DE60133269T2

DE60133269T2 - Verstärkungsentzerrung in einem optischen Übertragungssystem

Info

Publication number: DE60133269T2
Application number: DE60133269T
Authority: DE
Inventors: Vincent Bouder; Olivier Courtois
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: US20030016439A1; EP1278315B1; ATE389981T1; CN1399421A; EP1278315A1; US6697189B2; DE60133269D1; CN1220348C

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Kommunikationstechnologie. Konkret betrifft die Erfindung eine Verstärkungsentzerrung in optischen Übertragungssystemen.
In den letzten Jahren wurden optisch verstärkte Übertragungssysteme entwickelt, in denen digitale Daten übertragen werden durch Ausführung einer optischen Verstärkung und einer optischen Weitergabe oder Wiederholung mithilfe optischer Übertragungsfasern. Wavelength Division Multiplexing (WDM) wird zur Verstärkung der Kapazität von Glasfasernetzwerken verwendet. In Systemen mit WDM-Übertragung werden mehrere optische Signalkanäle über eine einzige Leitung übertragen, wobei jeder Kanal einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet wird. Dadurch wird die Verstärkungsentzerrung bei optisch verstärkten Langstreckenübertragungen immer schwieriger wegen der wachsenden Anzahl übertragener Wellenlängen.
Ein Problem dieser optisch verstärkten Übertragungssysteme ist, dass in jedem Abschnitt solcher Systeme zusätzliche Verluste aufgrund der Alterung der Komponenten auftreten können. Insbesondere die Alterung von Übertragungsfasern kann zu erheblichen Leitungsverlusten führen. Solche Verluste lassen sich durch eine optische Inline-Verstärkung kompensieren, z. B. durch Verwendung Erbium-dotierter Filterverstärker ("Erbium-Doped Filter Amplifiers", EDFA). Die optische Verstärkung wird entsprechend dem zusätzlichen Abschnittsverlust vergrößert. Diese zusätzliche Verstärkung bringt jedoch eine starke Verstärkungsverzerrung des EDFA über den Bereich der Wellenlänge mit sich. Diese Verstärkungsverzerrung ist tatsächlich linear in dB zur Wellenlänge, und sie beträgt ca. 0,2 dB pro Verstärker über 12 nm für eine 1 dB Verstärkungsänderung. Diese Verstärkung bringt eine Verschlechterung der Übertragung mit sich, die bei Systemen mit sehr großer Entfernung be trächtlich sein kann, z. B. bei Systemen, die mehr als hundert Verstärker umfassen.
Ein weiteres Problem optischer Übertragungssysteme gemäß dem Stand der Technik ist, dass der Verlust eines Faserabschnitts nicht genau bekannt ist, wenn Kabel und Verstärker gekoppelt werden. Im Allgemeinen ist ein EDFA als Funktion seiner erwarteten Nominalverstärkung konzipiert. Diese Nominalverstärkung wird berechnet unter der Annahme des Abschnittsverlusts des Glasfaserkabels, das parallel zu den EDFAs gefertigt wird.
Wegen der Variation der Faserdämpfung und abhängig von bestimmten Parametern im Verlauf des Fertigungsprozesses weicht der tatsächliche Verlust des gefertigten Kabels etwas von dem erwarteten Verlust ab. Die tatsächliche Verstärkung der EDFAs kann daher niedriger oder höher als erwartet sein, was eine lineare Neigung in dB zur Wellenlänge bewirkt. Diese Neigung ist negativ oder positiv, je nachdem ob die EDFA-Verstärkung höher oder niedriger ist als die bei der Konzeption des EDFA verwendete Verstärkung. Die Optimierung der Gesamtverbindung kann daher erst nach der Montage des Kabels und der Verstärker durchgeführt werden, d. h. vor dem Verlegen; dies ist jedoch zu spät, um angepasste Verstärkungs-Glättungsfilter zu implementieren.
