DE60206460T2

DE60206460T2 - Source de pompage avec brouillage de polarisation pour des systèmes optiques WDM utilisant l'amplification Raman

Info

Publication number: DE60206460T2
Application number: DE60206460T
Authority: DE
Inventors: Narayan L. Sayreville Gehlot
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: US6657776B2; EP1315321A1; EP1315321B1; DE60206460D1; US20030095321A1

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Raman-verstärkte optische Systeme und insbesondere Raman-Verstärkungstechniken verwendende optische WDM-Systeme.
Allgemeiner Stand der Technik
Das Thema der Raman-Verstärkung ist in der Literatur wohlbekannt. Die stimulierte Raman-Verstärkung ist ein nichtlinearer optischer Prozeß, bei dem eine intensive Pumpwelle in eine ein oder mehrere optische Nachrichtensignale führende optische Faser eingekoppelt wird. Wenn bei Quarzglasfasern die Pumpenlänge etwa 100 nm kürzer ist als die Signalwellenlänge, verstärkt die Pumpe das oder die Signale über stimulierte Raman-Streuung. Wenn die Verstärkung dazu gebracht wird, daß sie in der Übertragungsphase selbst auftritt, wird der Verstärker als ein "verteilter Verstärker" bezeichnet. Bei einer derartigen Anordnung mit verteilten Verstärkern kann sich die Pumpe entweder in der gleichen Richtung wie das oder die Signale durch die Faser ausbreiten (als eine "Anordnung mit Ausbreitung in gleicher Richtung" bezeichnet) oder in der entgegengesetzten Richtung (als eine "Anordnung mit Ausbreitung in entgegengesetzter Richtung" bezeichnet). In jedem Fall tritt eine Verstärkung auf, wenngleich es wohlbekannte und erörterte Unterschiede zwischen den Anordnungen zur Ausbreitung in gleicher und entgegengesetzter Richtung gibt.
Wenn Raman-Verstärkung in optischen Mehrwellenlängenkommunikationssystemen verwendet wird, wird die Pumperschöpfungsmodulation (PDM – pump depletion modulation) problematisch. Insbesondere entsteht ein Nebensprechen zwischen wellenlängenmultiplexierten (WDM) Kanälen, und es wird durch einen zweistufigen Prozeß hervorgerufen, bei dem die Extraktion von Energie aus der Anfangspumpwelle durch einen ersten modulierten Kanal (z.B. Kanal "A") die Pumpe durch Erschöpfung moduliert, gefolgt davon, daß die nun modulierte Pumpe wiederum einen zweiten Kanal moduliert (z.B. Kanal "B"), der ebenfalls verstärkt wird. Das durch Pumpen vermittelte Nebensprechen ist von konstanter Amplitude bei zunehmender Modulationsfrequenz, nimmt aber jenseits eines bestimmten Schwellwerts auf einen tolerierbaren Pegel ab (gemäß einer vom Kehrwert der Frequenz abhängigen Beziehung).
Es hat sich herausgestellt, daß der Einsatz einer sich in Gegenrichtung ausbreitenden Pumpwelle den PDM-Effekt reduziert, doch kommt es mit zunehmender Anzahl von Kanälen in WDM-Systemen zu zusätzlichen PDM-basierten Problemen. Insbesondere besteht ein Bedarf zur Erhöhung der von dem Raman-Verstärker in den Faserkanal gekoppelten Leistung, um eine derartige Nachfrage zum Erhöhen der Anzahl von Kanälen zu unterstützen. Diesem steht jedoch eine Erhöhung bei Nichtlinearitätseinbußen in dem System entgegen. Die Anzahl der WDM-Kanäle erfordert zudem eine präzise Überwachung, um das Pumpsignal entfernt zu extrahieren. Am schwierigsten ist jedoch die Tatsache, daß der Polarisationszustand innerhalb eines Raman-Verstärkers (d.h., üblicherweise mehrere Kilometer Länge) sich als Funktion der intrinsischen und/oder extrinsischen Beanspruchung, der Temperatur und Umweltfaktoren ändern kann.
