DE602004010141T2

DE602004010141T2 - Wellenlängenselektive optische signalverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE602004010141T2
Application number: DE602004010141T
Authority: DE
Inventors: Steven Ian Southbridge PEGG
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 2003-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: DE10335419A1; CN1833383A; US20060228111A1; CN1833383B; DE602004010141D1; EP1654816B1; WO2005013516A1; ATE378743T1; EP1654816A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungseinrichtung zum selektiven Ausführen einer Verarbeitung von spezifischen Kanälen eines Wellenlängenmultiplex-Signals, das aus mehreren Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen gebildet wird.
Ein solches Wellenlängenmultiplex wird im Allgemeinen gebildet von einer großen Anzahl von Informationskanälen, welche Nutzinformationen transportieren, und mindestens einem optischen Überwachungskanal, welcher Informationen transportiert, die benötigt werden, um die Informationskanäle und die auf ihnen transportierten Informationen in den Knoten eines Übertragungsnetzes zu steuern.
Die Verarbeitung von Informations- und Überwachungskanälen in den verschiedenen Einrichtungen eines Informationsübertragungssystems unterscheidet sich aus verschiedenen Gründen stark. Z. B. kann es in einem Knoten eines solchen Netzes erforderlich sein, zuerst die auf dem Überwachungskanal übertragenen Informationen auszuwerten, um zu wissen, wie die einzelnen Informationssignale des Multiplex an diesem Knoten zu verarbeiten sind.
Ein anderer möglicher Grund für eine unterschiedliche Behandlung von Überwachungs- und Informationskanälen können ihre verschiedenen Wellenlängen sein. Z. B. ist aus US 6,411,407 ein optisches Informationsübertragungssystem mit Regenerierverstärkern bekannt, in welchem Wellenlängen außerhalb eines Bandes maximaler Verstärkung der Regenerierverstärker den optischen Überwachungskanälen zugewiesen sind. Beim Durchgang durch einen Regenerierverstärker erfahren die Überwachungskanäle eine geringere Verstärkung als die Informationskanäle. Wenn dies mehrmals nacheinander geschehen würde, würde sich die optische Leistung der Überwachungskanäle, verglichen mit der der Informationskanäle, so stark verringern, dass der Überwachungskanal nicht mehr funktionsfähig wäre. Daher ist eine Verarbeitung des Überwachungskanals getrennt von den Informationskanälen notwendig, um diese unterschiedliche Verstärkung auszugleichen. Gemäß US 6,411,407 geschieht dies, indem der Überwachungskanal eines ankommenden Multiplex elektrisch beendet wird und der optische Überwachungskanal am Ausgang der Verstärkereinheit reproduziert wird. Zu diesem Zweck umfasst die bekannte Verstärkereinheit einen Vorverstärker für jede Übertragungsrichtung, welcher von dem vollständigen ankommenden Signalmultiplex durchlaufen wird, ein so genanntes SCW-Filter, welches den optischen Überwachungskanal von den Informationskanälen trennt und ihn zu einem Überwachungsmodul zum Abschluss führt, ein zweites SCW-Filter, welches die Informationskanäle von dem ersten SCW-Filter und den neu reproduzierten Überwachungskanal von dem Überwachungsmodul empfängt und diese zu einem abgehenden Wellenlängenmultiplex kombiniert, und einen Nachverstärker, in welchem das abgehende Wellenlängenmultiplex nochmals verstärkt wird.
Es sind Dokumente bekannt, welche das Hinzufügen und Entnehmen optischer Kanäle betreffen, nämlich WO99/65174 und "Supervisory Signal Transmission Methods For Optical Amplifier Repeater Systems" von Shinji Matsuoka; Proceedings of the Global Telecommunications Conference and Exhibition. Jedoch werden Funktionsweisen wie in der nun zu beschreibenden Erfindung in dem zum Stand der Technik gehörenden Dokument weder offenbart noch nahe gelegt.
