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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung,
die insbesondere für
die Unterdrückung
des doppelte Rayleigh-Rückstreuung
genannten Rauschens verwendet wird. Sie betrifft ebenfalls eine
optische Signalübertragungsanlage,
die eine solche Vorrichtung aufweist.
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Genauer
gesagt, betrifft die Erfindung eine optische Vorrichtung, die dazu
bestimmt ist, an optische Übertragungsmittel
mindestens eines informationstragenden Signals angepasst zu werden
und Mittel zur Unterdrückung
von in den optischen Übertragungsmitteln
rückgestreuten
Signalen aufweist.
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Es
sind solche optischen Vorrichtungen bekannt, die darauf abzielen,
jedes Rückstreurauschen in
einer Übertragungslichtleitfaser
zu unterdrücken. Im
Allgemeinen weisen sie einen Isolator auf, der auf der Übertragungslichtleitfaser
angeordnet ist. Dieser Isolator lässt die optischen Signale nur
in einer Richtung durch, d.h. in der Übertragungsrichtung des informationstragenden
Signals, blockiert aber jede Übertragung
von Signalen in der anderen Richtung, d.h. insbesondere der in der
Lichtleitfaser rückgestreuten
Signale.
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Für Anwendungen
der optischen Übertragung über weite
Strecken und mit hohem Durchsatz ist es aber besonders interessant,
das Signal regelmäßig entlang
der Übertragungslichtleitfaser
mit Hilfe eines Systems der verteilten Raman-Verstärkung zu verstärken. Dieses
Verstärkungssystem
hat den Vorteil, in einem breiteren Band wirksam zu sein und gleichzeitig
das Signal-Rausch-Verhältnis im
Vergleich mit einem klassischen lokalen optischen Verstärker zu
verbessern.
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Dieses
System der verteilten Raman-Verstärkung wird durch das Einspeisen
eines rückgestreuten
Laserlichtsignals, Pumpsignal genannt, in die Übertragungslichtleitfaser angewendet.
Die Wellenlänge
dieses Pumpsignals liegt im Allgemeinen etwa 100 nm unter der Wellenlänge des übertragenen
informationstragenden Signals, d.h. zum Beispiel 1450 nm für die Verstärkung eines
informationstragenden Signals, dessen Trägerwellenlänge 1550 nm beträgt.
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Die
verteilte Raman-Verstärkung
führt aber zu
einem neuen Problem: Sie erzeugt ein doppeltes Rayleigh-Rückstreurauschen, das mit dem
informationstragenden Signal interferiert und am Ende der Übertragung
ein Überlagerungsrauschen
im Empfänger
erzeugt. Dieses Rauschen beeinträchtigt
die Qualität
der Ausbreitung.
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In
diesem Fall ist die Verwendung eines Isolators nicht ideal. Der
Isolator unterdrückt
nämlich zum
Teil das doppelte Rayleigh-Rückstreurauschen, unterdrückt aber
gleichzeitig das rückausgebreitete Pumpsignal,
was den Einbau eines zweiten Systems der verteilten Raman-Verstärkung auf
der Übertragungslichtleitfaser
erfordert, um das Signal zu verstärken, das sich stromaufwärts vor
dem Isolator befindet. Diese Lösung
ist teuer und erlaubt es nicht, in der Übertragungsfaser das Rayleigh-Rückstreuungssignal
vom Pumpsignal zu unterscheiden.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, diesem Nachteil abzuhelfen, indem sie eine
optische Signalverarbeitungsvorrichtung liefert, die in der Lage
ist, nur einen vorbestimmten Teil der rückgestreuten Signale zu unterdrücken, insbesondere
zur Unterdrückung
eines so genannten Rayleigh-Rückstreurauschens,
das in optischen Übertragungsmitteln
rückausgebreitet wird,
auf denen ein System der verteilten Raman-Verstärkung angebracht ist.
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WO 02/03579 beschreibt eine
optische Vorrichtung, die Verstärker,
zum Beispiel Raman-Verstärker,
aufweist, die zwischen zwei Anschlusszirkulatoren der Vorrichtung
an optische Übertragungsmittel
angeordnet sind. Die Verstärker
sind in der Nähe von
Filtern angeordnet, aber diese Filter haben nicht die Aufgabe, eine
Unterscheidung zwischen einem Raman-Pumpsignal und dem rückgestreuten
Rauschen durchzuführen.