Darüber hinaus werden EDFAs in terrestrischen Verbindungen aus zwei Stufen gebildet und erlauben einen Zugang zwischen den Stufen. Dieser Zugang zwischen den Stufen wird häufig zum Einfügen einer Dispersions-Kompensationsfaser (DCF) verwendet zum Kompensieren einer chromatischen Dispersion, die sich entlang des vorigen Abschnitts angesammelt hat. Diese Verstärker sind für eine glatte Spektralverstärkung in dB für eine bestimmte Verstärkung und für eine bestimmte Zwischenstufe konzipiert. In einem echten System werden diese Verstärker jedoch selten an ihrem nominalen Funktionspunkt verwendet, und die Verstärkung ist niemals glatt. Ein weiteres Problem liegt daher darin, eine Möglichkeit zur Kompensierung dieser Nicht-Glattheit zu finden.
Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme und zum Kompensieren der Verstärkungsneigung ist es eine bereits bekannte Lösung, eine gepumpte Raman-Verstärkung bereitzustellen, wie von Fuiitsu im Papier „Aktive Gain Tilt Equalization by 1.43 or 1.48 μ pumped Raman amplification" (Aktive Entzerrung der Verstärkungsneigung durch eine 1,43 oder 1,48 μ gepumpte Raman-Verstärkung) auf der Konferenz „Topical meeting an optical amplifier" 1999 beschrieben. Diese Lösung nutzt die Tatsache, dass die Raman-Verstärkungsvariation zur Wellenlänge von der Wellenlänge der Raman-Pumpe abhängt. Während eine 1480-nm-Pumpe eine Raman-Verstärkung mit positivem Anstieg bietet, wird mit einer 1430-nm-Pumpe eine Raman-Verstärkung mit negativem Anstieg erzielt. Der Betrag der Verstärkungsneigung wird anschließend durch Ändern der Leistung der Raman-Pumpe angepasst. Die Nachteile dieser Lösung sind Folgende: Die Raman-Verstärkung ist nicht linear in dB zur Wellenlänge über 25 nm (1535–1560 nm) für eine Pumpen-Wellenlänge von 1430 nm. Die Verstärkungsentzerrung kann daher nicht auf einer breiten optischen Bandbreite durchgeführt werden, sondern ist auf nur 15 nm begrenzt.
Die Patentschrift EP 1 037 415 beschreibt einen Verstärker, der eine erste und eine zweite Verstärkerstufe umfasst. Ein optischer Filter mit einem dotierten Fasergitter und einer Pumpenquelle zum Anregen der Dotiersubstanz ist zwischen den beiden Verstärkungsstufen angeschlossen und wird zum Glätten des Verstärkungsspektrums verwendet. Die Dämpfungsebene kann durch Implementieren einer variablen Dämpfung in Reihe mit dem optischen Filter geändert werden. Die Filterwellenlänge kann eingestellt werden.
Mit Blick auf die nicht besonders effizienten bekannten Lösungen ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System zur Verstärkungsentzerrung und ein Verfahren zur Verwendung in optischen Kommunikationssystemen bereitzustellen, mit dem die beschriebenen Probleme gelöst werden.
Gemäß der Erfindung wird ein System zur Verstärkungsentzerrung in einem optischen Kommunikationssystem bereitgestellt.
Das optische Kommunikationssystem umfasst eine Glasfaserverbindung und mit der Glasfaser verbundene optische Verstärker, wobei das System Folgendes umfasst:

a) einen zweistufigen optischen Verstärker mit einem Zugang zwischen den Stufen, wobei das System des Weiteren zwischen den Stufen Folgendes umfasst:
b) einen optischen Verstärkungs-Glättungsfilter am Ausgang der ersten Stufe dieses zweistufigen Verstärkers, wobei dieser optische Verstärkungs-Glättungsfilter so angepasst ist, dass er einen ersten Verstärkungsanstieg bietet; und
c) eine variable optische Dämpfung, dadurch gekennzeichnet, dass das System zwischen den Stufen des Weiteren Folgendes umfasst:
d) eine Dispersions-Kompensationsfaser; und
e) eine an die Dispersions-Kompensationsfaser angeschlossene Raman-Pumpe, wobei die Raman-Pumpe so angepasst ist, dass sie einen zweiten Verstärkungsanstieg bietet, und wobei die Pumpe des Weiteren so angepasst ist, dass sie so gesteuert werden kann, dass sie diesen zweiten Verstärkungsanstieg ändert,
f) wobei dieser zweite Verstärkungsanstieg eine gegenläufige Richtung zum ersten Verstärkungsanstieg aufweist, um diese Verstärkungsentzerrung zu erzielen.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Verstärkungsentzerrung in einem optischen Kommunikationssystem bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a') Bereitstellen einer zweistufigen optischen Verstärkung mit einem Zugang zwischen den Stufen;
b') Bereitstellen eines ersten Verstärkungsanstiegs mithilfe einer ersten variablen optischen Dämpfung und eines Verstärkungs-Glättungsfilters; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:
c') Bereitstellen einer Dispersions-Kompensationsfaser zwischen den Stufen;
d') Bereitstellen eines zweiten Verstärkungsanstiegs mithilfe einer Raman-Pumpe in dieser Dispersions-Kompensationsfaser, wobei dieser zweite Verstärkungsanstieg eine gegenläufige Richtung zu diesem ersten Verstärkungsanstieg aufweist; und
e') Steuern der Verstärkungsentzerrung durch Ändern der Pumpenleistung der Raman-Pumpe und des Dämpfungsgrads der variablen optischen Dämpfung.