Alle Komponenten, die auf dem Weg der Informationskanäle durch die Verstärkereinheit hindurch eingefügt werden, benötigen Platz, verursachen Kosten und verursachen Einbauverluste, welche durch die Verstärker kompensiert werden müssen. Je größer diese Verluste sind, desto leistungsstärker und demzufolge teurer müssen die Verstärker sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wellenlängenselektive optische Signalverarbeitungseinrichtung bereitzustellen, welche ein Auskoppelfilter zum Zerlegen eines Wellenlängenmultiplex, das mehrere Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen umfasst, in eine erste und eine zweite Gruppe von Kanälen, eine Verarbeitungseinheit zum Ausführen einer Verarbeitung der ersten Gruppe und ein Einkoppelfilter zum Kombinieren der verarbeiteten ersten Gruppe und der zweiten Gruppe zu einem abgehenden Wellenlängenmultiplex aufweist und welche kompakt, einfach und wirtschaftlich in der Ausführung ist.
Die Aufgabe wird durch das Auskoppelfilter und das Einkoppelfilter nach Anspruch 8 und eine wellenlängenselektive optische Signalverarbeitungseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Durch das Einbinden eines Einkoppel- und eines Auskoppelfilters in diese wellenlängenselektive Struktur werden einerseits Kosten und Platzanforderungen verringert, da die Struktur die Aufgaben beider SCW-Filter aus US 6,411,407 übernimmt; andererseits wird eine Verringerung der Einbauverluste in der zweiten Gruppe von Kanälen erreicht, da diese nur die einzige wellenlängenselektive Struktur durchlaufen müssen, anstelle von zwei separaten Filtern zum Ein- und Auskoppeln.
Vorzugsweise ist die wellenlängenselektive reflektierende Struktur ein Bragg-Gitter. Ein solches Bragg-Gitter kann drei-, zwei- oder eindimensional sein; ein geeignetes eindimensionales Gitter in Form von zwei teilweise geschmolzenen optischen Fasern ist in US 6,578,388 B1 beschrieben.
Stattdessen kann auch ein dichroischer Spiegel als eine reflektierende Struktur betrachtet werden.
Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung der Erfindung für ein Wellenlängenmultiplex vorgesehen, das mehrere Informationskanäle und mindestens einen Überwachungskanal aufweist, wobei der mindestens eine Überwa chungskanal die erste Gruppe bildet und die Informationskanäle die zweite Gruppe bilden.
Falls die Signalverarbeitungseinrichtung eine optische Verstärkerstufe umfasst, durch welche das gesamte Wellenlängenmultiplex durchläuft, werden die Verstärkerstufe bzw. die Wellenlänge(n) der ersten Gruppe vorzugsweise so gewählt, dass die optische Verstärkerstufe für die erste Gruppe auch in ihrem ungepumpten Zustand durchlässig ist, so dass diese auch im Falle eines Ausfalls des Verstärkers durchgelassen wird.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen derselben ersichtlich, in der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird.
1 ist eine Draufsicht eines kombinierten Einkoppel-/Auskoppelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schnitt entlang Linie II-II von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform des Filters;
3 ist ein Schnitt entlang Linie III-III von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform des Filters;
4 ist ein Schnitt entlang Linie II-II von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform des Filters;
5 ist ein Schnitt entlang Linie III-III von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform des Filters;
6 ist ein Blockschaltbild einer Verstärkereinheit für eine Fernübertragung von optischen Signalen gemäß der Erfindung.
1 ist eine Draufsicht eines kombinierten Einkoppel-/Auskoppelfilters 1 gemäß einer integrierten optischen Ausführungsform der Erfindung. Auf einem Substrat 2, das einen Brechungsindex n2 aufweist, sind vier Einmodenwellenleiter-Abschnitt 3, 4, 5, 6 und, in einem Überschneidungsbereich dieser Wellenleiter, ein Bragg-Gitter-Bereich 7 ausgebildet. Der Bragg-Gitter-Bereich 7 umfasst mehrere parallele Streifen 8, 9, die sich abwechselnde Lichtausbreitungseigenschaften wie etwa Brechungsindex oder Dicke aufweisen.
