als auch im Spektralbereich verantwortlich. Folglich wird die Bitfehlerrate des Systems sowohl in Zeitmultiplex-(TDM-) als auch Wellenlängenmultiplex- (WDM-) Systemen wesentlich vergrößert. Somit wäre es wünschenswert, über ein volloptisches Mittel zur Impulsumbildung zu verfügen. Wünschenswerterweise wäre ein solches Mittel kompakt, einstellbar, wellenlängenselektiv und kosteneffektiv und wäre auf jedes beliebige dispersive nichtlineare faseroptische Kommunikationssystem anwendbar. Die vorliegende Anmeldung beschreibt solche Mittel und Kommunikationssysteme, die solche Mittel umfassen.
M. Nakazawa et al., Electronics Letters, Band 29 (9), S. 729, April 1993, beschreibt ein Soliton- Übertragungssystem, bei dem die Übertragungsfaser Soliton-Übertragungsfaser mit einer mittleren negativen Gruppengeschwindigkeitsdispersion von -0,4 ps/km/nm ist. Das System wird so gewählt, daß die Impulse durchweg als Soliton-Impulse aufrechterhalten werden, wobei die Soliton-Spitzenleistung eines Fundamentalsolitons (N = 1) sogar nur 0,65 mW beträgt und die mittlere Soliton-Periode sogar 935 km lang ist. J. K. Lucek et al., Optical Letters, Band 18 (15), S. 1226, August 1993, beschreiben einen volloptischen Signalregenerator, der einen nichtlinearen Faser-Loop- Mirror umfaßt. S. Bigo et al., IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, Band 3 (5), S. 1208, Oktober 1997, beschreiben die Soliton-Regenerationen durch Mittel, die einen nichtlinearen optischen Loop- Mirror umfassen. B. J. Eggleton et al., Optics Letters, Band 22 (12), S. 883, Juni 1997, beschreiben die volloptische Vermittlung und Impulsumbildung in Fasergittern mit langer Periode, die Licht zwischen sich zusammen ausbreitenden Kern- und Mantelmoden koppeln. B. J. Eggleton et al., Physical Review Letters, Band 76 (10), S. 1627, März 1996, beschreiben die Beobachtung nichtlinearer Ausbreitungseffekte in Faser- Bragg-Gittern, die zu einer nichtlinearen Lichtimpulskomprimierung und Soliton-Ausbreitung führen. Außerdem wird die Soliton-Ausbildung in periodischen Strukturen beschrieben.
Hintergrundinformationen bezüglich optischer Solitons findet man z. B. in "Optical Fiber Telecommunications", Band III A, Kapitel 12, S. 373-460, L. F. Mollenauer et al.: "Optical Solitons-Theory and Experiment", Herausgeber R. Taylor, Cambridge university Press, 1992, insbesondere S. 30-37 und 80-81; und "Nonlinear Fiber Optics", 2. Auflage, G. P. Agrawal, Academic Press (1995), insbesondere S. 42-43 und 144-147.
8. J. Eggleton et al. "Distributed feedback pulse generator based on non-linear fibre grating", Electronics Letters, Band 32, Nr. [25], Dezember 1996, 2341-2342, zeigen, daß bei hohen Intensitäten ein Faser-Bragg-Gitter einen Eingangsimpuls in zwei solitonartige Ausgangsimpulse umsetzt, und schlagen vor, daß dies die Grundlage eines Impulsumbildners bilden könnte.

Glossar und Definitionen

Ein "Soliton"-Impuls bedeutet hier einen im wesentlichen transformationsbeschränkten optischen Impuls, der ein Gleichgewicht zwischen den Effekten der Nichtlinearität und der quadratischen Dispersion in dem Übertragungsmedium, z. B. einer Lichtwellenleiterfaser, darstellt. Ein ideales Soliton entspricht einer Lösung einer nichtlinearen Wellengleichung, z. B. der nichtlinearen Schrödingergleichung. Für praktische Zwecke ist es nicht notwendig, daß ein Impuls vollständig transformationsbeschränkt ist, um hier als Soliton-Impuls betrachtet zu werden, und für die Ausübung der Erfindung sind im allgemeinen im wesentlichen transformationsbeschränkte Impulse akzeptabel.
Ein optischer Impuls ist hierbei ein "transformationsbeschränkter" Impuls, wenn das Produkt seiner spektralen Bandbreite und seiner zeitlichen Breite das Minimum ist, das von den Fourier-Zeit- Frequenz-Beziehungen zugelassen wird. Ein optischer Impuls ist hierbei "im wesentlichen transformationsbeschränkt", wenn das Produkt seiner spektralen und zeitlichen Breite höchstens 10% größer als das durch die Fourier-Zeit-Frequenz-Beziehungen zugelassene Minimum ist.
Ein optischer Impuls ist hierbei ein elektromagnetischer Impuls einer für faseroptische Kommunikation verwendbaren Wellenlänge, ohne Einschränkung auf Wellenlängen im sichtbaren Teil des Spektrums.
Eine periodische optische Struktur ist "apodisiert", wenn mindestens ein Ende davon so ausgelegt ist, daß es Außerband-Reflektionsschultern im Spektrum minimiert, entsprechend einer Impedanzanpassung der periodischen Struktur an das zusammenhängende Übertragungsmedium.
Eine physikalische Größe P ist eine nichtlineare Funktion einer physikalischen Größe Q, wenn die Größe P(Q) in der Form P(Q) = χ&sub0; + χ&sub1; Q + χ&sub2; Q² + Q³ ..., ausgedrückt werden kann, wobei mindestens eine der Suszeptibilitäten χ&sub2;, χ&sub2; ... von Null verschieden ist. Hierbei bedeutet Q in der Regel das elektrische Feld und P in der Regel die Polarisation, wobei χ&sub0;, χ&sub1;, ... im allgemeinen als Suszeptibilitäten referiert werden.
Ein "nichtlinearer optischer Loop-Mirror" (NOLM) umfaßt einen optischen Koppler und eine nichtlineare Lichtwellenleiterfaser, die die beiden Ausgangsports des Kopplers verbindet, und kann eine intensitätsabhängige Umschaltung bereitstellen.
"Anomale Gruppengeschwindigkeitsdispersion" entspricht hierbei der Bedingung β&sub2; < 0, wobei β&sub2; wie unten definiert ist.
"Chalkogenidglas" bedeutet amorphes Material mit einem oder mehreren Elementen der Spalte VI (z. B. S, Se, Te) und in der Regel außerdem mit einem oder mehreren von Ge, As, Sb, oder Te. Ein beispielhaftes Chalkogenidglas hat die Zusammensetzung As&sub2;S&sub3;.
Mit "photonische Bandlücke" ist hierbei ein Frequenzband gemeint, in dem die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen verboten ist. Insbesondere tritt in dem Frequenzband nur ein kleiner Durchlaß auf, beispielsweise etwa 20 dB weniger als außerhalb des Frequenzbands.

