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Die Erfindung betrifft eine Dispersionskompensation
für optische
Signale und im Besonderen die Dispersionskompensation für optische
Wellenlängenmultiplex
(WDM) -Signale.
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Optische Glasfaserleitungsnetzsysteme
werden in der Telekommunikation immer wichtiger, da sie günstige Bandbreiten
im Vergleich zu vielen anderen Kommunikationssystemen bieten. Eine
bessere Ausnutzung der verfügbaren
Bandbreiten versprechen höhere
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
und ökonomischere
Telekommunikationsarten.
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Die optischen WDM- Übertragungssysteme ermöglichen
eine effiziente Nutzung der verfügbaren Bandbreiten
einer optischen Glasfaserleitung durch das Aufteilen in eine Reihe
unabhängiger
Kanäle
bei unterschiedlichen Wellenlängen.
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Die Dispersion der Wellenlängeninhaltskomponenten
der Wellenlängenmultiplex
(WDM)-Signale ist eine wichtige Überlegung
bei der Betriebsausführung
optischer Glasfaserleitungssysteme, welche sich entweder auf die
verfügbaren
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
oder auf die Entfernungen zwischen den optischen Regeneratoren auswirken. Das
gegenwärtige
Limit von 32 Kanälen
bei 10 GBits1 über 4.000 km stammt von dieser
Limitierung.
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Die Dispersionskompensation umfasst
die Anwendung der Dispersion oder der Wellenlänge, welche von den Verzögerungen
der optischen Signale in der Umkehrfolge abhängt, die in der optischen Glasfaserleitung über eine
lange Strecke auftreten. Ein herkömmlicher Lösungsweg der Dispersionskompensation
der Wellenlängenmultiplex
(WDM)-Signale führt
allgemein über
ein Dispersionskompensationsmittel. Die Beschränkung für diesen Lösungsweg resultiert aus der
Tatsache, dass es schwierig ist, Dispersionskompensationsmittel
zur Verfügung zu
stellen, welche sowohl eine geeignete Dispersion als auch die Wellendämpfungseigenschaften über eine ausreichend
große
Brandbreite umfassen, um alle Kanäle angemessen kompensieren
zu können. Einige
Kanäle
erfahren dabei eine ungünstige
Dispersion oder Dämpfungscharakteristik
oder beides. Ein weiterer Lösungsansatz
der Dispersionskompensation, welche die Bewältigung dieser Nachteile zum Ziel
hatte, umfasst die Anwendung der Dispersionskompensation auf Kanal-zu-Kanal-Basis.
Dies ermöglicht
eine bessere Systemoptimierung, da es einfacher ist, Dispersionskompensationsmittel
mit geeigneten Dispersions- und Optikdämpfungseigenschaften über die
relativ engen Bandbreiten der einzelnen Kanäle zur Verfügung zu stellen. Dieser Lösungsansatz
liefert eine gute Systemleistung, aber er trägt auch erheblich zu einer
Systemkomplexität
bei. Beispielsweise muss das Wellenlängenmultiplex (WDM)-Signal
auf jeder Seite der Dispersionskompensationsmittel demultiplexiert
und remultiplexiert werden. In unterseeischen Optikregeneratoren
gibt es derzeit wenig Raumangebot hierfür, und mit einem Systemaufkommen
mit 60 oder noch mehr Kanälen bietet
dieser Ansatz keine akzeptable Lösung.
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Eine Dispersionskompensationsausführung für die Anwendung
in einem optischen Kommunikationssystem ist aus der Patentanmeldung
EP 0 684 709 A1 bekannt,
worin, unter anderem, eine Dispersionskompensation für eine Reihe
von Kanälen
dargestellt wird. Diese Dokumentation erläutert, dass die Reihe von Kanälen in einzelne
Kanäle
aufgeteilt wird, wobei jeder dann über individuelle Übertragungswege
geleitet wird. Dort ist in jedem Übertragungsweg eine Dispersionskompensationseinheit
vorgesehen. Daher kompensiert jede der Einheiten die Wellenlänge, die
sie empfängt.