Von den Spektralkomponenten einer polychromatischen Welle, welche in den Bragg-Gitter-Bereich 7 z. B. mittels des Wellenleiters 3 eintritt, werden alle diejenigen Komponenten, welche nicht die Bragg-Reflexionsbedingung erfüllen, durchgelassen und verlassen das Filter 1 über den Wellenleiter 6, welcher eine geradlinige Fortsetzung des Wellenleiters 3 auf der anderen Seite des Bragg-Gitter-Bereiches 7 ist. Spektralkomponenten, welche die Bragg-Bedingung erfüllen, werden in den Wellenleiter 4 reflektiert. Da eine Reflexion auf eine lokal verteilte Weise an den Streifen 8, 9 erfolgt, kann die in den Wellenleiter 4 reflektierte Welle im Querschnitt verbreitert werden; ein schrittweise reduzierter Bereich 11 in dem Übergangsbereich zwischen dem Bragg-Gitter-Bereich und dem Wellenleiter 4 ist vorgesehen, um den Querschnitt der reflektierten Welle adiabatisch an den des Wellenleiters 4 anzupassen.
Die Anordnung der Wellenleiter 5, 6 ist spiegelsymmetrisch in Bezug auf die der Wellenleiter 3, 4; eine über den Wellenleiter 5 eingeleitete Welle, welche die Bragg-Bedingung erfüllt, wird in den Wellenleiter 6 reflektiert und überlagert sich dort mit denjenigen Spektralkomponenten der über den Wellenleiter 3 eingeleiteten Welle, welche die Bragg-Bedingung nicht erfüllen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Filter 1 zu bilden, von denen zwei anhand der Schnitte von 2, 3 bzw. 4, 5 kurz erläutert werden. 2 und 3 zeigen die Wellenleiter 3, 4, 5, 6 in dem Bragg-Gitter-Bereich 7 auf dem Substrat 2 liegend. Eine solche Struktur kann z. B. erhalten werden, indem eine dünne Schicht mit einem Brechungsindex n1 ≥ n2 auf das Substrat 2 aufgebracht wird und anschließend diese Schicht entfernt wird, indem überall außer an den Positionen der Wellenleiter 3 bis 6 und des Bragg-Gitter-Bereiches 7 geätzt wird. Das Bragg-Gitter wird durch teilweises Wegätzen der Schicht in dem Bereich der Streifen 8 gebildet, so dass das Bragg-Gitter von den Streifen 8, 9 mit wechselnder Dicke gebildet wird.
Stattdessen kann die Filterstruktur auch gebildet werden, indem eine Verunreinigung in die Oberfläche des Substrats 2 hinein verteilt wird, wobei in dem Bereich der Wellenleiter 3 bis 6 und des Bragg-Gitter-Bereiches 7 der Brechungsindex an der Oberfläche des Substrats 2 erhöht ist. Es ergeben sich die in 4 und 5 dargestellten Schnitte. Die Streifen 8, 9 unterscheiden sich hier nicht in der Dicke, sondern in der Konzentration der verteilten Verunreinigungen und demzufolge in ihrem Brechungsindex.