Kurze Darstellung der Erfindung

In faseroptischen Kommunikationssystemen können lineare Impulskomprimierungstechniken lineare Impulsverzerrungen korrigieren, die durch Dispersion eingeführt werden. Zur Kompensation nichtlinearer Verzerrungen, die gewöhnlich bei der Übertragung von optischen Impulsen auftreten, sind jedoch nichtlineare Technologien erforderlich.
Das Impulsumbildungsmittel gemäß der Erfindung umfaßt einen nichtlinearen optischen Wellenleiter (optische Faser oder planar) mit optischen Eigenschaften, die sich periodisch entlang der Längsachse des Wellenleiters ändern. Bei bevorzugten Ausführungsformen variiert der effektive Brechungsindex des Wellenleiterkerns periodisch, wodurch ein Bragg-Gitter gebildet wird.
Der Einfachheit halber wird der nichtlineare Wellenleiter mit sich periodisch ändernder Eigenschaft (oder sich periodisch ändernden Eigenschaften) im folgenden als "Gitter" bezeichnet, ungeachtet der Art der verwendeten Variation.
Optische Impulse der entsprechenden Wellenlänge und Amplitude werden in das Gitter eingespeist und breiten sich durch dieses aus und erfahren dabei eine effektive Gruppengeschwindigkeitsdispersion, die in der Regel anomal und groß ist, beispielsweise viele Größenordnungen größer als bei herkömmlichen Lichtwellenleiterfasern.
Wenn genauer gesagt die Spitzenleistung eines ankommenden verzerrten Impulses einen (später zu besprechenden) Schwellenwert übersteigt, gleicht die Gitternichtlinearität die Dispersion aus und der verzerrte Impuls wird in einen im wesentlichen transformationsbeschränkten Impuls transformiere. Der ankommende Impuls wird in der Regel durch Dispersion und Nichtlinearität des Aufwärts-Übertragungsweges verzerrt. Der umgebildete Impuls wird in der Regel einem Abwärts-Benutzungsmittel zugeführt.
Ausführungsformen der Erfindung kombinieren eine hohe Gruppengeschwindigkeitsdispersion und hohe Nichtlinearität (in der Regel Kerr-Nichtlinearität) in einer einzigen oder segmentierten kompakten Umbildungseinrichtung. Die Gruppengeschwindigkeitsdispersion ist in der Regel um viele Größenordnungen größer als die Dispersion in Kieselglas. Dies wird mittels der periodischen Modulation des effektiven Index entlang der Impulsausbreitungsachse der Umbildungseinrichtung erreicht. Als Ergebnis wird die für Solitons erforderliche charakteristische Länge (die im allgemeinen als Soliton-Periode oder -Länge bezeichnet wird) im Vergleich zu herkömmlichem Kieselgel um viele Größenordnungen reduziert, so daß eine kompakte und stabile Impulsumbildungseinrichtung möglich wird. Außerdem hält die Verwendung stark nichtlinearen Materials (z. B. eines Chalkogenidglases oder LiNbO&sub3;) bei Anwesenheit einer hohen Gruppengeschwindigkeitsdispersion die minimale, für die Soliton-Ausbildung erforderliche Impulsspitzenenergie auf mäßigen Werten, da die minimale Spitzenenergie für die Soliton- Ausbildung proportional zu dem Verhältnis der Gruppengeschwindigkeitsdispersion und der Nichtlinearität ist.
Eine Segmentierung der Impulsumbildungseinrichtung in zwei oder mehr Abschnitte (z. B. einen Abschnitt mit hoher Nichtlinearität und einen oder mehrere Abschnitte mit hoher Gruppengeschwindigkeitsdispersion) ist möglich, solange die Segmente im Vergleich zu der Soliton-Periode kurz sind. Außerdem können einer Impulsumbildungseinrichtung gemäß der Erfindung ein oder mehrere Verstärkungsabschnitte zugeordnet sein, beispielsweise als Vorverstärker, als ein oder mehrere Verstärker, die zwischen Segmenten der Impulsumbildungseinrichtung angeordnet sind, oder in einer beliebigen anderen gewünschten Sequenz.
Als ein allgemeiner Aspekt wird die Erfindung in einem Artikel (z. B. einem faseroptischen Kommunkationssystem) mit verbesserter volloptischer Impulsumbildung realisiert.
Genauer gesagt wird die Erfindung in einem Artikel realisiert, der einen volloptischen Impulsumbildner umfaßt, der so ausgelegt ist, daß er einen spektral und zeitlich verzerrten optischen Impuls, der dem Impulsumbildner zugeführt wird, in einen im wesentlichen transformationsbeschränkten optischen Impuls transformiert.
Signifikanterweise weist der Impulsumbildner einen Eingang, einen Ausgang-Abwärtsstrom des Eingangs und ein den Eingang und den Ausgang durchlassend verbindendes Lichtwellenleitersignal auf. Der optische Wellenleiter umfaßt optisch nichtlineares Material mit einer periodischen Änderung eines effektiven Brechungsindex. Das optisch nichtlineare Material und die periodische Änderung werden so gewählt, daß für spektral und zeitlich verzerrte optische Impulse einer Spitzenenergie über der Schwellenenergie die spektral und zeitlich verzerrten Impulse zu den im wesentlichen transformationsbeschränkten optischen Impulsen umgebildet werden, die einem Benutzungsmittel (z. B. einer signalabwärts angeordneten Lichtwellenleiterfaser oder einem Empfänger) zugeführt werden.
Ein Artikel gemäß der Erfindung umfaßt in der Regel Mittel zum Kompensieren der linearen Dispersion in einem spektral und zeitlich verzerrten Impuls und außerdem Mittel zum Kompensieren einer nichtlinearen Impuls Verzerrung in den optischen Impulsen. Die Mittel zum Kompensieren mindestens eines Teils der linearen Dispersion können herkömmliche Dispersionskompensationsfaser oder andere bekannte Techniken sein, z. B. lineare Impulskomprimierung. Im allgemeinen werden jedoch sowohl die linearen als auch die nichtlinearen Impulsverzerrungen in derselben Struktur kompensiert. Diese Effekte können im allgemeinen in einer Einrichtung der Länge von etwa einem Meter erreicht werden.
