DE60208669T2

DE60208669T2 - Optisches übertragungssystem mit einer optischen phasenkonjugationsvorrichtung

Info

Publication number: DE60208669T2
Application number: DE60208669T
Authority: DE
Inventors: Francesco Alberti; Paolo Minzioni; Alessandro Schiffini
Original assignee: Pirelli and C SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: US7218807B2; WO2003081815A1; AU2002257699A1; EP1488551B1; DE60208669D1; EP1488551A1; US20050220399A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem, das eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung verwendet.
Optische Fernübertragungssysteme sind gebaut worden, indem Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFAs) als inline optische Übertragungsvorrichtungen (repeater) verwendet werden. Die Signalschwächung aufgrund von Verlusten in der Faser wird periodisch von der optischen Verstärkung kompensiert, um die Beschränkung der Übertragungsentfernung zu überwinden. Da in solchen Systemen die Signalleistung entlang der gesamten Systemlänge aufgrund der periodischen Verstärkung auf einem hohen Niveau gehalten wird, kann die Abhängigkeit des Brechungsindex der Faser von der optischen Leistung nicht länger ignoriert werden. Dieser nicht-lineare Effekt, genannt der Kerr-Effekt, führt zur Selbstphasenmodulierung (SPM) optischer Impulse, die wiederum mit der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) oder der chromatischen Dispersion in der Faser in Wechselwirkung steht, was eine nicht-lineare Wellenformverzerrung verursacht. Um eine Signalfernübertragung (z.B. 1.000 bis 2.000 km oder mehr) bei einer hohen Datenübertragungsrate (z.B. 40 Gbit/s oder mehr) zu erzielen, muss dieser Wellenformverzerrung entgegengewirkt werden.
Die optische Phasenkonjugation (OPC) ist eine bekannte Technik für die Kompensierung der chromatischen Dispersion. Details können in G. P. Agraval, „Fiber Optic Communication Systems", A Wiley Intersience Publication (1997), im Abschnitt 9.7 gefunden werden. Wie von Agraval erklärt, kann die OPC unter gewissen Bedingungen gleichzeitig die GVD und die SPM kompensieren. Die Impulsausbreitung in einer verlustreichen optischen Faser wird durch die nicht lineare Schrödingergleichung (NLSG) bestimmt .
wobei A = A (z, t) eine langsam veränderliche Amplitude einer Impulseinhüllenden darstellt, β₂ der GVD-Koeffizient der optischen Faser ist, der mit dem Dispersionsparameter über die folgende Beziehung zusammenhängt D = –2πc/λ2·β2 (2)und γ der nicht-lineare Koeffizient der optischen Faser ist, d.h. die SPM bestimmt, und α den Faserverlusten Rechnung trägt. Wenn α = 0 (verlustfreier Fall), erfüllt A* dieselbe Gleichung wenn man das Komplexkonjugierte der Gleichung (1) nimmt und z mit –z vertauscht. Als Ergebnis kann die Feldmitten-OPC die SPM und GVD gleichzeitig kompensieren. Natürlich ist ein solcher Fall unwesentlich, da Faserverluste in der Praxis nicht verhindert werden können.
Um den Einfluss der Faserverluste zu studieren, kann die folgende Ersetzung gemacht werden A(z, t) = B(z, t)exp(–αz/2) (3)sodass Gleichung (1) geschrieben werden kann als
wobei γ(z) = γexp(–αz). Indem das Komplexkonjugierte der Gleichung (4) genommen wird und z mit –z vertauscht wird, wird ersichtlich, dass eine perfekte SPM-Kompensierung nur auftritt, wenn γ(z) = γ(L – z) wobei L die Systemgesamtlänge ist. Diese Bedingung kann für α ≠ 0 nicht erfüllt werden.
Man kann denken, dass das Problem gelöst werden kann, indem das Signal nach der Feldmitten-OPC verstärkt wird, sodass die Signalleistung gleich der Eingangsleistung wird, bevor das Signal in den zweiten Halbabschnitt der Glasfaserverbindung geschickt wird. Obwohl ein solcher Ansatz den Einfluss der SPM verringern kann, führt er in der Tat nicht zu einer zufriedenstellenden Kompensierung der SPM. Eine perfekte SPM-Kompensierung kann nur auftreten, wenn die Leistungsänderungen symmetrisch um den Feldmittenpunkt liegen, wo die OPC durchgeführt wird, sodass γ(z) = γ(L – z) in Gleichung 4 ist. In der Praxis erfüllt die Signalübertragung diese Eigenschaft nicht. Man kann sich der SPM-Kompensierung annähern, wenn das Signal oft genug verstärkt wird, sodass die Leistung während jeder Verstärkungsstufe sich nicht um einen großen Betrag ändert. Dieser Ansatz ist jedoch unpraktisch, da er eng beabstandete Verstärker benötigt.
S. Watanabe zieht im US-Patent 6,175,435 einen Phasenkonjugator in Betracht, der zwischen einer Übertragungsleitung I (der Länge L₁) und einer Übertragungsleitung II (der Länge L₂) angeordnet ist. Nach einer Reihe von Berechnungen erhält er die folgenden Gleichungen für die GVD und die SPM-Kompensierung: D1L1 = D2L2 (5) γ1P1L1 = γ2P2L2 (6)
Wobei P₁ und P₂ jeweils die Durchschnittsleistung in den Übertragungsleitungen I und II bezeichnen. Auch bezeichnen D₁ und γ₁ jeweils den Dispersionsparameter und den nicht-linearen Koeffizienten in der Übertragungsleitung I; und D₂ und γ₂ bezeichnen jeweils den Dispersionsparameter und den nicht-linearen Koeffizienten in der Übertragungsleitung II. Entsprechend dem Patent kann eine vollständige Kompensierung realisiert werden, indem an äquivalentsymmetrischen Positionen in Bezug auf den Phasenkonjugator dasselbe Verhältnis des optischen Kerr-Effekts aufgrund der Dispersion bereitgestellt wird. Eine Zunahme dieses Verhältnisses entlang der Übertragungsleitung kann erhalten werden, indem allmählich die Dispersion verringert oder der optische Kehreffekt allmählich vergrößert wird. Es ist möglich, den Dispersionswert zu ändern, indem die Faser geeignet konzipiert wird. Z.B. kann das obige Verhältnis geändert werden, indem die Wellenlänge der Nulldispersion einer Dispersionsverschiebungsfaser (DSF) geändert wird oder indem der relative Brechungsindex zwischen dem Kern und der Ummantelung der Faser oder ihr Kerndurchmesser geändert wird. Daneben kann eine Änderung des optischen Kerr-Effekts erzielt werden, indem der nicht-lineare Brechungsindex der Lichtintensität geändert wird. Nach Watanabe kann eine geeignete optische Faser hergestellt werden, indem durchgehend mindestens ein Faserparameter geändert wird, der aus Verlust, nichtlinearem Brechungsindex, Modenfelddurchmesser und Dispersion ausgewählt ist.
Nach Meinung des Anmelders stellt die Verwendung solcher Arten von „speziellen" Fasern keine optimale Lösung dar, da solche Fasern komplex herzustellen sein können. Weiter ist ein solches Verfahren nicht auf bereits installierte optische Systeme anwendbar, es sei denn eine Ersetzung aller Fasern des Systems wird durchgeführt.