Es wird jedoch angemerkt, dass die erwähnte Dokumentation keine Referenz
für die Dispersionskompensation über einen
individuellen Übertragungsweg
in Bezug auf das Übertragen
einer Reihe von Kanälen
und das Ausbilden eines Frequenzbandes enthält.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren der Dispersionskompensation
folgende Schritte:
Empfangen eines optischen Signals mit einer
Reihe von Kanälen,
welche durch Wellenlängen
separatisiert werden; und
Anwenden der Dispersionskompensation über mindestens
ein voreingestelltes Wellenlängen-Frequenzband,
welches von Wellenlängen
außerhalb des
Wellenlängen-Frequenzbandes unabhängig ist,
wobei
das Wellenlängen-Frequenzband
eine Reihe von Kanälen
umspannt, und welches weniger als die Gesamtzahl der Kanäle in dem
Signal ergibt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Dispersionskompensation,
welche auf eine Gruppe von Kanälen
innerhalb eines Wellenlängen-Frequenzbandes
für die
Applikation eines Dispersionskompensationsmittels angewandt werden
kann, das für
das spezielle Wellenlängen-Frequenzband
im Hinblick auf die Dispersionskompensation und die Wellendämpfung optimiert
ist. Zwei oder mehrere Wellenlängen-Frequenzbänder können gewählt werden,
um ein Wellenlängenmultiplex
(WDM)-Signal gemeinsam zu umspannen. Demzufolge können die Dispersionskompensationseigenschaften
aus einer Vielzahl Dispersionskompensationsmittel zugeordnet werden,
um eine günstige
Dispersionskompensationseigenschaft zu schaffen, die sich über die
Bandbreite eines Wellenlängenmultiplex
(WDM)-Signals erstreckt, ohne die Notwendigkeit hervorzurufen, jeden
Kanal einzeln zu behandeln. Eine Mittelumspann-Einzelvorrichtung ermöglicht die
Anwendung von 40 Kanälen über 10 GBits-1 über zwei
Frequenzbänder über eine
Entfernung von mindestens 6.000 km. Die einfache Konfiguration macht
eine schnelle Implementierung möglich.
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Das Verfahren kann auch das Splitten
einer Reihe von Kanälen
in zwei oder mehrere Wellenlängen-Frequenzbänder umfassen,
indem diese Frequenzbänder
entlang separater optischer Übertragungswege
verbreitet werden, wobei die Dispersionskompensation in mindestens
einem optischen Übertragungsweg
angewandt wird, und anschließend
die Signale an einem optischen Ausgang wieder neu kombiniert werden.
Vorteilhafterweise wird das übertragene
Signal auf mindestens einem optischen Übertragungsweg verstärkt, um Übertragungsverluste
kompensieren zu können.
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Vorzugsweise wird die Dispersionskompensation
mittels einer Vielzahl von Längen
der Dispersionskompensations-Glasfaser ausgeführt.
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Als Alternative kann das Verfahren
das Passieren des gesamten optischen Signals durch ein bandselektives
Dispersionskompensationsmittel umfassen, das so adaptiert ist, um
die Dispersionskompensation lediglich auf Kanälen innerhalb eines voreingestellten
Wellenlängen-Frequenzbandes
zu applizieren.
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Vorzugsweise werden Kanäle außerhalb
des voreingestellten Wellenlängen-Frequenzbandes durch
ein separates Optikelement reflektiert.
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Vorzugsweise ist das Dispersionskompensationsmittel
ein Photorefraktionselement oder ein Beugungsgitter.
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Das Verfahren kann auch die Formatbildung einer
gleichförmigen
Zeitverzögerung
auf ein spezielles Wellenlängen-Frequenzband
umfassen, um die relative Dispersion zwischen zwei Frequenzbändern zu
kompensieren.
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Nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dispersionskompensations-Vorrichtung
für die
Applikation der Dispersionskompensation auf ein optisches Signal mit
einer Reihe von Kanälen
ein Dispersionskompensationsmittel, welches so konfiguriert ist,
um die Dispersionskompensation lediglich auf ein voreingestelltes
Wellenlängen-Frequenzband
zu applizieren, das von den äußeren Wellenlängen des
Frequenzbandes unabhängig
ist, wobei das voreingestellte Wellenlängen-Frequenzband eine Reihe
von Kanälen
umspannt, und das weniger als die Gesamtzahl der Kanäle in dem
optischen Signal ergibt.
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In einer Ausführung umfasst die Dispersionskompensations-Vorrichtung
einen Frequenzbandsplitter, welcher zwei oder mehrere optische Übertragungswege
beschickt, wobei mindestens ein optischer Übertragungsweg ein Dispersionskompensationsmittel
umfasst.