Die nachfolgende Besprechung erfolgt im allgemeinen hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform, wobei der Wellenleiter in dem Impulsumbildner eine Kompensation der linearen und nichtlinearen Verzerrung liefert.
Dies dient lediglich zur Erläuterung und für Fachleute ist erkennbar, daß die Erfindung nicht in dieser Hinsicht beschränkt ist. Der Wellenleiter mit dem Gitter (so wie der Begriff hier verwendet wird) sowie die gesamte Impulsformungseinrichtung werden als der Bragg-Soliton-Impuls-Umbildner (BSPR) bezeichnet.
Die Solitonenergie E&sub1;(τ) kann ohne weiteres für den Fall eines Eingangsimpulses mit ungechirpter sech-Form berechnet werden und die oben erwähnte untere Schwellenenergie beträgt E&sub1;(τ)/4. In der Praxis weist der Eingangsimpuls in der Regel keine ungechirpte sech- Form auf und eine numerische Simulation dient zur Bestimmung der Schwellenenergie.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch beispielhafte faseroptische Übertragungssysteme gemäß der Erfindung;
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch relevante Aspekte von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei erstere einen BSPR mit hoher χ&sub3;-Nichtlinearität (beispielsweise eine Chalkogenidglasfaser) und letztere einen BSPR mit kaskadiertem Material mit hohem χ&sub2; (z. B. periodisch gepoltes LiNbO&sub3;) zeigt;
Fig. 5 zeigt schematisch einen beispielhaften BSPR und seinen normierten Spitzenbrechungsindex als Funktion der Position;
Fig. 6 zeigt die Impulsumbildung durch Impulsausbreitung durch einen BSPR, bestimmt durch eine Computersimulation;
Fig. 7 zeigt die optische Leistung und optische Phase als Funktion der Zeit eines Eingangsimpulses für einen BSPR und des entsprechenden Ausgangsimpulses, bestimmt durch Computersimulation;
Fig. 8 zeigt schematisch einen beispielhaften BSPR mit planarem periodisch gepoltem Wellenleiter; und
Fig. 9 zeigt schematisch relevante Aspekte eines Systems gemäß der Erfindung mit einem BSPR und nichtlinearem optischen Loop-Mirror.
Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabs- oder proportionsgetreu. Ähnliche Merkmale in verschiedenen Figuren werden im allgemeinen durch dieselbe Bezugszahl bezeichnet.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt schematisch ein beispielhaftes faseroptisches Übertragungssystem 10 gemäß der Erfindung. Das System umfaßt einen Sender 11, einen Empfänger 12 und einen den Sender und den Empfänger Signal übertragend verbindenden Übertragungsweg. Der Übertragungsweg umfaßt in der Regel herkömmliche optische Übertragungsfaser 14 und wahlweise einen oder mehrere optische Verstärker (151, 152... 15m, ...15n), in der Regel faseroptische Verstärker, z. B. erbiumdotierte Faserverstärker, die so ausgewählt werden, daß sie optische Signale in dem 1,5-um-Wellenlängenbereich oder einem beliebigen anderen entsprechenden Wellenlängenbereich verstärken.
Das System von Fig. 1 umfaßt außerdem den BSPR 16, der den verzerrten Impuls 17 empfängt und ihn umbildet, um einen im wesentlichen transformationsbeschränkten Impuls 18 zu erhalten, der sich zum Empfänger ausbreitet. Es versteht sich, daß ein BSPR direkt vor dem Empfänger angeordnet sein könnte.
Das System von Fig. 1 arbeitet beispielsweise bei einer einzigen Wellenlänge. Es sind jedoch Systeme bekannt, die mehr als eine Betriebswellenlänge aufweisen (d. h. WDM-Systeme), und BSPRs können in solchen Systemen vorteilhaft eingesetzt werden. Dies ist in Fig. 2 exemplifiziert, worin ein Q-Kanal-WDM-System schematisch abgebildet ist. Die WDM-Signale aus Sender 11 breiten sich signalabwärts zu dem Verstärker 15 m aus und werden durch einen herkömmlichen Demultiplexer 19 (z. B. ein Array-Wellenleitergitter; siehe zum Beispiel H. Takahashi et al., Electronics Letters, Band 26, S. 87 (1990) demultiplexer t. Die gemultiplexten Kanäle werden dann zur Umbildung jeweiligen BSPRs 161-16q zugeführt, wobei jeder BSPR auf die entsprechende Wellenlänge abgestimmt ist. Die umgebildeten Impulse werden dann durch den herkömmlichen Multiplexer 20 gemultiplext und breiten sich signalabwärts zu Benutzungmitteln aus.
Es versteht sich, daß Fig. 1 und 2 keine herkömmlichen Merkmale zeigen, wie zum Beispiel Verbinder, Isolatoren oder WDM-Koppler. Ferner versteht sich, daß in WDM- Systemen die BSPRs nicht parallel, sondern in Reihe angeordnet werden könnten, daß BSPRs im Prinzip an einer beliebigen Stelle zwischen Sender und Empfänger angeordnet werden können, und daß die Anzahl von BSPRs pro Kanal häufig größer als Eins ist. Außerdem könnte ein Sampled-Gitter (siehe zum Beispiel F. Ouellette et al., Electronics Letters, Band 31, S. 899 (1995)) als Ersatz entweder für parallel- oder in Reihe geschaltete mehrere BSPRs verwendet werden.
Ein BSPR gemäß der Erfindung umfaßt ein Bragg-Gitter, das in einem Wellenleiter ausgebildet ist, der eine wesentliche Nichtlinearität im bezug auf das elektrische Feld der sich durch den BSPR ausbreitenden Impulse aufweist. Das Bragg-Gitter wird so gewählt, daß die Impulse eine anomale effektive Gruppengeschwindigkeitsdispersion erfahren, die um Größenordnungen (in der Regel mindestens 100 mal) größer (Absolutwert) als die Gruppengeschwindigkeitsdispersion einer herkömmlichen Lichtwellenleiterfaser ist.
Außerdem wird der BSPR so gewählt, daß die Wellenleiter-Nichtlinearität die Dispersion im wesentlichen ausgleicht, wodurch ein gegebener verzerrter Impuls in einen im wesentlichen transformationsbeschränkten Impuls transformiert wird.