C. Lorattasane et. al. beschreiben in „Design Theory of Long Distance Optical Transmission Systems Using Midway Optical Phase Conjugation" Journal of Lightwave Technology, Band 15, Nr. 6, Seiten 948 bis 955 (1997) ein Designverfahren zum Unterdrücken der verbleibenden Wellenformverzerrung aufgrund der periodischen Leistungsänderungen in einer optischen Verstärkerkette und aufgrund von Dispersionswertfluktuationen von einer Spanne zur nächsten entlang eines optischen Feldmitten Phasenkonjugationssystems. Entsprechend den Autoren muss der Abstand der Verstärker kurz im Verhältnis zur Nichtlinearitätslänge sein und die Signalimpulse müssen in geeigneten Fenstern der Faserdispersion übertragen werden. Ergebnisse von Computersimulationen, die in dem Artikel wiedergegeben sind, zeigen, dass ein kurzer Verstärkerabstand (40 bis 50 km) für Fernübertragungssysteme notwendig ist, während für Nahübertragungssysteme von weniger als 1.000 km die Beabstandung der Verstärker auf bis zu 100 km möglich ist.
In der Meinung des Anmelders ist ein Verstärkerabstand von bis zu 100 km auch für Fernübertragungssysteme mit einer Länge von mehr als 1.000 km vorzuziehen, um die Anzahl der installierten Verstärker zu verringern.
Die WO Patentanmeldung Nr. 99/05805 der British Telecommunications PLC offenbart ein Verfahren zur symmetrisierten spektralen Feldmitteninversion (MSSI), wobei die Bereiche hoher Leistung im optischen Kommunikationssystem um die MSSI-Vorrichtung herum symmetrisiert werden. Die Verstärker werden so positioniert, dass sie die Hochleistungsbereiche in den beiden Abschnitten der Übertragungsleitung aufweisen, die symmetrisch um den Mittelpunkt des Übertragungsnetzwerks angeordnet sind, wo die MSSI durchgeführt wird. Diese Bereiche hoher Leistung sind die Faserlängen unmittelbar nach dem Faserverstärker, die im Wesentlichen gleich der effektiven Nichtlinearitätslänge (L_eff) der optischen Übertragungsleitung sind. Der Abstand vom Verstärker vor dem Phasenkonjugator zum Phasenkonjugator beträgt L_A und der Abstand vom Phasenkonjugator zum nächsten Verstärker beträgt L_B. Die Abstände L_A und L_B werden ausgedrückt durch
Wobei L_amp = L_A + L_B der Abstand der Verstärker ist. In einem Beispiel beträgt L_amp 80 km, L_eff beträgt 21,5 km, sodass die MSSI-Einrichtung an einem Abstand von ungefähr 51 km von dem vorangehenden Verstärker platziert werden würde. Wenn es bei einer ungeraden Anzahl von Spannen nicht möglich ist, die MSSI-Einrichtung an eine von einer Verstärkerstelle verschiedene Stelle zu platzieren, schlägt der Autor vor, eine Faser mit der Länge L_amp – L_eff km unmittelbar nach der MSSI-Einrichtung an der Verstärkerstelle hinzuzufügen. Somit würde eine Faserlänge von 58,5 km hinzugefügt werden. Mit einer geraden Anzahl von Spannen liegt die MSSI-Einrichtung unmittelbar stromaufwärts des optischen Verstärkers und eine Faser von L_eff km Länge wird unmittelbar stromaufwärts der MSSI-Einrichtung platziert. Der Autor gibt zu, dass es notwendig sein könnte, zusätzliche Verstärker einzufügen, um die symmetrische Positionierung der Bereiche hoher Leistung zu gewährleisten oder wenn die optischen Signalniveaus ausreichend niedrig sind, um eine Übertragungsratenverschlechterung aufgrund von Bit-Raten-Fehlern zu verursachen.
In der Meinung des Anmelders hat ein Positionieren des optischen Phasenkonjugators sehr weit weg von einem Verstärker (z.B. ungefähr 50 km) den Nachteil, dass die optische Leitung mit einer speziellen Stelle für die MSSI-Einrichtung zusätzlich zu den Stellen der Verstärker versehen werden muss. Selbst wenn Längen von Fasern hinzugefügt werden, wie in der '805 Patentanmeldung vorgeschlagen, um die MSSI-Einrichtung an einer Stelle eines Verstärkers zu platzieren, entsteht die Notwendigkeit, zusätzliche Verstärker bereitzustellen, um der langen Länge der hinzugefügten Faser Rechnung zu tragen (insbesondere bei einer ungeraden Zahl von Spannen). Eine solche Kombination von langer hinzugefügter Faser und zusätzlichen Verstärkern kann wiederum die Leistungsverteilung entlang der Leitung aus dem Gleichgewicht bringen, sodass die Nichtlinearitätskompensierung behindert werden kann.
Der Anmelder hat verstanden, dass diese Probleme aufgrund der Tatsache entstehen können, dass nur eine symmetrische Raumanordnung, d.h. in Bezug auf diese physische Länge der Faser, in der '895 Patentanmeldung für die Bereiche hoher Leistung in Bezug auf die Position der OPC-Vorrichtung in Betracht gezogen wurde. Der Anmelder hat herausgefunden, dass vorteilhaftere Systemkonfigurationen zur Verringerung der Nichtlinearität unter Ausnutzung einer OPC-Vorrichtung umgesetzt werden können, indem die symmetrisierten Anordnungen der Bereiche hoher Leistung in Bezug auf die entlang des Faserwegs angesammelte Dispersion in Betracht gezogen werden, anstatt in Bezug auf den Faserweg selbst.
Insbesondere hat der Anmelder herausgefunden, dass die Nichtlinearität in einem System, das Spannen von optischen Übertragungsfasern umfasst, die von optischen Verstärkern getrennt sind, im Wesentlichen verringert werden kann, indem eine optische Phasenkonjugation mit einem optischen Verstärker verbunden wird, vorteilhafterweise an derselben Stelle die den optischen Verstärker beinhaltet, wobei die optische Phasenkonjugation mit einem Dispersionskompensator in Verbindung steht, der geeignet ist, um einen Betrag der angesammelten Dispersion einzubringen, sodass im Wesentlichen die in einem Abschnitt einer Spanne mit einer Länge (L_amp – L_eff) kompensiert wird, wobei L_amp die durchschnittliche Spannenlänge ist und L_eff die effektive Länge der in den Spannen verwendeten optischen Fasern ist. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung soll unter „Dispersionskompensator" (oder einfach „Kompensator") eines Spannenabschnitts mit einer Länge L_X eine Vorrichtung mit einer Länge L_Comp < L_X zu verstehen sein, die in der Lage ist, einen Betrag der angesammelten Dispersion einzuführen, der in seinem Absolutwert gleich der im Abschnitt der Spanne eingeführten, angesammelten Dispersion ist. Dementsprechend hat der in der vorliegenden Erfindung verwendete Dispersionskompensator eine Länge L_Comp < (L_amp – L_eff) Bevorzugt weist der Dispersionskompensator eine Länge von L_Comp ≤ (L_amp – L_eff)/3 auf. Z.B. kann der Kompensator eine Dispersionskompensierende optische Faser sein. Wenn der Kompensator einen Betrag einer angesammelten Dispersion mit demselben Vorzeichen der entlang der in den Spannen eingesetzten optischen Faser angesammelten Dispersion einbringt, wird die OPC-Vorrichtung stromaufwärts des Kompensators platziert. Wenn der Kompensator einen Betrag der angesammelten Dispersion mit einem entgegengesetzten Vorzeichen in Bezug auf die entlang der in den Spannen verwendeten optischen Fasern angesammelten Dispersion einbringt, wird die OPC-Vorrichtung stromabwärts des Kompensators positioniert. Der Kompensator kann eine Länge aufweisen, die viel kleiner als (L_amp – L_eff) ist. Die Verringerung der Länge und die Abschwächung des Dispersionskompensators erlaubt es, das Einsetzen der nichtlinearen Effekte zu begrenzen. Nichtlineare Effekte können weiter verringert werden, indem das im Dispersionskompensator verwendete Material oder Medium geeignet gewählt wird.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System, umfassend einen optischen Faserweg, der für die Übertragung eines optischen Signals mindestens in einer ersten Richtung geeignet ist; eine Vielzahl M optischer Verstärker, die entlang des optischen Faserwegs angeordnet sind, um den optischen Faserweg in N Spannen optischer Faser zu unterteilen, wobei die Spannen optischer Faser im Wesentlichen eine Länge L_amp aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer effektiven Länge L_eff umfassen, und eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung, die einem Verstärker der Vielzahl von Verstärkern zugeordnet ist. In dem optischen System ist die optische Phasenkonjugationsvorrichtung in Verbindung mit einem Dispersionskompensator angeordnet, wobei der Kompensator stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung zugeordneten Verstärker angeordnet ist, wobei der Kompensator zum Einführen einer angesammelten Dispersion geeignet ist, um im Wesentlichen eine Dispersion zu kompensieren, die sich in einem Abschnitt mit einer Länge (L_amp – L_eff) einer Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung zugeordneten Verstärker angesammelt hat.