6 ist ein Blockschaltbild einer Verstärkereinheit für die Nachverstärkung eines Wellenlängenmultiplex-Informationssignals für die Fernübertragung von Informationen auf einer optischen Faser. Der Eingang der Verstärkereinheit wird direkt von einem Erbium-dotierten Faserverstärker (Erbium-Doped Fibre Amplifier, EDFA) 12 gebildet, welcher alle Informationskanäle eines auf der ankommenden Faser 13 übertragenen Signalmultiplex gleichmäßig verstärkt. Die Wellenlänge des Überwachungskanals wird so weit entfernt von der Wellenlänge maximaler Verstärkung des EDFA 12 gewählt, dass der Überwachungskanal nicht nur keine Verstärkung erfährt, wenn er den EDFA 12 durchläuft, sondern nicht wesentlich absorbiert wird, selbst wenn infolge eines technischen Versagens der EDFA 12 nicht gepumpt wird und daher nicht in der Lage ist, die Informationssignale zu verstärken, sondern sie stattdessen absorbiert. Während z. B. in einem EDFA gewöhnlich der Wellenlängenbereich von 1530 bis 1560 nm für die Informationskanäle verwendet wird, ist der Überwachungskanal in einem Wellenlängenbereich zwischen 1600 und 1630 nm eingerichtet. Damit ist sichergestellt, dass er durch den EDFA 12 durchgehen wird, selbst wenn die Informationskanäle vollständig darin absorbiert werden.
An einem Ausgang des EDFA 12 ist der Wellenleiter 3 eines Einkoppel-/Auskoppelfilters 1 des in 1 dargestellten Typs angeschlossen. Die Breite der Streifen 8, 9 ist so gewählt, dass der Überwachungskanal die Bragg-Bedingung erfüllt und in die Faser 4 reflektiert wird und daher eine Verarbeitungseinheit 14 erreicht. Diese Verarbeitungseinheit 14 kann ein optischer Verstärker sein, welcher den Überwachungskanal in demselben Maße verstärkt, wie der EDFA-Vorverstärker 12 und ein EDFA-Nachverstärker 15, zusammen genommen, die Informationskanäle verstärken, oder eine Reihenschaltung aus einem optoelektrischen Wandler, einer elektronischen Regenerierschaltung und einem elektrooptischen Wandler.
Nach dem Durchlaufen der Verarbeitungseinheit 14 erreicht der Überwachungskanal das Einkoppel-/Auskoppelfilter 1 über seine Faser 5, erfährt darin nochmals eine Bragg-Reflexion und wird daher räumlich den Informationskanälen überlagert, welche das Filter 1 ohne Modifikation durchlaufen.
Die Ausgangsfaser 6 führt zu einem Dispersionskompensator zum Kompensieren von Verformungen der Impulse der Informationskanäle, die durch Dispersion in der Faser 13 verursacht wurden. Gewöhnlich ist dieser Dispersionskompensator 16 nicht in der Lage, auch den Überwachungskanal korrekt zu kompensieren; wenn dies jedoch der Fall ist, ist dies kein ernsthaftes Problem, da der Überwachungskanal gewöhnlich eine wesentlich niedrigere Datenrate hat als die Informationskanäle und daher mit viel längeren Impulsen arbeiten kann, in welchen durch Dispersion verursachte Verformungen nicht sehr auffällig sind.
Nach dem Dispersionskompensator 16 läuft das Wellenlängenmultiplex durch den EDFA-Nachverstärker 15, bevor es auf eine Ausgangsfaser ausgegeben wird. Verglichen mit einer herkömmlichen Verstärkereinheit, die separate Einkoppel- und Auskoppelfilter für den Überwachungskanal aufweist, durchlaufen die Informationskanäle der Verstärkereinheit der Erfindung eine optische Komponente weniger. Dies führt nicht nur zu einer Verringerung der Kosten infolge des Wegfalls einer Komponente, sondern auch zu einer Verringerung der Einbauverluste durch diejenigen, welche mit dieser Komponente zusammenhängen, welche gewöhnlich ungefähr 0,5 bis 1 dB betragen. Daher ist eine geringere Leistung der Verstärkerstufen 12, 15 ausreichend, um eine gewünschte Gesamtverstärkung der Verstärkereinheit zu erzielen. Während z. B. bei einem herkömmlichen EDFA mit einer Faserlänge von 15 Metern eine Pumpleistung von 200 mW erforderlich ist. um bei 1550 nm eine Verstärkung von 16 dB zu erzielen, sind 160 mW bereits für eine Verstärkung von 15,5 dB ausreichend. Dementsprechend wird die erforderliche Höhe der Pumpleistung durch die Konfiguration der Erfindung um 20% verringert. Daher können Laserdioden mit einer wesentlich verringerten Leistung verwendet werden, um die EDFAs der Verstärkereinheit der Erfindung zu pumpen, wodurch die Kosten der Verstärkereinheit noch weiter verringert werden.