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US 2002/159132 beschreibt
eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die einen Reflektor aufweist, der
durch einen Zirkulator an optische Übertragungsmittel angeschlossen
ist. Der Reflektor ist nicht parallel an die optischen Übertragungsmittel
angeschlossen.
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US 2002/081069 beschreibt
eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung, die dazu bestimmt ist,
an optische Übertragungsmittel
mindestens eines informationstragenden Signals angepasst zu werden,
mit Mitteln zur Unterdrückung
von in den optischen Übertragungsmitteln
rückgestreuten
Signalen. Die optischen Übertragungsmittel
enthalten ebenfalls Unterscheidungsmittel eines einzigen informationstragenden
Signals und eines Signals des Rayleigh-Rückstreurauschens.
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Die
Erfindung hat also eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung
zum Gegenstand, die dazu bestimmt ist, an optische Übertragungsmittel
von mehreren informationstragenden Signalen angepasst zu werden,
wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.
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Während es
nämlich
unmöglich
ist, zum Beispiel durch Filterung das informationstragende Signal
in den optischen Übertragungsmitteln
zu unterscheiden, da die Wellenlänge
des Rayleigh-Rückstreuungssignals
die gleiche ist wie die des informationstragenden Signals, ist es
möglich,
diese Unterscheidung dann durchzuführen, wenn die rückgestreuten
und rückausgebreiteten
Signale zu einem spezifischen optischen Ausbreitungsmedium abgezweigt
werden, an das Unterscheidungsmittel angeschlossen sind. So ist
es möglich,
ein Rayleigh-Rückstreurauschen
zu unterdrücken
und gleichzeitig andere rückausgebreitete
Signale, insbesondere ein Pumpsignal, durchzulassen, wenn diese
Signale andere Wellenlängen
haben.
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Diese
Lösung
erfordert keinen Einbau einer zweiten Vorrichtung der verteilten
Raman-Verstärkung
stromaufwärts
vor der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung.
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Eine
optische Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann außerdem eines oder
mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – die Abzweigmittel
weisen zwei Zirkulatoren auf, die je an einem der Anschlusspunkte
des optischen Ausbreitungsmediums an die optischen Übertragungsmittel
angeordnet sind, um die Zirkulation des informationstragenden Signals
in den optischen Übertragungsmitteln
und die Zirkulation der rückgestreuten
Signale im optischen Ausbreitungsmedium zwischen den zwei Zirkulatoren
zu bewirken;
- – sie
weist außerdem
ein optisches Funktionsmodul auf, das auf den optischen Übertragungsmitteln
zwischen den zwei Zirkulatoren angeordnet ist;
- – das
optische Funktionsmodul weist mindestens eines der Elemente auf,
die aus der Gruppe ausgewählt
werden, die aus einem optischen Wellenlängen-Add/Drop-Multiplexer, einem optischen Schalter,
einem Kompensator der modalen Polarisationsdispersion und einem
optischen Regenerator besteht;
- – die
Signalunterscheidungsmittel weisen mehrere in Reihe angeordnete
Bragg-Gitter auf, deren Reflexionswellenlängen je den Trägerwellenlängen von
Rückstreuungssignalen
entsprechen, die von den mehreren informationstragenden Signalen
stammen;
- – die
Signalunterscheidungsmittel weisen einen optischen Signaldemultiplexer
auf, der einem optischen Signalmultiplexer zugeordnet ist, wobei der
Demultiplexer bauartbedingt so konzipiert ist, dass er nur bestimmte
Signale mit vorbestimmten Wellenlängen überträgt; und
- – die
optischen Übertragungsmittel
weisen eine Leitungs-Lichtleitfaser auf, und das optische Ausbreitungsmedium
weist einen Lichtleitfaserabschnitt auf.
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Die
Erfindung hat ebenfalls eine Vorrichtung zur Unterdrückung des
Rayleigh-Rückstreurauschens
zum Gegenstand, die eine wie oben beschriebene optische Signalverarbeitungsvorrichtung aufweist.
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Schließlich hat
die Erfindung ebenfalls eine optische Signalübertragungsanlage zum Gegenstand,
die eine Übertragungslichtleitfaser
mindestens eines informationstragenden Signals und ein System der
verteilten Raman-Verstärkung
aufweist, die weiter eine wie oben beschriebene optische Signalverarbeitungsvorrichtung
aufweist.