Der Dispersionskompensator kann ein Dispersionsvorzeichen aufweisen, das gleich bzw. entgegengesetzt in Bezug auf ein Dispersionsvorzeichen der Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem Verstärker an einer Wellenlänge des optischen Signals ist, und die optische Phasenkonjugationsvorrichtung stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem Dispersionskompensator angeordnet ist.
Der Dispersionskompensator kann eine Länge von optischer Faser enthalten, bevorzugt mit einem Absolutwert des Dispersionskoeffizienten, der größer oder gleich dreimal dem Dispersionskoeffizienten der optischen Übertragungsfaser an einer Wellenlänge des optischen Signals ist.
Alternativ kann der Dispersionskompensator ein gechirptes Fasergitter enthalten.
Die optischen Verstärker können Erbium-dotierte Faserverstärker umfassen.
Das System kann eine Übertragungsstation und eine Empfangsstation umfassen, wobei die Übertragungsstation mit einem Eingangsende verbunden ist und die Empfangsstation mit einem Ausgangsende des optischen Faserwegs verbunden ist.
In einer zweiten Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufbau eines optischen Systems, umfassend die folgenden Schritte: Vorsehen einer Vielzahl optischer Verstärker; Verbinden der Vielzahl optischer Verstärker mit N Spannen optischer Faser, um einen optischen Faserweg zu bilden, wobei die Spannen optischer Faser im Wesentlichen eine Länge L_amp aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer effektiven Länge L_eff umfassen; Zuordnen einer Phasenkonjugationsvorrichtung an einen Verstärker entlang des optischen Faserwegs. Der Schritt des Zuordnens umfasst: Anordnen eines Kompensators stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung zugeordneten Verstärker, und das Anordnen der Phasenkonjugationsvorrichtung in Verbindung mit dem Dispersionskompensator, wobei der Kompensator geeignet ist, um eine angesammelte Dispersion einzuführen, um so im Wesentlichen eine Dispersion zu kompensieren, die sich in einem Abschnitt mit einer Länge (L_amp – L_eff) einer Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung zugeordneten Verstärker angesammelt hat.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser durch die folgende detaillierte Beschreibung veranschaulicht, die hier mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird:
1 zeigt schematisch ein optisches Übertragungssystem entsprechend der Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Leistungsprofil, das entlang des optischen Faserwegs des Systems der 1 unter Verwendung von konzentrierten Erbium-dotierten Faserverstärkern erhalten werden kann;
3a und 3b zeigen, wie die Augenöffnung sich aufgrund des Einsetzens der Nichtlinearität in einem Hochleistungs-Übertragungssystem verschlechtern kann;
4 zeigt einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform des optischen Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt schematisch einen Graph der optischen Leistung eines optischen Signals, das in dem Abschnitt des optischen Systems entsprechend der 4 läuft (durchgehende Linie), und einen Graph der darin angesammelten Dispersion (gestrichelte Linie);
6 zeigt die Verschlechterung der Augenöffnung im Vergleich mit der Länge der hinzugefügten Kompensierungsfaser, erhalten in einem simulierten System von 600 km Länge entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung;
7a und 7b zeigen schematisch Graphen der optischen Leistung im Vergleich zur angesammelten Dispersion, jeweils für ein System entsprechend des Stands der Technik und für ein System entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform des optischen Systems entsprechend der Erfindung;
9 zeigt schematisch einen Graphen der optischen Leistung eines optischen Signals, das in dem Abschnitt des optischen Systems entsprechend der 8 läuft (durchgehende Linie), und einen Graphen der dabei angesammelten Dispersion (gestrichelte Linie);
10 zeigt schematisch einen Graphen der optischen Leistung im Vergleich mit der angesammelten Dispersion für ein System entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt das Vergleichsergebnis von Experimenten, die vom Anmelder mit einem Aufbau unter Verwendung eines OPC und eines Kompensators entsprechend der 4 (durchgehende fette Linie) mit einem Aufbau unter Verwendung lediglich eines OPCs (durchgehende dünne Linie) und mit einem Aufbau ohne OPC (gestrichelte dünne Linie) durchgeführt wurden;
12 zeigt die Verschlechterung der Augenöffnung im Vergleich mit der Länge hinzugefügter Kompensierungsfaser, erhalten in einem System entsprechend dem System der Experimente der 11, jedoch mit einer Bitrate von 40 Gbit/s;
13a–b zeigen zwei Augendiagramme der Simulation der 12;
14 zeigt die Verschlechterung der Augenöffnung im Vergleich mit der Länge hinzugefügter Kompensierungsfaser, erhalten in einem simulierten System von 1800 km Länge entsprechend der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung;
15a–b zeigen zwei Augendiagramme der Simulation der 14;
16 zeigt die Verschlechterung in Funktion der Anzahl der Verstärker für ein System von 1800 km Länge mit einem OPC und 20 km zusätzlicher Faser entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt schematisch ein optisches Übertragungssystem 10 entsprechend der Erfindung, umfassend eine Übertragungsstation 11a, geeignet zur Übermittlung von optischen Signalen über einen optischen Faserweg 12, und eine Empfangsstation 11b, geeignet zum Empfang von optischen Signalen, die aus dem optischen Faserweg 12 kommen. Die Übertragungsstation 11a umfasst mindestens einen Transmitter. Die Empfangsstation 11b umfasst mindestens einen Empfänger. Für die WDM-Übertragung umfassen die Stationen 11a, 11b eine Vielzahl von Transmittern und Empfängern, z.B. zwanzig oder zweiunddreissig oder vierundsechzig oder einhundert Transmitter und Empfänger. Das Übertragungssystem kann Übertragungs- und Empfangsstationen und einen optischen Faserweg umfassen, um Signale in einer Richtung entgegengesetzt zu der des optischen Faserwegs 12 zu übertragen. Endanschluss-Apparate und Apparate entlang der Leitung, die in beiden Richtungen betrieben werden, teilen sich häufig Aufstellungsorte und Einrichtungen.