Die Übertragung der Impulse durch den BSPR führt also dazu, daß umgebildete verzerrte optische Impulse auch dann glatt und im wesentlichen transformationsbeschränkt sind, wenn während der Übertragung vom Sender zu dem BSPR Dispersion und Nichtlinearitäten die optischen Impulse verzerrt haben, um eine transformationsbeschränkte Form zu bilden, die weit weniger als ideal ist.
Fig. 3 zeigt schematisch einen beispielhaften BSPR 30. Die Bezugszahl 31 bezieht sich auf einen optischen Wellenleiter (in der Regel Lichtwellenleiterfaser) mit einer großen Kerr-Nichtlinearität (entsprechend einem großen χ&sub3;), die in der Regel mindestens 100 mal so groß wie die Nichtlinearität von Quarzglas ist. Beispielsweise umfaßt die Faser Chalkogenid (z. B. AS&sub2;S&sub3;) mit einem in der Faser ausgebildeten apodisierten Bragg-Gitter. Die nichtlineare Faser wird an herkömmliche (z. B. Quarz-Basis) Übertragungsfaser 14 angespleist. Die Bezugszahl 32 bedeutet den verzerrten Eingangsimpuls und 33 bedeutet den im wesentlichen transformationsbeschränkten umgebildeten Impuls. Das Bragg-Gitter wird in dem Faserkern durch herkömmliche Mittel gebildet, z. B. durch selektive Belichtung mit aktinischer Strahlung wie zum Beispiel rotem Licht. Das Bragg-Gitter wird so gewählt, daß es eine photonische Bandlücke aufweist, deren Kurzwellenlängenbandflanke in der Nähe der Mittenwellenlänge (z. B. innerhalb von 5%) der umzubildenden Impulse liegt. Als Ergebnis dieser Wahl der Bandflanke ist die von den Impulsen bei Ausbreitung durch das Bragg-Gitter erfahrene Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) anomal und kann um viele Größenordnungen (mindestens 100 mal) größer als die in der Lichtwellenleiterfaser auf Quarzbasis auftretende GVD sein.
Die Bandlücke des Bragg-Gitters kann ohne weiteres abgestimmt werden, beispielsweise durch Belasten des Gitters oder durch Ändern seiner Temperatur. In der Regel wird die Bandlücke so abgestimmt, daß die GVD des Impulses gerade die Nichtlinearität in dem Gitter ausgleicht. Dies ist eine Bedingung für die Ausbildung von Solitonen.
Fig. 4 zeigt schematisch einen weiteren beispielhaften BSPR 40 gemäß der Erfindung. Die Bezugszahl 41 bezieht sich auf einen Wellenleiter, der in kaskadiertem Material mit hohem χ&sub2;, beispielsweise LiNbO&sub3;, ausgebildet ist. Der Wellenleiter wird beispielsweise auf herkömmliche Weise durch Protonenaustausch ausgebildet. Der BSPR weist zwei Periodizitäten der Periode Lp bzw. Ln auf. Die letztere ist die Periode einer Variation des effektiven Brechungsindexes und die erstere eine Polungslänge, die so gewählt wird, daß Quasi-Phasenanpassung bereitgestellt wird. Die Variation des effektiven Brechungsindexes geht beispielsweise auf die Anwesenheit einer strukturierten Schicht (beispielsweise Siliziumnitrid) in dem Wellenleiter zurück. Ln wird so gewählt, daß eine geeignete optische Bandlücke bereitgestellt wird. Die von den Impulsen, die sich längs des Wellenleiters ausbreiten, erfahrene Dispersion wird abgestimmt, beispielsweise durch Anwendung einer Belastung längs des Wellenleiters oder durch Ändern seiner Temperatur. Die Periodizität Lp wird durch Polung des LiNbO&sub3; ausgebildet, und zwar im wesentlichen gemäß L. E. Myers et al., J. Optical Soc. Of America B, Band 12 (11), S. 2102 (1995); und M. A. Arbore et al., Optics Letters, Band 22 (3), S. 151 (1997). Siehe auch zum Beispiel das US-Patent 5,036,220.
Beide oben besprochenen beispielhaften BSPRs sind wellenlängenselektiv. Deshalb können einzelne Kanäle in einem WDM-System durch solche BSPRs adressiert werden. Durch Abstimmen der Dispersion des BSPR kann die Funktionsweise der Einrichtung an verschiedene Eingangsimpulsenergiewerte angepaßt werden, während die Impulsbreite des Ausgangsimpulses im wesentlichen konstant bleibt. Als Alternative kann für eine gegebene Impuls Spitzenleistung und Impulsbreite am Eingang des BSPR die Impulsbreite am Ausgang durch Ändern der Dispersion verändert werden.
Die Erfindung kann im wesentlichen in jedem beliebigen faseroptischen Kommunikationssystem realisiert werden, das ein "return-to-zero"-Übertragungsformat verwendet, kann jedoch natürlich auch in einer separaten Komponente realisiert werden, die in ein entsprechendes faseroptisches Kommunikationssystem integriert werden kann. Der optische Wellenleiter eines BSPR kann entweder eine Lichtwellenleiterfaser oder ein planarer optischer Wellenleiter sein.
Als nächstes wird eine kurze Zusammenfassung von Solitonen-Eigenschaften gegeben, die analytisch bestimmt werden. Diese analytischen Ergebnisse setzen einen sech-Eingangsimpuls voraus. Die Ergebnisse können als Richtlinien beim Entwurf und Betrieb eines BSPR gemäß der Erfindung dienen. Analoge Ergebnisse für Situationen, in denen der Eingangsimpuls kein sech- Impuls ist, können auch bekannterweise durch numerische Simulation erhalten werden.
Der Ausbildung eines Fundamental-Solitons (N = 1) ist bekanntlich sowohl eine untere als auch eine obere Grenze der Energie eines Solitonen-Impulses zugeordnet. Beginnend mit einem Impuls der Form eines transformationsbeschränkten hyperbolischen Sekans (sech) mit einer vollen Halbwertsbreite (full width at halfmaximum) τ, betragen die untere und obere Grenze der Impulsenergie 25% bzw. 225% der Energie E&sub1;(τ), die der Energie eines Fundamental-Solitons (N = 1) mit der Impulsbreite τ entspricht. Über die Gruppengeschwindigkeitsdispersion β&sub2;, die effektive Kernfläche Aeff, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c, die Impulsmittenwellenlänge λ, die Nichtlinearität n&sub2; und die Impulsbreite τ ausgedrückt, wird E&sub1;(λτ) gegeben durch
Siehe zum Beispiel das obige Lehrbuch von J. R. Taylor, insbesondere S. 34 und Fig. 4.2. Dort wird u. a. der in dem Fundamental-Soliton enthaltene Anteil der Gesamtimpulsenergie gezeigt.