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Die
Erfindung hat noch ein Verfahren zur Verarbeitung eines optischen
Signals zum Gegenstand, wie es im Anspruch 9 beschrieben ist.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung, die nur als Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Zeichnungen
bezieht. Es zeigen:
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1 schematisch
die Entwicklung der Leistung eines in einer Lichtleitfaser übertragenen
Signals, die mit einem System der verteilten Raman-Verstärkung ausgestattet
ist;
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2 schematisch
den Aufbau einer Signalverarbeitungsvorrichtung, die auf der Lichtleitfaser der 1 installiert
ist;
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3 schematisch
den Aufbau einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 schematisch
den Aufbau einer Signalübertragungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 ist
eine Übertragungslichtleitfaser 10 dargestellt,
die die waagrechte Achse eines Diagramms bildet. Dieses Diagramm
stellt die Entwicklung der Leistung eines informationstragenden
Signals S entlang der Lichtleitfaser 10 dar.
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An
bestimmten, im Allgemeinen regelmäßig verteilten Stellen, sind
Pumpsignalgeneratoren 12 an die Übertragungslichtleitfaser 10 für die Rückausbreitung
eines Pumpsignals P in die Lichtleitfaser angeschlossen. Zum Beispiel
sind diese Generatoren 12 alle 100 km angeordnet.
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Unter "Rückausbreitung" eines Signals wird die
Ausbreitung dieses Signals in umgekehrter Richtung zur Ausbreitung
des von der Lichtleitfaser 10 übertragenen informationstragenden
Signals verstanden.
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Das
rückausgebreitete
Pumpsignal verstärkt das
informationstragende Signal S über
eine wirksame Länge Leff von etwa zwanzig Kilometern der Übertragungslichtleitfaser 10.
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So
wird das informationstragende Signal S, das die Tendenz hat, sich
entlang der Übertragungslichtleitfaser 10 abzuschwächen, vom
Pumpsignal P verstärkt,
das von einem der Generatoren 12 in den optischen Abschnitt
der Übertragungslichtleitfaser 10 eingeführt wird,
der sich in einem Abstand von weniger als Leff stromaufwärts vor
diesem Generator 12 befindet.
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In
diesem gleichen Übertragungslichtleitfaserabschnitt 10 wird
eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung 14 gemäß der Erfindung
eingefügt, um
das Rayleigh-Rückstreurauschen
zu unterdrücken,
das durch das Vorhandensein dieses Generators 12 erzeugt
wird, während
das Pumpsignal durchgelassen wird.
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Wie
in 2 dargestellt, weist die nicht beanspruchte optische
Vorrichtung 14 einen Lichtleitfaserabschnitt 16 auf,
der parallel an die Übertragungslichtleitfaser 10 mittels
zweier Zirkulatoren 18 und 20 angeschlossen ist,
die sich je an einem Ende des Lichtleitfaserabschnitts 16 befinden.
Jeder Zirkulator 18, 20 weist drei Anschlüsse auf,
von denen zwei mit der Übertragungslichtleitfaser 10 durch
Einführen
der Zirkulatoren in diese verbunden sind, und von denen einer mit
einem der Enden des Lichtleitfaserabschnitts 16 verbunden
ist.
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Der
erste 18 der zwei Zirkulatoren, auf den das informationstragende
Signal S trifft, ist auf der Übertragungslichtleitfaser 10 so
angeordnet, dass:
- – ein vom Faserabschnitt 16 kommendes
Signal in die Übertragungsfaser 10 in
Richtung der Rückausbreitung
geleitet wird;
- – ein
von der Übertragungsfaser 10 in Ausbreitungsrichtung
des informationstragenden Signals S kommendes Signal zur Übertragungsfaser 10 nach
wie vor in der Ausbreitungsrichtung des informationstragenden Signals
S geleitet wird; und
- – ein
von der Übertragungsfaser 10 in
Richtung der Rückausbreitung
kommendes Signal angehalten und unterdrückt wird.
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Der
zweite Zirkulator 20 ist auf der Übertragungsfaser 10 am
anderen Ende des Faserabschnitts 16 derart angeordnet,
dass:
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- – ein
von der Übertragungslichtleitfaser 10 in
der Ausbreitungsrichtung des informationstragenden Signals S kommendes
Signal zur Übertragungsfaser 10 nach
wie vor in der Ausbreitungsrichtung des informationstragenden Signals
S geleitet wird;
- – ein
von der Übertragungsfaser 10 in
der Rückausbreitungsrichtung
kommendes Signal in den Lichtleitfaserabschnitt 16 geleitet
wird; und
- – ein
von dem Lichtleitfaserabschnitt 16 kommendes Signal angehalten
und unterdrückt
wird.