Der oder die in dem Übertragungssystem 11a enthaltenen Transmitter stellen ein optisches Signal bereit, das in den optischen Faserweg 12 gekoppelt wird. Typischerweise kann jeder Transmitter eine Laserquelle umfassen, die geeignet ist, ein optisches CW-Signal mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszusenden, und einen externen optischen Modulator, z.B. einen Lithium-Niobat-Modulator, der geeignet ist, um auf das von der Laserquelle ausgesendete, optische CW-Signal ein Verkehrssignal bei einer vorbestimmten Hochfrequenz- oder Bitrate zu überlagern, wie z.B. 10 Gbit/s oder 40 Gbit/s. Alternativ kann die Laserquelle direkt mit dem Verkehrssignal moduliert werden. Ein bevorzugter Wellenlängenbereich für die optische Signalabstrahlung liegt zwischen ungefähr 1460 nm und ungefähr 1650 nm. Ein bevorzugterer Wellenlängenbereich für die optische Signalabstrahlung liegt zwischen ungefähr 1520 nm und ungefähr 1630 nm. Optische Signale können das return-to-zero (RZ)-Format oder das non-return-to-zero (NRZ)-Format haben. Typischerweise kann im Fall der WDM-Übertragung jeder Transmitter auch einen variablen optischen Abschwächer umfassen, der geeignet ist, um ein vorbestimmtes Leistungsniveau für jede Signalwellenlänge (re-emphasis level) festzulegen. Im Fall der WDM-Übertragung werden die von der Vielzahl von Transmittern ausgesendeten verschiedenen Signalwellenlängen von einer geeigneten Multiplexvorrichtung auf dem optischen Faserweg 12 gebündelt (gemultiplext). Solche Multiplexvorrichtungen können jede Art von Multiplexvorrichtung (oder Kombination von Multiplexvorrichtungen) sein, wie z.B. geschweißte Faserkoppler oder Koppler mit ebener Optik, eine Mach-Zehnder-Vorrichtung ein AWG (Arrayed Waveguide Grating) ein Interferenzfilter, ein mikro-optischer Filter und Ähnliches.
Jeder Empfänger ist geeignet, ein ankommendes optisches Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Typischerweise kann diese Aufgabe von einem Photodetektor versehen werden. Der Empfänger kann auch das Verkehrssignal aus dem elektrischen Signal extrahieren. Für eine WDM-Übertragung wird eine Vielzahl von Photodetektoren vorgesehen. Eine Demultiplexvorrichtung erlaubt es, die verschiedenen Signalwellenlängen aus einem einzigen optischen Weg auf eine Vielzahl von optischen Wegen zu trennen, wobei jeder mit einem Empfänger terminiert ist. Die Demultiplexvorrichtung kann jede Art von Demultiplexvorrichtung (oder Kombination von Demultiplexvorrichtungen) sein, wie z.B. ein geschweißter Faserkoppler oder ein Koppler mit planarer Optik, eine Mach-Zehnder-Vorrichtung, ein AWG (Arrayes Waveguide Grating), ein Interferenzfilter, ein mikro-optischer Filter und Ähnliches.
Der optische Faserweg 12 umfasst mindestens eine optische Übertragungsfaser. Die im optischen Faserweg 12 verwendete optische Übertragungsfaser ist eine Single-Mode-Faser. Zum Beispiel kann sie eine Standard-Single-Mode-Faser (SMF) sein mit einer chromatischen Dispersion zwischen ungefähr +16 ps/(nm·km) und +20 ps/(nm·km) an einer Wellenlänge von 1550 nm, oder eine dispersionsverschobene Faser (DSF) sein mit einer Dispersion, die sich an einer Wellenlänge von 1550 nm Null nähert, oder eine Nicht-Null-Dispersionsfaser (NZD) sein mit einer Dispersion von ungefähr 0,5 ps/(nm·km) bis 4 ps/(nm·km) in Absolutwert an einer Wellenlänge von 1550 nm, oder eine Faser einer halbdispersionsverschobenen Art (HDS) sein mit einer positiven Dispersion, die zwischen jener einer NZD-Faser und einer Standard-Single-Mode-Faser liegt. Um das Auftreten des Four-Wave-Mixing (FWM) zu verringern, kann/können die in dem optischen Faserweg enthaltene(n) optische(n) Übertragungsfaser(n) bevorzugt eine Dispersion haben, die größer oder gleich ungefähr 0,5 ps/(nm·km) ist, besonders bevorzugt größer gleich 1 ps/(nm·km) im Absolutwert bei einer Wellenlänge von 1550 nm. Wenn die optischen Signale das RZ-Format haben, kann bevorzugt eine Übertragungsfaser mit einer chromatischen Dispersion von größer als 15 ps/(nm·km) im Absolutwert bei 1550 nm verwendet werden, z.B. eine SMF-Faser. Wenn die optischen Signale das NRZ-Format haben, kann bevorzugt eine Übertragungsfaser mit einer negativen chromatischen Dispersion von weniger als 10 ps/(nm·km) im Absolutwert bei 1550 nm verwendet werden.
Eine Vielzahl M optischer Verstärker ist entlang des optischen Faserwegs 12 angeordnet, um so den optischen Faserweg 12 in eine Vielzahl von Faserspannen zu unterteilen. In 1 sind sechs optische Verstärker 13¹ , 13² ..., 13⁶ entlang des optischen Faserwegs 12 angeordnet, so dass fünf Faserspannen 14¹ , 14² ..., 14⁵ identifiziert werden können. Typischerweise sind die optischen Verstärker an geeigneten Verstärkungsstellen entlang des optischen Wegs enthalten.
Zum Beispiel ist ein zur Verwendung in dem System entsprechend der vorliegenden Erfindung geeigneter optischer Verstärker ein Erbium-dotierter Faserverstärker, der mindestens eine zur Bereitstellung einer optischen Pumpstrahlung geeignete Pumpquelle, mindestens eine Erbium dotierte Faser und mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfasst, die zum Koppeln der Pumpstrahlung und eines zu verstärkenden optischen Signals in die Erbium-dotierte Faser oder Fasern geeignet ist, z.B. einen WDM-Koppler. Eine geeignete Pumpstrahlung kann bevorzugt eine Wellenlänge in einem Bereich um 1480 nm oder in einem Bereich um 980 nm haben.
Ein anderer beispielhafter optischer Verstärker, der zur Verwendung in dem System entsprechend der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist ein Halbleiterverstärker, der eine zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung geeignete, elektrische Pumpquelle und ein optisches Halbleiterverstärkungselement umfasst, das eine für die Verbindung mit der elektrischen Pumpquelle geeignete Elektrodenstruktur umfasst.
Ein weiteres Beispiel eines optischen Verstärkers, der zur Verwendung in einem System entsprechend der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist ein konzentrierter Raman-Verstärker, der mindestens eine Pumpquelle umfasst, die geeignet ist, um eine optische Pumpstrahlung mit einer Leistung und einer Wellenlänge bereitzustellen, die geeignet sind, um die Raman-Verstärkung in einem optischen Faserstück zu verursachen, das besonders geeignet ist, um eine hohe Raman-Verstärkung in einer Länge von mehreren Kilometern zu erhalten (Raman-Faser), typischerweise mit einer geringen effektiven Fläche, und das in dem optischen Verstärker enthalten ist, sowie mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfasst, die geeignet ist, um eine solche Pumpstrahlung in die Raman-Faser einzukoppeln, z.B. einen WDM-Koppler. Um eine Raman-Verstärkung zu erhalten, sollte die Wellenlänge der Pumpstrahlung in Bezug auf die Wellenlänge der Signalstrahlung in einen niedrigeren Wellenlängenbereich des Spektrums verschoben werden, wobei eine solche Verschiebung gleich dem Raman-Shift (siehe G. P. Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics", Academic Press Inc. (1995), Seiten 317–319) des Materials ist, das im Kern der Raman-Faser enthalten ist. Für typische Silica/Germania-basierte Fasern beträgt der Raman-Shift ungefähr 13,2 THz. Für Signalwellenlängen um 1550 nm können Pumpstrahlungswellenlängen, die für die Raman-Verstärkung geeignet sind, eine Wellenlänge von ungefähr 1450 nm aufweisen. Als Beispiel ist eine für einen konzentrierten Raman-Verstärker geeignete Faser in dem Artikel: T. Tsuzaki et al, "Broadband Discrete Fiber Raman Amplifier with High Differential Gain Operating Over 1,65 μm-band", OFC2001, MA3-1, offenbart.