Dadurch kann, durch eine kombinierte Verwendung der VOA, der Pumpenleistung und einer geringen Anpassung der EDFA-Verstärkung durch den Glättungsfilter die EDFA-Verstärkung für einen gewünschten Bereich der Eingangsleistung glatt gehalten werden.
Diese und weitere Aufgaben werden erzielt mithilfe eines verbesserten Systems zur Verstärkungsentzerrung und eines Verfahrens zur Verwendung in optischen Kommunikationssystemen gemäß der Beschreibung in den angehängten Patentansprüchen, die als integraler Bestandteil der vorliegenden Beschreibung betrachtet werden.
Mit dieser Lösung wird keine Auswirkung auf das Rauschen erzielt, da die variable optische Dämpfung zusammen mit dem Anstieg der Raman-Verstärkung vergrößert wird. Dadurch steht der EDFA glatt ohne Verschlechterung des Rauschens. Außerdem geht diese neue Lösung nicht zu Lasten der nichtlinearen Effekte in der DCF-Faser.
Darüber hinaus hat diese Lösung den Vorteil, dass sie auf Technologien aufbaut, die besonders für die terrestrische Übertragung geeignet sind. Ein weiterer Vorteil solcher Systeme ist die Möglichkeit, die gesamte Verstärkungsantwort von einer fernen Endgerätestation aus zu ändern, wenn die Verbindung installiert ist. Da die Verschlechterung der Übertragung durch die Alterung bei Systemen mit sehr großen Entfernungen drastisch sein kann, ist es besonders vorteilhaft, die vorliegende Erfindung in solchen Systemen zu verwenden.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ausführlich erläutert mit Bezug auf die folgenden Figuren, die lediglich als Beispiel zur Illustration der Arbeitsweise der Erfindung dienen und nicht als Einschränkung hinsichtlich des Anwendungsbereichs der Erfindung zu verstehen sind, wobei gilt: 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine grafische Darstellung der gemessenen Neigungskompensierung zur Wellenlänge für verschiedene Leistungen der Raman-Pumpe.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. In einem optisch verstärkten Übertragungssystem wird ein doppelstufiger EDFA-Verstärker, EDFA1 und EDFA2 mit der Möglichkeit des Zugangs zwischen den Stufen bereitgestellt, beispielsweise zum Kompensieren der Verluste in der Glasfaserverbindung FL.
Bevorzugt wird ein EDFA mit Standardkonfiguration verwendet, der ein Stück Erbium-dotierter Glasfaser umfasst, gepumpt von einem Halbleiter-Laser mit einer bevorzugten Wellenlänge von 1480 nm (um ein hohes Leistungsniveau zu erzielen) oder 980 nm (um einen günstigen Rauschwert zu erzielen). Das Licht dieser Pumpe wird über einen optischen Multiplexer in die Glasfaser eingespeist, der auch das verstärkte Signal bei 1555 nm in die Glasfaser einspeist.
Zwischen den beiden EDFA-Stufen wird eine Dispersions-Kompensationsfaser DCF bereitgestellt; dadurch ist die Raman-Effizienz drei Mal höher als bei einer Standardfaser.