Claims

Wellenlängenselektive optische Signalverarbeitungseinrichtung, welche umfasst: ein Auskoppelfilter (1) zum Zerlegen eines ankommenden Wellenlängenmultiplex, das mehrere Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen umfasst, in eine erste und eine zweite Gruppe von Kanälen, eine Verarbeitungseinheit (14) zum Ausführen einer Verarbeitung der ersten Gruppe und ein Einkoppelfilter (1) zum Kombinieren der verarbeiteten ersten Gruppe und der zweiten Gruppe zu einem abgehenden Wellenlängenmultiplex, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskoppelfilter (1) und das Einkoppelfilter (1) miteinander durch eine gemeinsame durchgehende wellenlängenselektive reflektierende Struktur (7) verbunden sind, wobei jedes Filter (1) ferner einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei die Struktur (7) so beschaffen ist, dass sie die erste Gruppe aus dem ankommenden Multiplex über den Eingang des Einkoppelfilters (1) in den Ausgang des Auskoppelfilters (1) reflektiert, um die erste Gruppe zu der Verarbeitungseinheit (14) zu lenken, und dass sie die zweite Gruppe durch das Einkoppelfilter (1) und die reflektierende Struktur (7) zu dem Ausgang des Auskoppelfilters (1) durchlässt, wobei die reflektierende Struktur (7) ferner so beschaffen ist, dass sie die erste Gruppe, die aus einer zweiten Richtung ankommt, nachdem sie die Verarbeitungseinheit (14) durchlaufen hat, in den Ausgang der zweiten Gruppe reflektiert, welcher der Ausgang des Auskoppelfilters (1) ist.
Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängenselektive Struktur (7) ein Bragg-Gitter ist.
Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängenselektive Struktur (7) ein dichroischer Spiegel ist.
Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für ein Wellenlängenmultiplex vorgesehen ist, das mehrere Informationskanäle und mindestens einen Überwachungskanal, OSC, aufweist, dass der mindestens eine Überwachungskanal die erste Gruppe bildet und dass die Informationskanäle die zweite Gruppe bilden.
Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine optische Verstärkerstufe (12, 15) umfasst, die von dem gesamten Wellenlängenmultiplex durchlaufen wird.
Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Verstärkerstufe (12, 15) auch in ihrem ungepumpten Zustand für die erste Gruppe durchlässig ist.
Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Regenerierverstärker für ein optisches Langstreckenkabel ist.
Einkoppel-/Auskoppelfilter (1) in einer wellenlängenselektiven optischen Signalverarbeitungseinrichtung nach den Ansprüchen 1–7, welches ferner vier Wellenleiter (3, 4, 5, 6) umfasst, die symmetrisch in zwei Paaren (3, 4 und 5, 6) auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Bragg-Gitter-Bereiches angeordnet sind, wobei der Bragg-Gitter-Bereich (7) so gestaltet ist, dass er Spektralkomponenten von einem ersten Wellenleiter des ersten Paares auf einer Seite des gemeinsamen Bragg-Gitter-Bereiches (7), welche die Bragg-Bedingung erfüllen, in einen anderen Wellenleiter des ersten Paares auf derselben Seite des Bragg-Gitter-Bereiches (7) wie der erste Wellenleiter, durch welchen die Spektralkomponenten in den Bragg-Gitter-Bereich (7) eingetreten sind, reflektiert, und dass er die Spektralkomponenten, welche nicht die Bragg-Bedingung erfüllen, durch den Bragg-Gitter-Bereich (7) in einen Wellenleiter (6) des zweiten Paares (5, 6) auf der anderen Seite des Bragg-Gitter-Bereiches (7) durchlässt.