N Faserspanen 14¹ , 14² ..., 14^N sind zwischen der Übertragungsstation 11a und der Empfangsstation 11b als Abschnitte des optischen Faserwegs 12 identifizierbar, die zwischen den M optischen Verstärkern 13¹ , 13² ... 13^M liegen. Wenn der letzte optische Verstärker, der entlang des optischen Faserwegs 12 angeordnet ist, unmittelbar stromaufwärts von der Empfangsstation 11b angeordnet ist, um die Leistung des optischen Signals auf ein geeignetes Niveau zu setzen, bevor es in die Empfangsstation 11b eingeführt wird, ist die Anzahl M der optischen Verstärker um eine Einheit größer als die Anzahl N der Spannen (M = N + 1). Wenn eine Spanne der Faser zwischen den letzten optischen Verstärker und die Empfangsstation 11b gestellt wird, gilt M = N. Bevorzugt umfasst der optische Faserweg 12 eine gerade Anzahl von Faserspannen N.
Bevorzugt ist die Länge jeder Spanne größer oder gleich 40 km, besonders bevorzugt größer oder gleich 80 km. Kürzere Spannenlängen können vorgesehen werden, insbesondere in Fernübertragungssystemen, d.h. Systemen mit einer Gesamtlänge, die mehrere tausend Kilometer übertrifft, z.B. 10.000 km, in denen das Einsetzen der nicht-linearen Effekte sich entlang des optischen Faserwegs bis auf hohe Niveaus aufsummieren kann. Andererseits sind größere Spannenlängen über 80 km für Systeme mit einer Gesamtlänge von nicht mehr als 2–3000 km erwünscht, in denen das Einsetzen nicht- linearer Effekte aufgrund einer Zunahme der optischen Gesamtleistung des auf den optischen Faserweg geschickten Signals (z.B. aufgrund eines Anstiegs der in einem WDM-System gesendeten Kanäle) und/oder aufgrund der Bitrate des Systems auftreten können.
Bevorzugt sind die optischen Verstärker 13₁ ... 13^M im Wesentlichen periodisch entlang des optischen Faserwegs 12 angeordnet, d.h. die Länge der Faserspannen 14¹ ... 14^N ist im Wesentlichen dieselbe. Praktisch kann dies einer Variierung der Spannenlänge im System um höchstens 10%, bevorzugt um 5% der Durchschnittslänge der Spannen entsprechen. Insbesondere kann eine geringere Variierung für Systeme erwünscht sein, die z.B. eine Gesamtlänge über 1500 km aufweisen und/oder eine Bitrate von 40 Gbit/s oder mehr verwenden und/oder eine hohe Anzahl von Kanälen verwenden.
Eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung (OPC-Vorrichtung) 15 ist entlang des optischen Faserwegs 12 in der Nähe eines der optischen Verstärker angeordnet. Die OPC-Vorrichtung 15 kann eine Vorrichtung sein, die geeignet ist, das Spektrum der entlang der Leitung übertragenen Kanäle zu invertieren, d.h. eine Vorrichtung zur spektralen Inversion. Zusätzlich kann eine solche Vorrichtung die mittlere Wellenlänge der invertierten Kanäle modifizieren. Bevorzugt ist die OPC-Vorrichtung 15 eine Polarisations-unabhängige Vorrichtung. Bevorzugt umfasst sie ein nicht-lineares Medium, welches die optischen Kanäle und mindestens eine linear-polarisierte Pumpstrahlung zweimal durchlaufen, in einer Richtung beim ersten Durchgang und in der entgegengesetzten Richtung beim zweiten Durchgang. Beim zweiten Durchgang laufen die optischen Kanäle durch das nicht-lineare Medium durch, nachdem sie eine Drehung ihres Polarisierungszustands um π/2 erfahren haben. Der Polarisierungszustand der Pumpstrahlung bleibt während des doppelten Durchgangs unverändert. Ein Beispiel einer Vorrichtung dieser Art ist in dem Artikel von C. R. Giles, V. Mizrahi und T. Erdogan, "Polarization- Independent Phase Conjugation in a Reflective Optical Mixer", IEEE Photonics Technology Letters, Bd. 7, Nr. 1, Seiten 126–128 (1995), beschrieben. Typischerweise kann die OPC-Vorrichtung 15 eine oder mehrere Vorrichtungen zum Filtern der übrigen Wellenlängen des nicht-linearen Wellenlängen-Umwandlungsprozesses umfassen. Zusätzlich kann die OPC-Vorrichtung eine oder mehrere Vorrichtungen zur Verstärkung der phasenkonjugierten Kanäle oder allgemein zur gänzlichen oder teilweisen Kompensierung der Abschwächung des Phasenkonjugators umfassen. Bevorzugt kann die Wellenlängenumwandlung durchgeführt werden, so dass phasenkonjugierte Signale mit einer Wellenlänge bereitgestellt werden, die um nicht mehr als 5 nm in Bezug auf die Wellenlänge der in die OPC-Vorrichtung eingegebenen Signale verschoben ist. Um die Phasenkonjugation vieler verschiedener Kanäle durchzuführen, kann eine Mehrkanal-OPC-Vorrichtung der im US-Patent 5,365,362 beschriebenen Art verwendet werden. Die Anordnung der OPC-Vorrichtung in der Nähe des optischen Verstärkers wird im Folgenden im größeren Detail diskutiert.
An dem Ausgang jedes optischen Verstärkers wird die Leistung des optischen Signals auf ein Niveau erhöht, das von der durch das Verstärkungsmedium bereitgestellten optischen Verstärkung bereitgestellt wird. Die 2 zeigt schematisch ein optisches Leistungsprofil, das entlang eines Abschnitts des optischen Faserwegs 12 des Systems der 1 mit einer Kette von konzentrierten Verstärkern (z.B. EDFAs) erhalten werden kann: die Position der optischen Verstärker ist durch die gestrichelten vertikalen Linien gezeigt. Insbesondere ist in der 2 gezeigt, dass die Leistung abrupt in einer sehr geringen Länge zunimmt, die der Gesamtlänge des konzentrierten Verstärkers entspricht (z.B. einige Meter für ein EDFA, einige Millimeter oder sogar weniger in einem Halbleiterverstärker, einige Kilometer für einen konzentrierten Raman-Verstärker), und dann progressiv aufgrund der durch die optische Fasern eingeführten Abschwächung abnimmt, die in der Spanne stromabwärts vom Verstärker beinhaltet ist, bis zum nächsten Verstärker, in dem die Leistung wieder abrupt zunimmt, und so weiter. Wie schematisch durch die 2 gezeigt, sind die Leistungsprofile stromaufwärts und stromabwärts der optischen Verstärker eindeutig nicht symmetrisch in Bezug auf die Position der optischen Verstärker.