Wenn wieder ein idealer transformationsbeschränkter Impuls mit sech-Form und Breite τ am Eingang für die Eingangsenergie Ein(τ) < E&sub1;(τ) angenommen wird, verbreitert sich die Impulsbreite während der Ausbreitung durch den BSPR, während für Ein(τ) > E&sub1;(τ) sich die Impulsbreite verschmälert.
Eine Längenskalaeigenschaft für die Solitonen- Formulierung ist die sogenannte Soliton-Länge z&sub0;, die folgendermaßen definiert ist:
Damit der BSPR wie beabsichtigt arbeitet, sollte Z&sub0; im allgemeinen kleiner oder gleich der Länge L des BSPR sein.
Wie für Fachleute erkennbar ist, sind Impulse im allgemeinen am Eingang des BSPR nicht transformationsbeschränkt, so daß die oben angeführten Energiegrenzen nur als Richtlinie dienen. Wenn eine Impulsbreite τ am Ausgang erforderlich ist, muß am Eingang mindestens die Energie E&sub1;(τ) zugeführt werden, damit sich ein Soliton bildet. Abhängig von dem Verzerrungsgrad des Eingangsimpulses muß dieser Wert mehr oder weniger überschritten werden. Zum Beispiel übersteigt in dem in Fig. 6 und 7 abgebildeten Fall die Eingangsenergie die Soliton-Energie um einen Faktor 1,25. Die Energiedifferenz wird in das Kontinuum eingekoppelt.
Außerdem sollte beachtet werden, daß E&sub1;(τ) von der Dispersion abhängt, die ein freier und einstellbarer Parameter eines BSPR gemäß der Erfindung ist. Somit ist weniger Energie erforderlich, um ein Soliton einer gegebenen Impulsbreite τ zu bilden, wenn die Dispersion β&sub2; des BSPR reduziert ist. Die Bedingung Z&sub0; < L begrenzt jedoch die mögliche Abnahme der Dispersion.
Ferner versteht sich, daß die Eingangsenergie durch Verstärkung der Signalimpulse mittels eines signalaufwärts des BSPR angeordneten optischen Verstärkers eingestellt werden kann. In der Praxis wird die Systemleistungsfähigkeit in der Regel durch Auswahl der Verstärkung des Verstärkers und der BSPR-Dispersion optimiert.
Ein ideales optisches Soliton weist die Form eines hyperbolischen Sekans (sech) auf. Impulse dieser Form sind außerdem die natürlichen Ausgangssignale vieler gepulster Laser, z. B. Er-dotierter Faserlaser und modenverriegelter Halbleiterlaser. Bei Ausführungsformen der Erfindung können die Eingangsimpulse für die Übertragungswege eventuell sech-Form aufweisen, da Nicht-sech-Impulse im allgemeinen während der Übertragung durch einen BSPR gemäß der Erfindung zu der sech-Form geformt werden.
Die Soliton-Energie kann auf einem relativ niedrigen Wert liegen, der mit faseroptischen Kommunikationssystemen kompatibel ist, wenn der Wellenleiter des BSPR eine große Nichtlinearität aufweist. Beispielsweise umfaßt der Wellenleiter Material mit kaskadierten Nichtlinearitäten zweiter Ordnung (χ&sub2;) (z. B. LiNbO&sub3;) oder stark nichtlineare Materialien dritter Ordnung (χ&sub3;), z. B. Chalkogenidglas. Siehe zum Beispiel D. Y. Kim et al., Optics Letters, Band 19, S. 868 (1994); S. R. Friberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics, Band 23, S. 2089 (1987); und M. Asobe et al., J. of Non-Crystalline Solids, Band 164-166, S. 1223 (1993).
Als Rekapitulation ist in Fig. 1 ein Impuls mit ungefährer sech-Form neben dem Sender 11 gezeigt, was bedeuten soll, daß die Eingangsimpulse in die Faserstrecke eingekoppelt werden. Während der Ausbreitung der Impulse in der Signalabwärtsrichtung erfahren die Impulse Verzerrungen aufgrund der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (ein linearer Effekt) und der Fasernichtlinearitäten (z. B. Kerr- Nichtlinearität). Die erstere alleine ändert das zeitliche Profil der Impulse und die letzteren modifizieren sowohl das spektrale als auch das zeitliche Profil. Im allgemeinen sind sowohl erstere als auch die letzteren in der Lichtwellenleiterfaser vorhanden. Zusammen führen sie zu einer komplexen zeitlichen und spektralen Struktur der Impulse, wie schematisch in dem Diagram in der Nähe des Verstärkers 15 m in Fig. 1 gezeigt ist. Zum Beispiel verwandelt sich ein ursprünglich transformationsbeschränkter Impuls mit konstanter Phase im spektralen und zeitlichen Bereich in einen Impuls mit ungleichförmiger und nichtlinearer spektraler und zeitlicher Phase. Diese Verzerrungen können durch lineare Dispersionskompensationsverfahren, wie zum Beispiel Prismenpaare, Beugungsgitter oder lineare Faser-Bragg-Gitter, nicht kompensiert werden, sondern erfordern ein nichtlineares Kompensationsverfahren. Der BSPR liefert die erforderlichen linearen und nichtlinearen Verzerrungen der verzerrten Impulse, um die verzerrten Impulse in im wesentlichen transformationsbeschränkte Impulse zu transformieren, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt ist.
Bei einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform ist der BSPR eine einfache unitäre Einrichtung mit einer stark dispersiven periodischen Struktur, die sowohl lineare als auch nichtlineare Umbildung bereitstellt. Bei einer nicht bevorzugten Alternative sind jedoch eine lineare Dispersionskompensationseinrichtung (z. B. Dispersionskompensationsfaser) und eine BSPR in der Übertragungsstrecke in Reihe angeordnet. Während erstere die linearen Phasenverzerrungen der Impulse teilweise behebt, wird letztere so gewählt, daß die nichtlinearen Verzerrungen und die verbleibenden linearen Verzerrungen kompensiert werden.
Als nächstes werden zwei beispielhafte BSPRs beschrieben, wobei der erste eine Lichtwellenleiterfaser mit Chalkogenidglaskern und -mantel und der zweite einen in periodisch gepoltem LiNbO&sub3; ausgebildeten planaren Wellenleiter verwendet.