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So
durchquert das informationstragende Signal S, das sich in der Übertragungsfaser 10 in
Ausbreitungsrichtung ausbreitet, zunächst den ersten Zirkulator 18.
Am Ausgang dieses Zirkulators 18 breitet es sich weiter
in der Ausbreitungsrichtung in der Übertragungsfaser 10 aus,
und kommt an den Eingang des zweiten Zirkulators 20. An
dessen Ausgang breitet es sich weiter in der Übertragungsfaser 10 in Ausbreitungsrichtung
aus.
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Dagegen
breiten sich das Pumpsignal P und das Rayleigh-Rückstreurauschen
RS, das durch das Vorhandensein des Generators 12 auf der Übertragungsfaser 10 erzeugt wird,
in Gegenrichtung zum informationstragenden Signal S aus. Diese zwei rückgestreuten
Signale kommen zunächst
zum Eingang des zweiten Zirkulators 20 und werden von diesem
letzteren in den Lichtleitfaserabschnitt 16 abgezweigt.
Sie kommen anschließend
an den Eingang des ersten Zirkulators 18, der sich am anderen
Ende des Lichtleitfaserabschnitts 16 befindet, und werden erneut
in die Übertragungsfaser 10 in
Richtung der Rückausbreitung
geleitet.
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Man
stellt also fest, dass die zwei Zirkulatoren 18 und 20,
die es ermöglichen,
den Lichtleitfaserabschnitt 16 an die Übertragungsfaser 10 anzuschließen, Abzweigmittel
der rückgestreuten
Signale P und RS in der Übertragungsfaser 10 zu
diesem Lichtleitfaserabschnitt 16 bilden.
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Die
Signalverarbeitungsvorrichtung 14 weist außerdem Signalunterscheidungsmittel
auf, die an den Lichtleitfaserabschnitt 16 angeschlossen
sind, in dem sich das Pumpsignal P und das Rayleigh-Rückstreurauschen RS ausbreiten.
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Diese
Unterscheidungsmittel weisen zum Beispiel ein Bandpassfilter auf,
dessen Mittenfrequenz auf die Wellenlänge des Pumpsignals P zentriert
ist und insbesondere die Signale einer Wellenlänge ausschließt, die
gleich derjenigen des Rayleigh-Rückstreurauschens
RS ist, die etwa 100 nm höher
ist als diejenige des Pumpsignals.
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So
durchqueren die rückgestreuten
Signale, die sich im Lichtleitfaserabschnitt 16 ausbreiten,
das Bandpassfilter 22 derart, dass am Ausgang dieses Filters
nur das Pumpsignal sich ausbreitet. So bildet dieses Filter 22 Unterscheidungsmittel
der rückgestreuten
Signale, die sich im Abschnitt 16 der Lichtleitfaser ausbreiten,
die es außerdem
ermöglichen, das
Rayleigh-Rückstreuungssignal
durch Filterung zu unterdrücken,
um nur das Pumpsignal P durchzulassen.
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Es
ist möglich,
das Bandpassfilter 22 durch eine Faser mit Bragg-Gitter 22 zu
ersetzen, deren Reflektionswellenlänge der Wellenlänge des
Rückstreurauschens
RS entspricht.
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Diese
Faser mit Bragg-Gitter 22 ist bekannt und verhält sich
folgendermaßen:
- – die
Signale, deren Wellenlänge
nahe der Reflektionswellenlänge
des Bragg-Gitters ist, werden von diesem Bragg-Gitter reflektiert;
und
- – die
Signale, deren Wellenlänge
von der Reflektionswellenlänge
des Bragg-Gitters entfernt ist, d.h. insbesondere das Pumpsignal
P, werden vom Bragg-Gitter übertragen.
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Auf
diese Weise durchquert das Pumpsignal P, das sich in dem Lichtleitfaserabschnitt 16 ausbreitet,
das Bragg-Gitter 22 und wird vom Zirkulator 18 in die Übertragungsfaser
in Richtung der Rückausbreitung
geleitet.
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Dagegen
wird das Rayleigh-Rückstreuungssignal
RS, das sich im gleichen Lichtleitfaserabschnitt 16 ausbreitet,
vom Bragg-Gitter 22 zum zweiten Zirkulator 20 reflektiert
und wird dann von diesem letzteren angehalten und unterdrückt, der
dann als Filter wirkt.