Das Maximalniveau der optischen Leistung entlang des optischen Faserwegs, d.h. die Höhe der Spitzen in 2, hängt von vielen Faktoren ab. Typischerweise hängt es von der optischen Verstärkung ab, die von den optischen Verstärkern eingebracht wird: eine solche optische Verstärkung kann z.B. als Funktion der Gesamtlänge des Systems geregelt sein, und/oder der Spannenlängen, und/oder der Anzahl der Kanäle in einem WDM-System. Ein System mit einer höheren Bitrate kann entlang des optischen Faserwegs ein höheres Leistungsniveau in Bezug auf ein System mit einer niedrigeren Bitrate erreichen, da die zur Verfügung stehende Zeitspanne für jedes Bit von Information kürzer ist. Heutzutage besteht großes Interesse in der Erhöhung der Bitrate der optischen Systeme von Werten von ungefähr 2,5 Gbit/s oder 10 Gbit/s auf höhere Werte (wie z.B. 40 Gbit/s oder mehr). Ein Anstieg der Bitrate kann einen entsprechenden Anstieg der Auswirkungen der nicht-linearen Effekte verursachen, da die erreichten Leistungsniveaus entlang der Leitung sehr hoch sein können. Zum Beispiel zeigen die 3a und 3b das Ergebnis zweier Simulationen, die gemacht wurden, indem die Einkopplung eines einzelnen optischen Kanals mit 40 Gbit/s und einer Durchschnittsleistung von 10 dBm in einem System mit einer Länge von 400 km und mit perfekter Kompensierung der chromatischen Dispersion betrachtet wird. In 3a wurden die nicht-linearen Effekte dadurch ausgelöscht, dass der nicht-lineare Koeffizient der Faser auf Null gesetzt wurde. In 3b wurde ein nicht-linearer Koeffizient von 1,3 1/(W·km) eingeführt. Wie ersichtlich ist, ist aufgrund des Einsetzens der nicht-linearen Effekte die Augenöffnung in
3b viel geringer, selbst in einem System mit einer relativ kurzen Länge. Es ist zu bemerken, dass der Wert von 10 dBm für den Durchschnittswert des optischen Kanals nur für Zwecke der Simulation gewählt wurde: es ist zu verstehen, dass die Erfindung auch für Systeme gilt, die Signale mit geringerer durchschnittlicher Leistung verwenden.
Um die Abschnitte des optischen Faserwegs zu lokalisieren, in welchem das Leistungsniveau des optischen Signals hohe Werte erreicht, kann die effektive Länge L_eff verwendet werden:
wobei L_amp die durchschnittliche Spannenlänge ist und α der Abschwächungskoeffizient der der Übertragungsfaser bei der Signalwellenlänge ist, ausgedrückt in Nepers·km^–1 anstatt der üblicheren Einheiten dB/km: Die Abschwächung in Nepers·km^–1 kann erhalten werden, indem man die in dB/km ausgedrückte Abschwächung mit einem Faktor log_e(10)/10 multipliziert. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung kann die effektive Länge mit der Formel [8] wie folgt angenähert werden:
da der Exponentialwert des Zählers der Formel [8] für typische Abschwächungswerte und Spannenlängen fast Null ist.
In der Praxis ergibt sich die effektive Länge, die mit der Formel [9] berechnet wurde, zu ungefähr 20 km für typische Übertragungsfasern mit einem Abschwächungskoeffizienten von 0,2 dB/km. Die mit den Formel [8] oder [9] berechnete effektive Länge kann als ungefähres Maß des Abschnitts der Faserspanne verwendet werden, in welcher das Leistungsniveau des optischen Signals Werte erreicht, die dazu führen können, dass die Nichtlinearität sich negativ auf die korrekte Übertragung auswirkt. In anderen Worten kann man bei einem Abschnitt der Faserspanne stromabwärts vom Ausgang des optischen Verstärkers und einem Abstand von mehr als der effektiven Länge sagen, dass nicht-lineare Effekte keine wesentliche Rolle spielen, so dass die Verzerrung des Signals in dem Spannenabschnitt im Wesentlichen nur auf lineare Effekte wie z.B. chromatische Dispersion zurückzuführen ist.
Es ist bekannt, dass das Einbeziehen eines OPC 15 in einem optischen System die negativen Effekte verringern kann, die durch die Nichtlinearität im optischen Signal erzeugt werden kann. Das Positionieren der OPC-Vorrichtung wurde im Stand der Technik mit der Kompensation der chromatischen Dispersion in Beziehung gebracht, so dass sich die OPC-Vorrichtung am Spannenmittelpunkt des Systems befand, in der Nähe des Verstärkers, der zum Spannenmittelpunkt näher liegt. Jedoch hat der Anmelder herausgefunden, dass eine solche Positionierung in vielen Fällen keine ausreichende Verringerung der Auswirkungen der nicht-linearen Effekte garantieren kann, insbesondere für Systeme mit einer hohen Bitrate (z.B. 40 Gbit/s) und/oder langen Spannenlängen. Selbst wenn die Positionierung der OPC-Vorrichtung in der Nähe des Spannenmittelpunkts des Systems die Nichtlinearität verringern kann, da Regionen mit hoher Leistung ungefähr symmetrisch in Bezug auf die OPC-Vorrichtung angeordnet sind, kann gemäß dem Anmelder die intrinsische Asymmetrie der einzelnen Bereiche hoher Leistung immer noch hohe Niveaus an Verschlechterung am Empfänger verursachen. Insbesondere kann dieses Problem mit langen durchschnittlichen Spannenlängen auftreten, z.B. jenen über dem Zwei- bis Dreifachen der effektiven Länge, in welchen die Leistungsverteilung entlang jeder Spanne eine größere Auslenkung zwischen hohen Leistungswerten (am Ausgang der Verstärker) und sehr niedrigen Leistungswerten (am Ende der Spannen) aufweist, d.h. mehr als ungefähr 3 dB unter dem maximalen Leistungsniveau.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass ein solches Problem dadurch gelöst werden kann, dass die chromatische Dispersion (oder einfacher die Dispersion) kompensiert wird, die sich in einem Abschnitt der Faserspanne unmittelbar stromaufwärts des Verstärkers, in dessen Nähe die OPC-Vorrichtung angeordnet ist, angesammelt hat. Die Kompensierung wird unmittelbar stromaufwärts eines solchen Verstärkers durchgeführt. Der verwendete Kompensator kompensiert im Wesentlichen die Dispersion, die von einem optischen Signal angesammelt wurde, das sich entlang des optischen Faserwegs in einem Abschnitt der Spanne mit einer Länge von (L_amp – L_eff) ausbreitet. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung tritt eine wesentliche Kompensierung auf, wenn die entlang des optischen Wegs der Länge (L_amp – L_eff) angesammelte Dispersion auf einem Niveau zwischen 85% und 115% kompensiert wird. Bevorzugt kann die Kompensierung bei einem Niveau von mindestens 90% auftreten. Bevorzugt kann die Kompensierung bei einem Niveau von höchstens 110% auftreten.
Wie oben definiert, ist zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ein Dispersionskompensator eine Vorrichtung, die kürzer als die Länge des Spannenabschnitts ist, dessen Dispersion sie kompensiert. Bevorzugt ist die Länge des Dispersionskompensators kürzer als 1/3 der Länge des Spannenabschnitts, dessen Dispersion er kompensiert. Der Dispersionskompensator kann eine optische Faser mit einem Dispersionskoeffizienten D sein, der in seinem Absolutwert größer als D des Spannenabschnitts ist, dessen Dispersion er kompensiert, bevorzugt mindestens dreimal größer. Zum Beispiel kann er eine dispersionskompensierende Faser oder selbst eine Übertragungsfaser mit einem größeren D als die D der im Spannenabschnitt beinhalteten Fasern sein, dessen Dispersion kompensiert wird. Der Dispersionskompensator kann sogar viel kürzer als der Spannenabschnitt sein, z.B. kann er ein auf einem gechirpten Fasergitter basierender Fasergitter-Dispersionskompensator sein, mit einer Länge in der Größenordnung von einigen zehn Zentimetern bis einigen Metern, oder eine optische Wellenleitervorrichtung, eine mikro-optische Vorrichtung oder eine andere kompakte Vorrichtung sein. Allgemein erreicht die relativ kurze Länge und/oder die geringe Abschwächung des Dispersionskompensators der Erfindung den Vorteil, das Einsetzen der zusätzlichen nicht-linearen Effekte zu begrenzen, selbst wenn ein Verstärker mit dem Kompensator verbunden wird, um den Kompensatorverlust wieder herzustellen.
Entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein Dispersionskompensator 16, z.B. eine Länge von dispersionskompensierender optischer Faser, mit einem entgegengesetzten Dispersionsvorzeichen in Bezug auf das Vorzeichen des Dispersionskoeffizienten, der in den Faserspannen beinhalteten Übertragungsfasern hinzugefügt. In einer Alternativ zu einer dispersionskompensierenden optischen Faser kann eine andere Art von Kompensator verwendet werden, wie z.B. ein dispersionskompensierendes Gitter. 4 ist eine schematische Vergrößerung des Abschnitts einer optischen Leitung mit der OPC-Vorrichtung 15 des Systems 10 in 1. Wie ersichtlich ist, ist der Kompensator 16 stromaufwärts von einem optischen Verstärker 13⁴ angeordnet, welcher entlang der optischen Leitung angeordnet ist. Die OPC-Vorrichtung ist mit dem optischen Verstärker 13⁴ verbunden. Der Kompensator 16 ist an einem ersten Ende 17 mit dem Ausgang der Spanne 14³ unmittelbar stromaufwärts vom Verstärker 13⁴ verbunden und an einem zweiten Ende 18 mit der OPC-Vorrichtung 15 verbunden. In einer nicht gezeigten alternativen Gestaltung kann die OPC-Vorrichtung 15 stromabwärts des optischen Verstärkers 13⁴ angeschlossen sein, so dass der Kompensator zwischen das Ausgangsende der Spanne 14³ und dem Eingangsende des optischen Verstärkers 13⁴ angeschlossen ist.
5 zeigt schematisch das entsprechende Verhalten der optischen Leistung und der chromatischen Dispersion eines Signals, das in dem in 4 gezeigten Abschnitt der optischen Leitung sich ausbreitet. Zum Beispiel kann man annehmen, dass das Dispersionsvorzeichen der in den Spannen der optischen Leitung beinhalteten Übertragungsfaser an der Signalwellenlänge positiv ist, so dass das Dispersionsvorzeichen des Kompensators 16 negativ ist. Das Verhalten der optischen Leistung des optischen Signals ist in 5 durch die durchgezogene Linie gezeigt. Wie ersichtlich ist, steigt die optische Leistung am Verstärker 13³ auf ein Maximalniveau an und nimmt dann aufgrund der Abschwächung der in der Spanne 14³ beinhalteten Faser ab. Nach einem Spannenabschnitt mit einer Länge L_eff hat die optische Leistung auf einem Niveau abgenommen, an dem man annehmen kann, dass nicht-lineare Effekte keine wesentliche Rolle mehr spielen, so dass das optische System sich praktisch linear verhält. Am Ende der Spanne, d.h. nach einer Länge L_amp, tritt das Signal durch den Kompensator 16 und die OPC-Vorrichtung 15 und wird dann wieder vom Verstärker 13⁴ verstärkt, so dass die optische Leistung abrupt auf ein Maximalniveau zunimmt, und so weiter. Vorteilhafterweise ist die optische Leistung bereits ausreichend niedrig, wenn das optische Signal in den Kompensator 16 eintritt, so dass keine Nichtlinearität durch das Vorhandensein des Kompensators 16 hinzugefügt wird. Andererseits ist das Verhalten der angesammelten Dispersion in 5 mit den gestrichelten Linien gezeigt. Wie ersichtlich ist, wächst die angesammelte Dispersion im Wesentlichen linear entlang der Spanne 14³ an, ausgehend von einem Anfangswert, der praktisch von dem Abstand der in Betracht gezogenen Spanne vom Einkopplungspunkt des Signals in der optischen Leitung abhängt. Wenn D_f der Dispersionskoeffizient an der Signalwellenlänge der optischen Übertragungsfaser in der Faserspanne 14³ ist, dann ist die gesamte angesammelte Dispersion in der Spanne D_f·L_amp. Der Kompensator 16 weist eine Länge L_comp auf, die zur Kompensierung eines Teils der in der Faserspanne 14³ angesammelten Dispersion geeignet ist. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Länge L_comp insbesondere so gewählt, dass der Kompensator 16 im Wesentlichen die in einem Spannenabschnitt mit einer Länge (L_amp – L_eff) angesammelte Dispersion kompensiert. Nach dem Durchtritt durch den Kompensator 16 tritt das optische Signal in die OPC-Vorrichtung 15 ein, um der Phasenkonjugierung unterworfen zu werden (Pfeil in 5). Am Ausgang der OPC-Vorrichtung 15 hat sich das Vorzeichen der angesammelten Dispersion des optischen Signals geändert, während ihr Absolutwert im Wesentlichen unverändert bleibt. Stromabwärts der OPC-Vorrichtung nimmt die angesammelte Dispersion in ihrem Absolutwert ab, was an einem bestimmten Punkt entlang des Systems zur Dispersionskompensierung führt, typischerweise in der Nähe des Endes der optischen Leitung. Aufgrund des hinzugfügten Kompensators 16 kann am Ende des optischen Systems ein Rest Dispersion unkompensiert bleiben. Ein geeigneter zusätzlicher Kompensator kann am Ende des Systems vorgesehen werden, um eine solche Restdispersion zu kompensieren.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass eine Gestaltung entsprechend der ersten Ausführungsform, die oben mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben wurde, es erlaubt, die Auswirkung der Nichtlinearität zu verringern. In einer vom Anmelder durchgeführten dritten Simulation wurde ein optisches Signal in ein System mit sechs Spannen der Länge L_amp = 100 km einer optischen Faser eingespeist, die einen Abschwächungskoeffizienten von 0,25 dB/km (L_eff ≅ 17 km), einen nicht-linearen Koeffizienten von ungefähr 1,3 1/(W·km) und einen Dispersionskoeffizienten, ausgedrückt als Gruppengeschwindigkeits-Dispersion, von 20 ps²/km aufweist. Am Eingang jeder Spanne wurde die optische Leistung des optischen Signals auf 10 dBm festgelegt. Eine ideale OPC-Vorrichtung, die nur Phasenkonjugierung durchführt, wurde am Ende der dritten Spanne vor einem Verstärker angeordnet. Unterschiedliche Längen einer dispersionskompensierender Faser mit einem Dispersionskoeffizienten, ausgedrückt als Gruppengeschwindigkeits-Dispersion, von +80 ps²/km, wurde am Ende der dritten Spanne stromaufwärts der OPC-Vorrichtung hinzugefügt. Für jede Länge von dispersionskompensierender Faser, die in Betracht gezogen wird, wurde die Augenöffnungs-Verschlechterung (EOP) am Ende des Systems ausgewertet. Um die Verschlechterung korrekt auszuwerten, sollte die chromatische Dispersion, die von der OPC-Vorrichtung aufgrund der hinzugefügten Länge der Kompensationsfaser nicht kompensiert wurde, separat am Empfänger kompensiert werden. Das Ergebnis der Simulation ist in der 6 dargestellt, in der die EOP gegen die hinzugefügte Länge an dispersionskompensierender Faser L_comp aufgetragen ist. Wie ersichtlich ist, wird ohne ein hinzugefügtes Stück von dispersionskompensierender Faser (L_comp = 0) eine Verschlechterung von ungefähr 1 dB gefunden. Mit einer Länge der dispersionskompensierender Faser von ungefähr 20 km können Verschlechterungsniveaus von weniger als 0,4 dB gefunden werden, d.h. um mehr als 0,5 dB besser als im vorigen Fall. Solche Längen an dispersionskompensierender Faser entsprechen der Kompensierung der angesammelten Dispersion in 80 km von Übertragungsfaser (1600 ps²), das heißt, ungefähr (L_amp – L_eff). Die Verwendung einer dispersionskompensierender Faser mit einem Dispersionskoeffizienten, der höher als der Dispersionskoeffizient der Übertragungsfaser ist (im Absolutwert), erlaubt es vorteilhafter Weise, ein Stück Faser mit einer kürzeren Länge als (L_amp – L_eff) hinzuzufügen, so dass die von der Kompensationsfaser eingebrachte zusätzliche Abschwächung sehr klein sein kann. Um eine solche zusätzliche Abschwächung gering zu halten, kann der Dispersionskoeffizient der dispersionskompensierenden Faser bevorzugt an der Signalwellenlänge im Absolutwert drei oder mehr Mal höher sein als der Dispersionskoeffizient der Übertragungsfasern.