Beispiel 1

Ein Abschnitt Lichtwellenleiterfaser mit Kern und Mantel auf As&sub2;S&sub3;-Basis wird bereitgestellt. Die Kernzusammensetzung ist beispielsweise As&sub3;&sub8;S&sub6;&sub2; und die Mantelzusammensetzung As36,8S63,2. In der Faser wird durch herkömmliches Belichten mit rotem Licht ein apodisiertes Bragg-Gitter ausgebildet. Die Länge Lg des Gitters mit gleichförmiger Brechungsindexmodulation beträgt 110 cm und die Länge La jedes Apodisationsabschnitts 11 cm. Die Brechungsindexmodulationsperiode Ln beträgt 324 nm und ist so gewählt, daß die Bragg-Bedingung erster Ordnung (m = 1)
1n = λB/2n
für eine Bragg-Wellenlänge AB = 1,55 um und einen Kern- Brechungsindex von n = 2,39 erfüllt wird. Fig. 5 zeigt schematisch die Lichtwellenleiterfaser und die Hüllkurve des Brechungsindexprofils, wobei 51 und 52 jeweils den Faserkern und -mantel bedeuten und Δn/n die normierte Brechungsindexänderung ist. Außerdem sind Lg und La angegeben. Dem Bragg-Gitter ist eine Gruppengeschwindigkeitsdispersion β&sub2; zugeordnet, mit
β&sub2; = -(n/c)²(1/δ)(κ/δ)²/[1 - (κ/δ)2]3/2.
In diesem Ausdruck ist c die Lichtgeschwindikeit und κ = πΔnη/λB ist der Kopplungskoeffizient, wobei Δn die Indexmodulation und η der Anteil der Impulsenergie im Kern ist. Für den Abstimmparameter gilt
δ = (n/c)( - B),
wobei die Kreisfrequenz und B die radiale Bragg- Frequenz ist. Die Wellenlängenverstimmung von der Mitte der photonischen Bandlücke des Bragg-Gitters wird gegeben durch
Δλ = -(λB²δ)/(2πn).
Wie aus dem obigen zu sehen ist, hängt das Vorzeichen der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) von der Seite der Bandlücke ab, auf der die Einrichtung betrieben wird. In der Regel ist bei BSPRs gemäß der Erfindung der Frequenzbereich über der photonischen Bandlücke (entsprechend δ > κ), wo GVD negativ ist (d. h. mit β&sub2; < 0) von Interesse. Im Prinzip ist ein Betrieb eines BSPR in dem normalen Dispersionsbereich (β&sub2; > 0) oder sogar in der Bandlücke möglich, aber nicht bevorzugt.
Für Verstimmungen δ in der Nähe von κ kann sich die Dispersion β&sub3; dritter Ordnung auf die Leistungsfähigkeit des BSPRs auswirken, wobei Ba gegeben ist durch:
Solange τ³/ß&sub3; viel kleiner als τ²/β&sub2; ist, kann die Dispersion dritter Ordnung für den BSPR-Betrieb vernachlässigt werden.
Bei dem obigen beispielhaften BSPR sind die Parameter so gewählt, daß die Koppelkonstante κ = 17 590 m&supmin;¹ und die Verstimmung δ = 20 620 m&supmin;¹ ist. Dies ergibt eine GVD (ß&sub2;) des Gitters von -15,75 · 10&sup6; ps²/km, ein Wert, der um einen Faktor von etwa 10&sup6; größer als die GVD (bei 1,55 um) einer Standard-Einmodenkommunikationsfaser ist.
Für Impulse, die möglicherweise nur 100 ps kurz sind, beträgt die entsprechende Soliton-Periode etwa 0,32 m, was den Umstand anzeigt, daß bei Ausbreitung eines verzerrten Impulses durch das Bragg-Gitter ein im wesentlichen bandbreitenbeschränkter Impuls resultieren kann.
Die oben angeführten Werte von κ und δ geben eine Gruppengeschwindigkeit entlang dem Gitter, die in gitterfreiem Chalkogenid nur 52% der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Für diese Parameter wird gleichzeitig die Impulsenergie innerhalb des Gitters im Vergleich zu außerhalb des Gitters um einen Faktor von 5 verstärkt.
Wenn der nichtlineare Brechungsindex n&sub2; (entsprechend χ³) des Chalkogenidfasergitters als 2 · 10&supmin;¹&sup4; cm²/W angenommen wird, wobei κ, δ und λB die oben angeführten Werte aufweisen, beträgt die minimale Energie, die außerhalb des Gitters für ein Fundamental-Soliton (N = 1) mit Breite τ = 100 ps erforderlich ist, 43 pJ. Für einen Impulsstrom mit einem Tastverhältnis von 25% bedeutet diese Energie eine mittlere Leistung von 95 mW. Abhängig von den Verzerrungen des Eingangsimpulses muß dieser Wert mehr oder weniger überschritten werden. Für den konkreten, in Fig. 6 und. 7 gezeigten verzerrten Eingangsimpuls liegt die Eingangsenergie für ein 100-ps-Soliton am BSPR-Ausgang bei 54 pJ, was sich um einen Faktor 1,25 von der entsprechenden Fundamental-Soliton-Energie E&sub1;(τ) = 43 pJ bei τ = 100 ps unterscheidet.
Das obige Beispiel zeigt, daß verzerrte Impulse ohne weiteres mittels eines BSPRs gemäß der Erfindung umgebildet werden können.
Fig. 6 zeigt die Ergebnisse einer numerischen Simulation der Impulsausbreitung durch den oben beschriebenen BSPR. Die Simulation zeigt, daß der stark verzerrte Eingangsimpuls zu einem im wesentlichen transformationsbeschränkten Ausgangsimpuls im wesentlichen der sech-Form in der Gitter-Länge wird.
Außerdem zeigt Fig. 7 die Ergebnisse einer numerischen Simulation der Impulsumbildung in dem oben beschriebenen BSPR. Inbesondere zeigt die Figur die Lichtleistung und die Phase eines stark verzerrten Eingangsimpulses und die Leistung und Phase des umgebildeten Ausgangsimpulses. Die Simulation zeigt, daß der Ausgangsimpuls im wesentlichen transformationsbeschränkt und im wesentlichen sech- förmig ist.