Außerdem wird eine Raman-Pumpe RMP bereitgestellt. Die Wellenlänge der Raman-Pumpe wird gemäß den spezifischen Merkmalen und den Betriebsanforderungen des Übertragungssystems ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Wellenlängenkanäle im Wellenlängenbereich zwischen 1529 nm und 1561 nm liegen, wird eine Pumpenquellen-Wellenlänge von 1462 nm verwendet, da diese eine maximale Verstärkung über den Wellenlängenbereich bietet.
Die Raman-Pumpe RMP nutzt bevorzugt einen Standard-Halbleiter-Laser, wie er auch im EDFA genutzt wird, mit einer Wellenlänge von 1462 nm. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Raman-Pumpe von einer fernen Steuerungseinheit RCT, d. h. einer Endgerätestation aus gesteuert.
Die Raman-Pumpe RMP ist über einen optischen Multiplexer OMUX mit der Glasfaser DCF verbunden, wobei die modulierten Kanäle zeitmultiplext sind und in die Glasfaser DCF eingespeist werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein bekannter Faser-Multiplexer („Fiber Fused Multiplexer") oder ein Multiplexer mit Bulk Optics-Technologie verwendet.
Darüber hinaus wird ein fester linearer optischer Verstärkungs-Glättungsfilter OFLT mit negativem Anstieg bereitgestellt, der mit der Glasfaser DCF gekoppelt ist.
Es entspricht einer bevorzugten Ausführungsform, einen festen Filter mit linearem negativem Anstieg über einen großen Spektralbereich zu verwenden. Dadurch werden bevorzugt Filter eines bekannten Typs auf der Basis der Glasfaser-Bragg-Gittertechnologie, beispielsweise die von Alcatel hergestellten, verwendet. Es kann jedoch jeder beliebige feste optische lineare Filter verwendet werden.
Eine variable optische Dämpfung VOA eines bekannten Typs wird hinter dem Filter OFLT eingefügt. Bevorzugt wird die VOA-Dämpfung von der fernen Steuerungseinheit RCT aus gesteuert. Bevorzugte Wertangaben für die VOA-Dämpfung liegen normalerweise zwischen 2 und 8 dB.
Der Anstieg der Raman-Verstärkung kann durch Ändern der Leistung der Raman-Pumpe RMP abgestimmt werden.
In Verbindung mit dem Filter OFLT und der variablen Dämpfung VOA mit negativem Anstieg bietet das Ganze die Funktionalität eines einstellbaren linearen Filters. Bei nominaler Pumpenleistung ist die Form der Raman-Verstärkung der Filterantwort entgegengesetzt. Das Erhöhen der Pumpenleistung bewirkt daher eine positive Neigung, und ein Reduzieren der Pumpenleistung bewirkt eine negative Neigung.
Diese Funktionalität ist unabhängig von den EDFA-Merkmalen und kann über Fernzugriffe gesteuert werden.
Die durch die kombinierte Verwendung der VOA, der Pumpenleistung und der geringen Änderung des EDFA-Verstärkungs-Glättungsfilters potenziell erreichbaren Anstiege sind in 2 dargestellt. Das bedeutet, dass die EDFA-Verstärkung für einen Bereich der Eingangsleistung von ca. 7 dB glatt gehalten werden können.
Durch dieses System kann die Neigung in einem Bereich zwischen –2 und +2 dB kompensiert werden, und der Gesamtrauschwert wird um 0,8 dB verbessert. Die maximale Verbindungsdistanz kann daher normalerweise um 20% vergrößert werden.
Darüber hinaus bewirkt das Ändern der Pumpenleistung eine Änderung der EDFA-Eingangsleistung im Anschluss an die Raman-Verstärkungsstufe. Dies wiederum bewirkt eine Verstärkungsnei gung dieses EDFA mit dem gleichen Anstieg wie die Raman-Verstärkungsneigung.
Weitere Details zu der Implementierung werden nicht beschrieben, da der Fachmann die Erfindung aufbauend auf der obigen Beschreibung umsetzen kann.