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Vorzugsweise weist das Dispersionskompensationsmittel
die Länge
einer Dispersionskompensations-Glasfaser auf.
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In einer alternativen Ausführung umfasst
die Dispersionskompensations-Vorrichtung einen optoelektronischen
Koppler, welcher ein optisches Signal, das an einem optischen Eingang
empfangen wird, auf einem optischen Übertragungsweg mit einem Dispersionskompensationsmittel
einspeist, wobei das Dispersionskompensationsmittel so adaptiert wird,
um die Dispersionskompensation auf eine Reihe von Kanälen innerhalb
einer limitierten Bandbreite zu applizieren, und um die Signale
innerhalb dieser Bandbreite an den optischen Ausgang des optoelektronischen
Kopplers zu reflektieren.
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Vorzugsweise ist der optoelektronische Koppler
ein optischer Zirkulator.
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Vorzugsweise ist das Dispersionskompensationsmittel
ein Beugungsgitter oder ein Photorefraktionselement.
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Vorzugsweise umfasst die Dispersionskompensations-Vorrichtung
zusätzlich
einen optischen Reflektor, der an das Dispersionskompensationsmittel gekoppelt
ist, um optische Signale von außerhalb
der voreingestellten Frequenzbandbreite zu reflektieren.
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Vorzugsweise wird ein Verzögerungselement
bereitgestellt, um die relative Zeitverzögerung zwischen Frequenzbandbreiten
zu kompensieren. Noch vorteilhafter ist es, wenn das Verzögerungselement
die Länge
der optischen Glasfaser aufweist, die zwischen dem Dispersionskompensationsmittel
und dem optischen Reflektor gekoppelt ist.
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Nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dispersionskompensations-Vorrichtung
ein Gehäuseteil
mit mindestens einem Spulenkörper
der Dispersionskompensations-Glasfaser, welcher innerhalb des Gehäuseteils so
axial ausgerichtet ist, um einen Durchlauf bereit zu stellen, welcher
sich entlang einer Länge
des Gehäuseteils
durch den Kern des Spulenkörpers
erstreckt.
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Vorzugsweise ist das Gehäuseteil
ein Unterwassergehäuse.
Noch vorteilhafter ist es, wenn das Unterwassergehäuse eine
Ummantelung für
einen Optikregenerator ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nun im Detail anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben
und zeigen:
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1 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Dispersionskompensations-Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
die Dispersionskompensation, welche von der Vorrichtung auf 2 appliziert wird;
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3 und 4 ist eine Ausführungsanordnung für das Verstauen
einer Dispersionskompensations-Vorrichtung in einem unterseeischen
Optikregenerator;
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5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Dispersionskompensations-Vorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Zwei-Schicht-Reihenschaltung der Dispersionskompensations-Vorrichtung, die
in 5 dargestellt ist;
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7 ist
eine Dispersionskompensation, welche durch die Vorrichtung von 6 appliziert wird, und
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8 ist
die Anwendung der Dispersionskompensations-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung von der Strommitte in einer optischen Übertragungsleitung.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Dispersionskompensations-Vorrichtung 1 nach der vorliegenden
Erfindung. In dieser Vorrichtung beschickt ein Interferometer -Frequenzbandsplitter 2 mit
einem optischen Eingang 3 zwei Ausbreitungs-Übertragungswege, wobei jeder
einen optischen Verstärker 4 und 5 und
ein Dispersionskompensationsmittel 6 und 7 jeweils
entsprechend aufweist. Ein Frequenzband -Kombinator 8 mit
einem optischen Ausgang 9 ist an die Ausgänge der
jeweiligen Ausbreitungs-Übertragungswege
angeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel
weisen die Dispersionskompensationsmittel 6 und 7 die
Länge der Dispersionskompensations-Glasfaser
auf.
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In dieser Anordnung wird ein optisches
Wellenlängenmultiplex
(WDM)-Signal, das an dem optischen Eingang 3 des Interferometer
-Frequenzbandsplitters 2 empfangen wird, in zwei Signale
aufgeteilt, wobei jedes eine unterschiedliche Wellenlänge definiert
und eine Reihe von Kanälen
umfasst. Jedes Frequenzband passiert dann über ein respektives Dispersionskompensationsmittel 6 oder 7 und über einen
optischen Verstärker 4 oder 5,
bevor es mit dem anderen Frequenzband im Frequenzband -Kombinator 8 wieder
neu kombiniert wird.