Eine Lösung für das Polarisationsproblem besteht in dem Einsatz von orthogonalen Pumplasern, wobei die Ausgabe des Paars von Lasern unter Verwendung eines Polarisationsmultiplexers kombiniert wird, wodurch die Existenz eines polarisationsabhängigen Gewinns in dem Raman-Verstärker reduziert wird. Die Kosten des Einsatzes eines zusätzlichen Verstärkers können jedoch eine signifikante finanzielle Bürde darstellen, und außerdem kann die Kombination von zwei Pumpen eine Schwebung induzieren, die bei einer Konfiguration mit in gleicher Richtung ausbreitenden Raman-Verstärkern besonders lästig ist.
Aus EP-A-1 022 870 ist ein optisches Kommunikationssystem bekannt, das ein Paar Raman-Verstärker verwendet, einschließlich mindestens einer Raman-Pumpquelle "erster Ordnung" und einer Raman-Pumpquelle "zweiter Ordnung". Das Ausgangssignal von der Raman-Pumpquelle erster Ordnung wird verschlüsselt und dann zu der Raman-Pumpquelle zweiter Ordnung addiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform breitet sich die Pumpe erster Ordnung in gleicher Richtung mit dem Lichtsignal aus, und die Pumpe zweiter Ordnung breitet sich in entgegengesetzte Richtung bezüglich des Signallichts aus.
Aus EP-A-1 026 707 ist eine alternative Raman-Pumpquelle mehrfacher Ordnung bekannt, bei der die Pumpe erster Ordnung eine Pumpe niedriger Leistung und die Pumpe zweiter Ordnung eine Pumpe hoher Leistung ist. Eine "leistungsempfindliche Komponente" (d.h., eine Komponente, die bei hohen Leistungspegeln verlustbehaftet oder unzuverlässig ist) wird in den Ausgangsweg der eine niedrige Leistung aufweisenden Pumpe erster Ordnung geschaltet. Das Gewinnspektrum der Pumpe zweiter Ordnung wird dann zum Kompensieren des Gewinnspektrums der Pumpe erster Ordnung verwendet.
Somit besteht weiterhin in der Technik ein Bedarf an einer verbesserten Pumpanordnung zur Verwendung mit Raman-verstärkten Systemen, um die Effekte von polarisationsinduzierten Verstärkungseinbußen auf ein Minimum zu reduzieren.
Kurze Darstellung der Erfindung
Ein optisches Übertragungssystem gemäß der Erfindung ist wie in dem unabhängigen Anspruch dargelegt.
Bevorzugte Formen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Der im Stand der Technik weiter verbleibende Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung angesprochen, die sich auf Raman-verstärkte optische Systeme und insbesondere auf ein Raman-verstärktes optisches WDM-System unter Verwendung einer polarisationsverwürfelten Pumpquelle zum Reduzieren der Effekte von polarisationsabhängigen Verstärkungseinbußen bezieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pumpeingangssignal einer Polarisationsverwürfelung unterzogen, bevor es in den Faserverstärker eingekoppelt wird, um für alle angegebenen Wellenlängen innerhalb des Verstärkers einen Zufallszustand der optischen Polarisation zu garantieren. Auf diese Weise werden die Einbußen oder Fluktationen aufgrund des Polarisationszustands der Pumpe gleichmäßig über alle Wellenlängen verbreitet und garantieren eine bessere Stabilität.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht
1 einen in Gegenrichtung gepumpten Raman-Faserverstärker unter Verwendung einer polarisationsverwürfelten Pumpquelle gemäß der vorliegenden Erfindung und
2 eine ähnliche Anordnung, die in diesem Fall eine sich in gleiche Richtung ausbreitende polarisationsverwürfelte Pumpquelle verwendet.
Ausführliche Beschreibung
1 veranschaulicht ein beispielhaftes optisches WDM-Kommunikationssystem 10 unter Verwendung einer polarisationsrandomisierten Pumpquelle zur Bereitstellung einer Ramanverstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt wird ein Sender 12 dazu verwendet, mehrere N optischer Eingangssignale bereitzustellen, die jeweils einen anderen Kanal belegen. Diese Signale werden in 1 durch die Notation λ1, λ2, ... λ_N dargestellt. Es versteht sich, daß der Sender 12 tatsächlich mehrere getrennte sendende Quellen (d.h. Laser) umfassen kann und einen nichtgezeigten Wellenlängenmultiplexer (WDM) oder eine andere Einrichtung zum Kombinieren aller Übertragungssignale auf eine einzelne optische Übertragungsfaser 14 enthalten kann. Bei einem beispielhaften System, das die Raman-Faserverstärkung verwendet, können die mehreren optischen Eingangssignale Wellenlängen im Bereich von 1520 nm – 1620 nm verwenden.