Für den Fachmann sind nach der Durchsicht der Spezifikation und der beigefügten Zeichnungen zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zahlreiche Änderungen, Modifikationen, Variationen und andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Alle derartigen Änderungen, Modifikationen, Variationen und andere Anwendungen, die nicht vom Anwendungsbereich der Erfindung gemäß der Definition in den angehängten Patentansprüchen abweichen, gelten als durch die Erfindung abgedeckt.

Claims

System zur Verstärkungsentzerrung in einem optischen Kommunikationssystem, das eine Glasfaserverbindung (FL) und an die Glasfaserverbindung (FL) angeschlossene optische Verstärker (EDFA1, EDFA2) umfasst, wobei das System Folgendes umfasst: a) einen zweistufigen optischen Verstärker (EDFA1, EDFA2) mit einem Zugang zwischen den Stufen, wobei das System des Weiteren zwischen den Stufen Folgendes umfasst: b) einen optischen Verstärkungs-Glättungsfilter (OFLT) am Ausgang der ersten Stufe (EDFA1) dieses zweistufigen optischen Filters (EDFA1, EDFA2), wobei dieser optische Verstärkungs-Glättungsfilter (OFLT) so angepasst ist, dass er einen ersten Verstärkungsanstieg bietet; und c) eine variable optische Dämpfung (VOA), dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren zwischen den Stufen Folgendes umfasst: d) eine Dispersions-Kompensationsfaser (DCF); und e) eine an die Dispersions-Kompensationsfaser (DCF) angeschlossene Raman-Pumpe (RMP), wobei die Raman-Pumpe (RMP) so angepasst ist, dass sie einen zweiten Verstärkungsanstieg bietet, und wobei die Raman-Pumpe des Weiteren (RMP) so angepasst ist, dass die Pumpenleistung gesteuert werden kann, um diesen zweiten Verstärkungsanstieg zu ändern, f) wobei dieser zweite Verstärkungsanstieg eine umgekehrte Richtung zu diesem ersten Verstärkungsanstieg aufweist, um diese Verstärkungsentzerrung zu erzielen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren einen optischen Multiplexer (OMUX) umfasst, der die Raman-Pumpe (RMP) mit der Dispersions-Kompensationsfaser (DCF) verbindet.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren eine Fernsteuerung (RTC) umfasst, die die Ausgangsleistung der Raman-Pumpe (RMP) und den Dämpfungswert der variablen optischen Dämpfung (VOA) steuert.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweistufigen optischen Verstärker (EDFA1, EDFA2) um einen Erbium-dotierten Glasfaserverstärker handelt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Kommunikationssystem um ein Wellenlängenteilungs-Multiplexing-System handelt.
Optisches Kommunikationssystem, das ein System für die Verstärkungsentzerrung gemäß Anspruch 1 umfasst.
Verfahren zur Verstärkungsentzerrung in einem optischen Kommunikationssystem, das eine Glasfaserverbindung (FL) und an die Glasfaserverbindung (FL) angeschlossene optische Verstärker (EDFA1, EDFA2) umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a') Bereitstellen eines zweistufigen optischen Verstärkers (EDFA1, EDFA2) mit einem Zugang zwischen den Stufen; b') Bereitstellen eines ersten Verstärkungsanstiegs mithilfe einer variablen optischen Dämpfung (VOA) und eines Verstärkungs-Glättungsfilters (OFLT), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: c') Bereitstellen einer Dispersions-Kompensationsfaser (DCF) zwischen den Stufen; d') Bereitstellen eines zweiten Verstärkungsanstiegs mithilfe einer Raman-Pumpe (RMP) in dieser Dispersions-Kompensationsfaser (DCF), wobei dieser zweite Verstärkungsanstieg eine umgekehrte Richtung zu diesem ersten Verstärkungsanstieg aufweist; e') Steuern der Verstärkungsentzerrung durch Ändern der Raman-Pumpenleistung und des Dämpfungswerts der variablen optischen Dämpfung (VOA).
Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt zum Verbinden der Raman-Pumpe (RMP) mit der Dispersions-Kompensationsfaser (DCF) durch einen optischen Multiplexer (OMUX).
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Pumpenleistung der Raman-Pumpe (RMP) und des Dämpfungswerts der variablen optischen Dämpfung (VOA) ferngesteuert (RCT) wird.