Beispiel 2

Der BSPR dieses Beispiels umfaßt einen Wellenleiter aus einem periodisch gepolten planaren LiNbO&sub3; (oder anderem Material mit großer χ&sub2;-Nichtlinearität) mit sich periodisch änderndem effektivem Brechungsindex. Fig. 8 zeigt schematisch einen solchen Wellenleiter, wobei die Bezugszahl 81 einen LiNbO&sub3;-Körper, die Bezugszahl 82 den Protonenaustauschkern des Wellenleiters und die Bezugszahl 83 eine strukturierte Schicht aus einem optisch im wesentlichen linearen Material, z. B. Siliziumnitrid, das einen sich periodisch ändernden effektiven Brechungsindex liefert, bedeutet. Wie in Fig. 4 angegeben, beträgt die Polungsperiode Lp und die Gitterperiode Ln. Die strukturierte lineare Schicht 83 wird durch herkömmliche Mittel ausgebildet, z. B. durch Ablagerung, mit anschließender Photolithografie und Ätzung. Bei einer anderen Ausführungsform wird die strukturierte Schicht durch eine Schicht aus Chalkogenid ersetzt, wobei das Gitter durch Belichten mit aktinischer Strahlung ausgebildet wird.
Beispielsweise beträgt die Länge des Wellenleiters 5 cm, wobei der Protonenaustauschkern eine Breite von 2,5 um und eine Tiefe von etwa 1 um aufweist. Die Siliziumnitridschicht ist beispielsweise 0,25 um dick, wobei die Länge des beibehaltenen und entfernten Teils gleich ist.
Die Polungsperiode Lp wird beispielsweise als 18,8 um gewählt, wodurch in LiNbO&sub3; eine Quasi-Phasenanpassung erzielt wird, mit einer Wellenvektorfehlanpassung von ΔkL = 10 π für eine Grundwelle bei λF = 1,554 um. Die Fehlanpassung beträgt Δk = (4π/λF)[n(λSH) - n(λF)] - 2π/LP, wobei λSH die Wellenlänge der zweiten Oberschwingung und n(λSH) und n(λF) jeweils der Kernbrechungsindex bei λF und λSH sind.
Die Bedingung ΔkL = 10 π optimiert im wesentlichen die effektive nichtlineare Phasenverschiebung des Impulses und ermöglicht eine vereinfachte Beschreibung der Soliton-Ausbreitung über eine effektive nichtlineare Schrödingergleichung. Siehe zum Beispiel G. I. Stegman et al., Optics Letters, Band 18 (1), S. 13 (1996) und G. I. Stegman et al., Optical and Quantum Electronics, Band 28, S. 1691 (1996). Der entsprechende effektive nichtlineare Brechungsindex n&sub2; = 2,3 · 10&supmin;¹¹ cm/W. Die Longitudinalindexmodulationsperiode Ln wird durch die Bragg-Bedingung bestimmt. Für LiNbO&sub3; mit einem Brechungsindex von n = 2,2 bei λF beträgt Ln = 353 nm. Die Indexmodulation wird durch Bereitstellung des strukturierten Siliziumnitrids erzielt.
Techniken zur Herstellung eines Wellenleiters in LiNbO&sub3; mit sich periodisch änderndem effektivem Brechungsindex mit alternierender Polung des LiNbO&sub3; sind bekannt. Siehe zum Beispiel L. E. Myers et al., J. of the Optical Society of America B, Band 12 (11), November 1995, S. 2102, und M. A. Arbore et al., Optics Letters, Band 22 (3), 1.2.1997, S. 151.
Bei Auswahl der Struktur dergestalt, daß die Koppelkonstante κ = 536 m&supmin;¹ und der Verstimmungsparameter δ = 628 m&supmin;¹ wird, beträgt die Mindestenergie, die am BSPR-Eingang für die Ausbildung eines 100-ps- Solitons erforderlich ist, 0,83 pJ. Für einen Impulsstrom mit einem Tastverhältnis von 25% bedeutet diese Energie eine mittlere Leistung von 1,84 mW. Wie im Beispiel 1 muß dieser Wert abhängig von der Verzerrung des Eingangsimpulses mehr oder weniger überschritten werden.
Abhängig von der Bitrate eines optischen Kommunikationssystems gemäß der Erfindung, der zulässigen Bitfehlerrate und der Übertragungslänge kann es erwünscht sein, ein Spektralfilter, ein Zeitfilter oder beides bereitzustellen, um den Teil der Impulse zu beseitigen, der am Ausgangsende des BSPR nicht in dem Soliton-Impuls enthalten ist und daher im Zeitbereich dispergiert ist. Dieser Nicht-Soliton-Teil des Impulses wird häufig als "dispersive Wellen" bezeichnet. Obwohl eine elektrooptisch gesteuerte Einrichtung als zeitliches Filter bis zu etwa 100 GHz herauf verwendet werden könnte, ist für höhere Bitraten ein volloptisches zeitliches Filter (das vorteilhafterweise auf einer schnellen Nichtlinearität basiert), erwünscht. Ein Beispiel ist ein nichtlinearer optischer Loop- Mirror (NOLM). Siehe zum Beispiel N. J. Doran et al., Optics Letters, Band 13, S. 56 (1988); N. J. Smith et al., Journal of the Optical Society B, Band 12, S. 1117 (1995), und W. S. Wong et al., Optics Letters, Band 22, S. 1150 (1997).
Fig. 9 zeigt schematisch den relevanten Teil eines faseroptischen Kommunikationssystems gemäß der Erfindung mit einem NOLM, wobei die Bezugszahlen 91-94 wie besprochen einen BSPR, ein lineares Bragg- Fasergitter, eine nichtlineare Faserschleife bzw. einen asymmetrischen Koppler bezeichnen.
Kurz gefaßt wird in einem NOLM die nichtlineare Umschaltung durch Fehlausgleich des Koppelverhältnisses des Kopplers oder durch Fehlausgleich der Dispersion oder der Nichtlinearität in der nichtlinearen Schleifenfaser erreicht. Weiterhin sind beliebige Kombinationen dieser Techniken möglich. Durch ordnungsgemäße Wahl der NOLM-Entwurfsparameter läßt der NOLM den Soliton-Teil mit relativ hoher Intensität der Impulse durch und weist die dispersiven Wellen zurück. In der Regel wird ein (nicht gezeigter) optischer Isolator bereitgestellt, um eine Störung des Systems durch die rückreflektierten dispersiven Wellen zu vermeiden. Verbleibende Seitenbänder im Frequenzbereich werden wahlweise durch ein entsprechendes (nicht gezeigtes) Spektralfilter, beispielsweise ein Bandpaß- Fasergitter, beseitigt.
Ähnlich wie bei den oben besprochenen BSPRs basiert ein NOLM auf der ultraschnellen Kerr-Nichtlinearität und kann bei sehr hohen Frequenzen von bis zu etwa 3 · 10¹&sup4; Hz arbeiten.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und daß verschiedene alternative Ausführungsformen möglich sind und in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel ist eine photonische Bandlückenstruktur mit Chalkogenidglas- Planarwellenleiter möglich, wie auch eine kaskadierte Faser mit Nichtlinearität zweiter Ordnung mit periodischer Brechungsindexmodulation. Außerdem kann ein Gitter gechirpt werden, um eine bestimmte gewünschte Eigenschaft zu erhalten, z. B. verbesserte adiabatische Soliton-Ausbildung, der BSPR kann in der Normal-Dispersion-Anfordern betrieben werden (wodurch somit eine Umbildung dunkler Solitonen ermöglicht wird; siehe das oben zitierte Buch von Agrawal), oder socar in der Bandlücke.