Eine Verstärkung der verschiedenen Eingangssignale wird entlang der Länge der Übertragungsfaser 14 durch Lieferung eines in 1 mit λ_P bezeichneten Pumpsignals bereitgestellt. Bei dieser besonderen Ausführungsform wird über einen Wellenlängenmultiplexer 16 das Pumpsignal in einer sich in Gegenrichtung ausbreitenden Beziehung bezüglich der mehreren N optischen Eingangssignale auf die Übertragungsfaser 14 gekoppelt. Es hat sich herausgestellt, daß ein optisches Pumpsignal mit einer Wellenlänge von etwa 1440 nm eine Verstärkung für optische Signale innerhalb des oben erörterten Bereichs (1520 – 1620 nm) liefert. Die bei den Wellenlängen λ1, λ2,... λ_N arbeitenden verstärkten Ausgangssignale werden danach zu einer oder mehreren Einheiten innerhalb eines optischen Empfängers 18 übertragen.
Wie oben erwähnt variiert der Polarisationszustand des Pumpsignals sowie der Polarisationszustand der mehreren optischen Eingangssignale entlang der Länge der Übertragungsfaser 14. In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, den Polarisationszustand der Eingangssignale und/oder des Pumpsignals zu steuern oder eine gewisse Art von polarisationserhaltender Faser für die Übertragungsfaser zu verwenden. Polarisationsinduzierte Effekte entlang der Übertragungsfaser sind, wie oben erwähnt, in WDM-Systemen, die mehrwellige Eingangssignale verwenden, besonders schwierig zu bewältigen, da das Zuschneiden des Polarisationseffekts für eine Wellenlänge zu der Verschlechterung der mit einer anderen Länge assoziierten Leistung führen kann. Das mit der Pumperschöpfungsmodulation assoziierte Nebensprechen, ein Ergebnis von Polarisationseffekten, muß jedoch bewältigt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb in das Übertragungssystem 10 ein polarisationsverwürfelndes Element 20 aufgenommen und dazu verwendet, den Polarisationszustand eines von einer Pumpquelle 22 gelieferten Signals vor der Einkopplung des Pumpsignals in die Übertragungsfaser 14 zu verwürfeln. Die Verwendung des Verwürfelungselements 20 garantiert, daß für jedes Eingangssignal ungeachtet seiner Wellenlänge ein Zufallspolarisationszustand für das Pumpsignal vorliegt. Es wird erwartet, daß Einbußen oder Fluktuationen aufgrund des Polarisationszustands der Pumpe über alle Eingangswellenlängen gleichmäßig verteilt werden, wodurch man bei der Gesamtstabilität des optischen Übertragungssystems 10 eine Verbesserung erhält.
Eine Sinussignalquelle 24 wird dazu verwendet, das verwürfelnde Eingangssignal für das polarisationsverwürfelnde Element 20 zu liefern. Die verwendete Sinusfrequenz wird so gewählt, daß sie ein Vielfaches (oder ein Bruchteil) der Datenrate der optischen Eingangssignale ist. Wenn beispielsweise das Eingangssignal eine Datenrate von 1 Gb/s umfaßt, kann die an das verwürfelnde Element 20 angelegte Sinusfrequenz 2 Gb/s, 500 Mb/s oder eine andere geeignete Rate sein.