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Jedes Dispersionskompensationsmittel 6 und 7 ist
für ein
spezielles Wellenlängen-Frequenzband sowohl
in Bezug auf die Steilheit der Dispersionskompensationscharakteristik
als auch auf die optische Dämpfungscharakteristik
optimiert, um die Dispersionsakkumulation einberechnen zu können, die
im Hinblick auf die optische Glasfasersteilheit in der optischen
WDM -Fernübertragung
anfällt.
Der Gewinnfaktor eines jeden optischen Verstärkers 4 und 5 kann
dazu verwendet werden, um die spezifische Dämpfung, welche durch die Dispersionskompensationsmittel 6 oder 7 hervorgerufen
wird, und/oder die Wellenlängen
abhängige
Dämpfung, die
in der Fernübertragung
entsteht, zu kompensieren.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Verhältnisses
zwischen der Wellenlänge
und der Dispersionskompensations-Akkumulation, welches den Grad
der über
die zwei Frequenzbänder
applizierten Dispersionskompensation durch die jeweiligen Dispersionskompensationsmittel
veranschaulicht. Der Zwischenraum zwischen den zwei Frequenzbändern resultiert
aus der Verwendung eines Frequenzband-Splitters, um hierfür den Kanälen eines WDM-Signals
zu ermöglichen,
in den Zwischenräumen
zwischen den Clustern gruppiert werden zu können.
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Die Dispersionskompensations-Steilheiten
in 2 zeigt die Dispersionskompensations-Akkumulationsprofile
von zwei verschiedenen Dispersionskompensationsmitteln. Die gestrichelte
Linie, die sich in der zweiten Steilheit erstreckt, wurde einbezogen, um
die Dispersionskompensationsfunktion zu veranschaulichen, die man
durch die Verwendung eines einzelnen Dispersionskompensationsmittels
erhalten würde,
das appliziert wird, um damit das komplette WDM-Signal zu handhaben.
Diese Ausführungsanordnung
würde einige
der Kanäle
des WDM-Signals stark dämpfen.
Im Gegensatz dazu liefern die relativ engen Frequenzbandbreiten,
welche durch die in 2 dargestellten
zwei Frequenzbandbreiten optimierten Dispersionskompensationsmittel
behandelt worden sind, lediglich eine geringe Dämpfung innerhalb eines jeden
Frequenzbandes, welche durch einen optischen Verstärker adäquat kompensiert
werden kann.
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3 und 4 zeigen, wie Spulenkörper 10 von
Dispersionskompensations-Glasfasern, welche für die Dispersionskompensationsmittel
verwendet werden, in einem Unterwassergehäuse 11 eines unterseeischen
Optikregenerators angepasst werden können. Der äußere Durchmesser des Spulenkörpers 10 wird
so gewählt,
um in den inneren Durchmesser eines Standard-Unterwassergehäuses 11 zu passen,
normalerweise ungefähr
mit 200 mm. Der innere Durchmesser des Spulenkörpers wird so gewählt, um
mit dem minimalen Krümmungsradius
der optischen Glasfaser überein
zu stimmen, welcher normalerweise ungefähr 50 mm beträgt. Die
Höhe eines
jeden Spulenkörpers 10 variiert
entsprechend der Länge
der Glasfaser, welche für
das Dispersionskompensationsmittel verwendet wird. Normalerweise können 50
km-Abschnitte verwendet
werden, was eine Spulenhöhe
von ungefähr
100 mm erfordert. Die Spulenkörper 10 werden
an dem einen Ende des Gehäuseteils
so angeordnet, um ein Raumangebot 12 für eine Reihe von optoelektronischen
Eingabefächern
am anderen Ende übrig
zu lassen, welche verschiedenartige, andere Funktionen in Zusammenhang mit
Optikregeneratoren implementieren. Der Bohrungskern der Spulenköper 10 bietet
einen Durchlauf 13 für
andere optische, elektrische und mechanische Elemente.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Dispersionskompensations-Vorrichtung 20 nach
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 20 besteht
aus einem optischen Zirkulator 21, der an einen optischen
Eingang 22 angeschlossen ist. Ein optischer Arm zweigt
von einem der Ports des optischen Zirkulators zur Kopplung eines
WDM-Signals, das an dem optischen Eingang 22 empfangen
worden ist, zu einem bandselektiven Dispersionskompensationsmittel 23 ab.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann das bandselektive Dispersionskompensationsmittel 23 ein
Photorefraktionselement oder ein Beugungsgitter sein. Hinter dem
Dispersionskompensationsmittel 23 am Ende des optischen
Glasfaserabschnittes befindet sich ein Spiegel 24, der
einen Volumenreflektor ausbildet. Der optische Zirkulator 21 koppelt
Signale, die sowohl von dem bandselektiven Dispersionskompensationsmittel 23 als
auch vom Spiegelreflektor 24 an einen optischen Ausgang 25 reflektiert
werden.