Claims

1. Artikel mit einem Impulsumbildner (16) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Impulsumbildner dafür ausgelegt ist, einen verzerrten Eingangslichtimpuls (17) zu transformieren, der an dem Eingang des Umbildners ankommt, nachdem er sich in einem Übertragungssystem fortgepflanzt hat, das einen oder mehrere Faserabschnitte (14), Verstärker (151, 152, ..., 15m) und dergestalte Komponenten enthält, die alle eine gewisse Verzerrung der Form des Eingangslichtimpulses zu einem umgebildeten Ausgangslichtimpuls (18) am Ausgang einführen, wobei der umgebildete Ausgangslichtimpuls einem Benutzungsmittel (z. B. 12) zugeführt wird, in dem dem Eingangslichtimpuls am Eingang eine erste Mittenwellenlänge, eine Impulsenergie und eine effektive Impulsbreite zugeordnet wird, und der Impulsumbildner ein rein optischer Impulsumbildner ist, der einen optischen nichtlinearen dispersiven Wellenleiter (31 oder 41) mit effektiver Länge. L umfaßt, der den Eingang signalübertragend mit dem Ausgang verbindet, wobei der optische Wellenleiter optisch nichtlineares Material und eine in dieses nichtlineare Material einbeschriebene periodische Struktur mit einer vorbestimmten periodischen Variation eines effektiven Brechungsindex umfaßt, die eine vorbestimmte notwendige Dispersion bereitstellt;

dadurch gekennzeichnet, daß

das optisch nichtlineare Material und die vorbestimmte periodische Brechungsindexvariation so ausgewählt werden, daß

das Zusammenspiel zwischen einer durch die vorbestimmte periodische Brechungsindexvariation bereitgestellten Dispersion und der durch das nichtlineare Material und der optischen Impulsenergie einen stabilen, sich fortpflanzenden Fundamental-Soliton-Impuls erzeugt,

dem umgebildeten Ausgangslichtimpuls eine Mittenwellenlänge zugeordnet wird, die im wesentlichen mit der ersten Mittenwellenlänge übereinstimmt, und

der umgebildete Ausgangslichtimpuls ein im wesentlichen transformationsbeschränkter Ausgangs Lichtimpuls ist,

wobei als der Ausgangslichtimpuls (18) als Reaktion auf einen entsprechenden einzigen verzerrten Eingangslichtimpuls (17) ein einziger Ausgangs-Fundamental-Soliton-Impuls erzeugt wird.

2. Artikel nach Anspruch 1, wobei die dem Eingangsimpuls zugeordnete Impulsenergie eine Impulsenergie in einem vorbestimmten Energiebereich ist, der eine Soliton-Energie E(z) enthält, wobei τ eine Impulsbreite zum Beispiel in dem ungefähren Bereich von 0,25E&sub1;(τ) bis 2,25E&sub1;(τ) ist.

3. Artikel nach Anspruch 2, wobei die Soliton-Energie

beträgt,

wobei λ die Mittenwellenlänge des Impulses, Aeff die effektive Kernfläche, β&sub2; der Gruppengeschwindigkeits-Dispersionsparameter und n&sub2; die Wellenleiter-Nichtlinearität ist.

4. Artikel nach Anspruch 3, wobei die effektive Länge L des optischen Wellenleiters (31 oder 41) größer oder gleich einer Soliton-Länge z&sub0; ist, wobei

5. Artikel nach Anspruch 1, wobei das optisch nichtlineare Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Chalkogenide und LiNbO&sub3;; vorzugsweise, im Fall von LiNbO&sub3;, alternierend gepolt, um eine Quasi-Phasenanpassung zu erreichen.

6. Artikel nach Anspruch 1, wobei der optische Wellenleiter (31 oder 41) so ausgewählt ist, daß eine photonische Bandlücke bereitgestellt wird.

7. Artikel nach Anspruch 6, wobei die photonische Bandlücke eine kurze Wellenlängenbandflanke aufweist, die innerhalb von etwa 5% der Mittenwellenlänge des Eingangslichtimpulses liegt.

8. Artikel nach Anspruch 6, wobei der Artikel ein Abstimmittel (in 16) umfaßt, das für eine Abstimmung der photonischen Bandlücke in bezug auf eine Mittenwellenlänge des Eingangslichtimpulses ausgelegt ist.

9. Artikel nach Anspruch 7, wobei das Abstimmittel ein Mittel zum Erwärmen (in 16) mindestens eines Teils des optischen Wellenleiters umfaßt oder das Abstimmittel ein Mittel zum mechanischen Belassen (in 16) mindestens eines Teils des optischen Wellenleiters umfaßt.

10. Artikel nach Anspruch 1, wobei die periodische Variation des effektiven Brechungsindex des Wellenleiters so ausgewählt wird, daß ein Bragg- Gitter, zum Beispiel ein apodisiertes Bragg- Gitter, bereitgestellt wird.

11. Artikel nach Anspruch 1, wobei der Artikel ein optisches Kommunikationssystem ist, das einen Sender (11), einen Empfänger (12) und einen optischen Wellenleiter-Übertragungsweg, der den Sender signalübertragend mit dem Empfänger verbindet, umfaßt, wobei der optische Wellenleiter-Übertragungsweg mindestens einen Impulsumbildner (16) umfaßt.

12. Artikel nach Anspruch 11, wobei das optische Kommunikationssystem weiterhin mindestens einen optischen Verstärker (151, 152, ..., 15 m) umfaßt, der signalaufwärts des Impulsumbildners (16) in dem optischen Wellenleiter-Übertragungsweg angeordnet ist.

13. Artikel nach Anspruch 11, wobei das optische Kommunikationssystem weiterhin folgendes umfaßt:

ein Spektral filter; oder

ein Zeitfilter (92), wie zum Beispiel einen nichtlinearen optischen Loop-Mirror; oder

ein Spektralfilter und ein Zeitfilter, wie zum Beispiel einen nichtlinearen optischen Loop- Mirror;

wobei das bzw. die Filter signalabwärts des Impulsumbildners angeordnet sind und so ausgewählt sind, daß zumindest ein Teil von dispersiven Wellen, die in dem optischen Wellenleiterübertragungsweg signalabwärts des Ausgangs des Impulsumbildners vorhanden sind, beseitigt wird.