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Optional
weist die optische Signalverarbeitungsvorrichtung 14 zwischen
den zwei Zirkulatoren 18 und 20 auf der Übertragungsfaser 10 ein
optisches Funktionsmodul 24 auf. Dieses optische Funktionsmodul 24 weist
zum Beispiel einen Wellenlängen-Add/Drop-Multiplexer,
einen optischen Schalter, einen Kompensator der modalen Polarisationsdispersion
und einen optischen Generator oder eine Kombination von mehreren
dieser Elemente auf.
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Eine
Ausführungsform
ist in 3 dargestellt. In dieser Figur wird die Übertragungslichtleitfaser 10 zur Übertragung
von mehreren informationstragenden Signalen verwendet. Man überträgt zum Beispiel
drei Signale S1, S2 und
S3, die sich mit unterschiedlichen Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 ausbreiten.
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Das
vom Generator 12 gebildete System der verteilten Raman-Verstärkung wird
dann für
die Erzeugung von drei Raman-Pumpsignalen P1,
P2 und P3 angepasst.
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Diese
Ausbreitung von drei Signalen induziert außerdem die Rückausbreitung
von drei Signalen eines Rayleigh-Rückstreurauschens
RS1, RS2 und RS3 mit den Pumpsignalen P1,
P2 und P3.
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In
diesem Fall weist der Lichtleitfaserabschnitt 16 drei Fasern
mit Bragg-Gitter 22a, 22b und 22c auf,
wobei jede dieser Fasern mit Bragg-Gitter auf eine der Wellenlängen des
Rayleigh-Rückstreurauschens
RS1, RS2 und RS3 zentriert ist.
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Diese
drei Fasern mit Bragg-Gitter sind ganz einfach in Reihe angeordnet
und bewirken je die Reflektion eines Teils des rückgestreuten Signals, das sich
im Lichtleitfaserabschnitt 16 ausbreitet, d.h. das durch
das Signal S1 induzierte rückgestreute
Rauschen RS1, das durch das Signal S2 induzierte rückgestreute Signal RS2 bzw. das durch das Signal S3 induzierte
rückgestreute
Signal RS3.
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Dagegen
werden die drei Raman-Pumpsignale P1, P2 und P3 vollständig über die
Fasern mit Bragg-Gitter 22a, 22b und 22c übertragen.
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Eine
andere Ausführungsform
ist in 4 dargestellt. In dieser Figur wird ebenfalls
die optische Übertragungsfaser 10 für die Übertragung
von mehreren informationstragenden Signalen S1,
S2 und S3 verwendet,
wie im Fall der vorhergehenden Ausführungsform.
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In
diesem Fall weist aber alternativ der Lichtleitfaserabschnitt 16 einen
Demultiplexer 26a auf, der einem Multiplexer 26b zugeordnet
ist. Der Demultiplexer 26a ist bauartbedingt so konzipiert,
dass er nur die Raman-Pumpsignale P1, P2 und P3 in drei
Lichtleitfaserabschnitten durchlässt,
die parallel zwischen dem Demultiplexer 26a und dem Multiplexer 26b angeschlossen
sind.
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So
kommen die im Lichtleitfaserabschnitt 16 rückausgebreiteten
Signale am Eingang des Demultiplexers 26a an. Aus der Gesamtheit
dieser Signale werden nur die drei Pumpsignale P1,
P2 und P3 am Ausgang
des Multiplexers 26b geliefert, um erneut in die Leitungsfaser 10 eingespeist
zu werden. Die Signale des Rayleigh-Rückstreurauschens RS1, RS2 und RS3 werden vom Demultiplexer 26a gefiltert.
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Es
stellt sich klar heraus, dass eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung
gemäß der Erfindung die
Unterdrückung
jedes Rayleigh-Rückstreurauschens
ermöglicht
und gleichzeitig die Ausbreitung des Pumpsignals in Richtung der
Rückausbreitung stromabwärts hinter
und stromaufwärts
vor der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung in der Übertragungsfaser 10 ermöglicht.
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Diese
Vorrichtung ermöglicht
es zu geringeren Kosten, ein System der verteilten Raman-Verstärkung in
einer optischen Signalübertragungsvorrichtung
zu verwenden, indem das Problem des Vorhandenseins von Rayleigh-Rückstreurauschen gelöst wird.