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In dieser Ausführungsanordnung wird das vollständige WDM-Signal,
das am optischen Eingang empfangen worden ist, via eines Zweigarmes
an das Dispersionskompensationsmittel 23 gekoppelt, welches
eine Wellenlänge
appliziert, die von der Zeitverzögerung
der Innerband-Kanäle
abhängt,
und welches diese an den optischen Ausgang des optischen Zirkulators 21 reflektiert.
Außerband-Kanäle werden an
den Volumenreflektor 24 gekoppelt, und infolgedessen an
denselben optischen Ausgang zurückreflektiert.
Eine Volumen-Zeitverzögerung
kann auf den Außerband-Kanälen durch
den zusätzlichen
Ausbreitungs-Übertragungsweg
erfolgen, der von der Länge der
optischen Glasfaser zur Verfügung
gestellt wird. Diese Zeitverzögerung
kann gewählt
werden, um eine Innerband-Kanal-Dispersionskompensation bereit zu
stellen. Sie kann ebenso minimiert werden, was aber unerheblich
ist.
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Die Effektivität dieser Dispersionskompensations-Vorrichtung 20 besteht
darin, eine Dispersionskompensations-Akkumulations-Steilheit auf
den Kanälen
des WDM-Signals zu applizieren, welches innerhalb des voreingestellten
Frequenzbandes liegt und auf welches das Dispersionskompensationsmittel 23 einwirkt.
Die Kanäle
außerhalb
dieses Frequenzbandes bleiben davon unberührt, abgesehen von der gleichförmigen Zeitverzögerung,
die von dem (optionalen) zusätzlichen Übertragungsweg
zum und vom Volumenreflektor erhalten wird.
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6 zeigt
die Ausführungsanordnung
in Reihenschaltung für
die Applikation der Dispersionskompensation auf die zwei Wellenlängen-Frequenzbänder. Diese
Konfiguration besteht aus zwei der bandselektiven Dispersionskompensations-Vorrichtungen 20,
die in 5 dargestellt
ist, wobei jedes der Dispersionskompensationsmittel 23 gewählt wird,
um unterschiedliche Wellenlängen-Frequenzbänder zu
kompensieren. Für
jede beliebige Anzahl der Vorrichtungen 20 kann eine Reihenschaltung
erfolgen, um die gesamte Bandbreite eines WDM-Signals abzudecken,
und um die Dispersionskompensation auf die Gruppen von Kanälen anwenden
zu können.
Die Länge
des optischen Übertragungsweges kann
in jedem Fall abgeglichen werden, um ein besonderes Maß an Freiheit
für die
relative Dispersionskompensation zwischen den Frequenzbändern zur
Verfügung
stellen zu können.
Dies erfolgt zusätzlich
zur Dispersionskompensation innerhalb der Frequenzbänder, welche
von den Dispersionskompensationsmitteln 23 bereitgestellt
wird.
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7 veranschaulicht
die Auswirkungen der Zwei-Schicht-Reihenschaltung, die in 6 dargestellt ist, wobei
die Dispersionskompensation auf zwei Frequenzbänder appliziert worden ist.
In diesem Fall war das Frequenzband 1 relativ verzögert, und Frequenzband 2 war
relativ vorgezogen. Innerhalb eines jeden Wellenlängen-Frequenzbandes waren die
längeren
Wellenlängen
relativ verzögert.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
wie die Dispersionskompensations-Vorrichtungen der vorliegenden
Erfindung in einem unterseeischen Kommunikationssystem angewandt
werden können.
Die Dispersionskompensations-Vorrichtungen innerhalb von Optikregeneratoren
werden in regelmäßigen Intervallen
entlang der Länge
der unterseeischen Leitungskabel angeordnet, um optische Signale
verarbeiten zu können.