Wie oben erwähnt kann die erfindungsgemäße Technik des Anwendens einer Polarisationsverwürfelung auf das Pumpsignal auch in einer Pumpanordnung mit Ausbreitung in gleicher Richtung verwendet werden. 2 veranschaulicht ein derartiges optisches Kommunikationssystem 30. In diesem Fall werden die N optischen Eingangssignale vom Sender 12 (der innerhalb eines Wellenlängenbereichs von beispielsweise 1520 nm – 1620 nm arbeitet) als ein erstes Eingangssignal an einem Wellenlängenmultiplexer 32 entlang einer ersten optischen Faser 34 angelegt, und das polarisationsverwürfelte Pumpsignal (das bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1440 nm arbeitet) wird als das zweite Eingangssignal entlang einer zweiten optischen Faser 36 an den Multiplexer 32 angelegt. Bei dieser Anordnung breiten sich somit das polarisationsverwürfelte Pumpsignal und die Vielzahl von optischen Eingangssignalen entlang der Übertragungsfaser 38 in der gleichen Richtung auf, wobei die optische Verstärkung entlang der Länge der Faser eintritt. Wie zuvor ist der Abschluß der Übertragungsfaser 38 an einen Empfänger 18 gekoppelt (der in einigen Fällen mehrere getrennte Empfängereinheiten umfassen kann).
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen nur für ausgewählte einzelne der vielen möglichen spezifischen Ausführungsformen, die Anwendungen der Grundlagen der Erfindung darstellen können, veranschaulichend sind. Zahlreiche und variierte andere Anordnungen können gemäß diesen Grundlagen hergestellt werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können optische Systeme, die sowohl sich in gleiche als auch entgegengesetzte Richtung ausbreitende Pumpsignale verwenden, polarisationsverwürfelnde Techniken an einer oder beiden Pumpquellen verwenden.

Claims

Optisches Übertragungssystem zur Raman-Verstärkung mehrerer N eingegebener optischer Signale, die über einen Wellenlängenbereich von λ₁-λ_N arbeiten, wobei das System folgendes umfaßt: eine Pumpquelle (22) zur Bereitstellung eines optischen Pumpsignals mit einer vorbestimmten Wellenlänge λ_P; ein polarisationsverwürfelndes Element (20), das an die Pumpquelle gekoppelt ist, so daß das optische Pumpsignal als ein erstes Eingangssignal an das polarisationsverwürfelnde Element angelegt wird; und eine optische Übertragungsfaser (14), die sowohl an die Quelle der mehreren N eingegebenen optischen Signale als auch den Ausgang des polarisationsverwürfelnden Elements gekoppelt ist; wobei die optische Übertragungsfaser mit dem polarisationsverwürfelten optischen Pumpsignal in den mehreren N optischen Eingangssignalen eine optische Raman-Verstärkung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Übertragungssystem weiterhin folgendes umfaßt: eine Sinussignalquelle (24) zum Erzeugen eines Sinussignals, das als ein zweites Eingangssignal an das polarisationsverwürfelnde Element angelegt wird, wobei das Sinussignal ein HF-Signal mit einer Frequenz umfaßt, die einem Vielfachen oder Bruchteil der Datenrate der mehreren N optischen Eingangssignale im wesentlichen gleich ist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin folgendes umfaßt: einen Wellenlängenmultiplexer (16) zum Koppeln des von dem polarisationsverwürfelnden Element ausge gebenen polarisationsverwürfelten Pumpsignals in die Übertragungsfaser.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, wobei das System ein sich in Gegenrichtung ausbreitendes Pumpsignal verwendet, wobei der Wellenlängenmultiplexer am Ausgangsende der Übertragungsfaser angekoppelt ist und die polarisationsverwürfelte Pumpquelle an die Übertragungsfaser gekoppelt ist, um das polarisationsverwürfelte Pumpsignal in einer den mehreren N optischen Eingangssignalen entgegengesetzten Richtung auszubreiten.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 2, wobei das System ein sich in gleicher Richtung ausbreitendes Pumpsignal verwendet, wobei der Wellenlängenmultiplexer am Eingangsende der Übertragungsfaser angekoppelt ist und die polarisationsverwürfelte Pumpquelle an die Übertragungsfaser gekoppelt ist, um das polarisationsverwürfelte Pumpsignal in der den mehreren N optischen Eingangssignalen gleichen Richtung auszubreiten.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren N optischen Eingangssignale über einen Wellenlängenbereich von etwa 1.520 nm-1.620 nm arbeiten.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 5, wobei das Pumpsignal eine vorbestimmte Wellenlänge von etwa 1.440 nm umfaßt.