Gemäß dem Anmelder kann die Verringerung der Auswirkung der Nichtlinearität, die durch die obige Simulation gezeigt ist, von der Tatsache abhängen, dass eine im Wesentlichen symmetrische Anordnung der Bereiche mit hoher Leistung in Bezug auf die angesammelte Dispersion erhalten wird, wenn der Kompensator so hinzugefügt wird, wie oben erwähnt.
7a und 7b zeigen schematisch Graphen der optischen Leistung eines optischen Signals, die erhalten werden kann, indem dasselbe entlang einer optischen Leitung mit vier Spannen an optischer Faser und vier Verstärkern propagiert wird, wobei der Graph gegen die vom selben optischen Signal angesammelte Dispersion aufgetragen ist. In beiden Figuren wird angenommen, dass eine OPC-Vorrichtung vor dem dritten Verstärker platziert ist. In 7a wird angenommen, dass kein zusätzlicher Kompensator stromaufwärts der OPC-Vorrichtung vorhanden ist, während in 7b angenommen wird, dass ein zusätzlicher Kompensator zwischen dem Ende der zweiten Spanne und der OPC-Vorrichtung vorhanden ist. Der Kompensator kompensiert die angesammelte Dispersion in einem Abschnitt der Spanne mit einer Länge (L_amp – L_eff). In beiden Figuren sind die Bereiche hoher Leistung mit einer Länge L_eff hervorgehoben.
Zuerst 7a betrachtend, ist am Eingang des Systems die von einem optischen Signal angesammelte Dispersion Null (oder auf einem vorbestimmten Wert, wenn ein Pre-Chirping verwendet wird) und der erste Verstärker (AMP #1) legt die optische Leistung des optischen Signals auf ein vorbestimmtes hohes Niveau fest. Während der Ausbreitung in der ersten Spanne sammelt das Signal eine Menge an Dispersion (Dacc SP #1) an, in Abhängigkeit vom Dispersionskoeffizienten der verwendeten Faser, während gleichzeitig die optische Leistung aufgrund der Faserabschwächung abnimmt. Am Ende der ersten Spanne wird das optische Signal vom zweiten Verstärker (AMP #2) verstärkt, der im Wesentlichen die optische Leistung auf dasselbe Niveau bringt, das vom AMP #1 festgelegt wurde. Während der Ausbreitung in der zweiten Spanne sammelt das Signal weiter Dispersion an (Dacc SP #2), während die Leistung abnimmt, und zwar bis zur OPC-Vorrichtung. Die OPC- Vorrichtung führt eine optische Phasenkonjugierung durch, so dass die angesammelte Dispersion am Ende der zweiten Spanne auf die gegenüberliegende Seite des Graphen gefaltet wird, im Wesentlichen an einer symmetrischen Position. Am Ausgang der OPC-Vorrichtung wird das phasenkonjugierte optische Signal vom dritten Verstärker (AMP #3) verstärkt, der die optische Leistung im Wesentlichen auf dasselbe Niveau bringt, das vom AMP #1 und/oder AMP #2 festgelegt wurde. In der Ausbreitung in der dritten Spanne verringert das phasenkonjugierte Signal den Absolutwert seiner angesammelten Dispersion (Dacc SP #3), während die Leistung abnimmt. Dann wird das phasenkonjugierte optische Signal vom vierten Verstärker (AMP #4) verstärkt und in die vierte Spanne übertragen, wo es seine angesammelte Dispersion auf im Wesentlichen Null am Ende des Systems verringert. Wie aus der 7a ersichtlich ist, sind die hervorgehobenen Bereiche hoher Leistung nicht in Bezug auf den Nullwert der angesammelten Dispersion symmetrisch.
In 7b wurden die Bereiche hoher Leistung stromaufwärts und stromabwärts der OPC-Vorrichtung zur besseren Klarheit gestaffelt. In dem in 7b gezeigten Fall benimmt sich das System in den ersten beiden Spannen auf dieselbe Weise wie für den in 7a gezeigten Fall. Jedoch bringt dieses Mal am Ende der zweiten Spanne ein Kompensator (COMP) die angesammelte Dispersion auf dasselbe Niveau, welches das optische Signal hatte, nachdem es sich durch den ersten Abschnitt der zweiten Spanne mit einer Länge ungefähr gleich L_eff ausgebreitet hat. In anderen Worten kompensiert der am Ende der zweiten Spanne hinzugefügte Kompensator die angesammelte Dispersion im linearen Abschnitt der zweiten Spanne, wobei er eine Länge (L_amp – L_eff) aufweist. Dann führt die OPC-Vorrichtung eine Phasenkonjugation am optischen Signal durch, wobei das Vorzeichen der angesammelten Dispersion in der Nähe des dritten Verstärkers (AMP #3) geändert wird. Während der Ausbreitung in der dritten Spanne verringert das phasenkonjugierte Signal den Absolutwert seiner angesammelten Dispersion (Dacc SP #3), während die Leistung abnimmt. Dann wird das phasenkonjugierte optische Signal vom vierten Verstärker (AMP #4) verstärkt und in die vierte Spanne übertragen, wo es seine angesammelte Dispersion am Ende des letzten Bereichs hoher Leistung im Wesentlichen auf Null verringert. Danach sammelt das optische Signal eine Restdispersion bis zum Ende des Systems an, und zwar in einem Abschnitt der vierten Spanne, indem das Leistungsniveau gering ist, so dass sich das System linear verhält. Somit kann eine solche angesammelte Restdispersion kompensiert werden (aus Einfachheit in der 7b nicht gezeigt), indem ein weiterer Kompensator am Ende der vierten Spanne platziert wird. Wie aus der 7b ersichtlich ist, sind diesmal die Bereiche hoher Leistung im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf den Nullpunkt der angesammelten Dispersion angeordnet. Entsprechend den vom Anmelder erhaltenen Ergebnissen trägt dies zur Verringerung der Nichtlinearität bei, zumindest in einem ähnlichen Ausmaß zum Beitrag, der erhalten wird, indem die Bereiche hoher Leistung raumsymmetrisch in Bezug auf die Positionierung der OPC-Vorrichtung angeordnet werden.
Entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein Kompensator, z.B. eine Länge optischer Faser, mit einer Dispersion mit demselben Vorzeichen wie dem Vorzeichen des Dispersionskoeffizienten der in den optischen Faserspannen beinhalteten Übertragungsfaser hinzugefügt. In diesem Fall ist die OPC-Vorrichtung stromaufwärts des Kompensators angeordnet. 8 ist eine schematische Vergrößerung des Abschnitts der optischen Leitung, die die OPC-Vorrichtung 15 des Systems 10 in 1 enthält. Dieselben Bezugszeichen der 4 werden zur Bezeichnung ähnlicher Komponenten verwendet. Wie ersichtlich ist, wird eine Länge von zusätzlicher optischer Faser 16 zwischen der OPC-Vorrichtung 15 und einem optischen Verstärker 13⁴ angeordnet, die entlang der optischen Leitung platziert sind, so dass sie an einem ersten Ende 17 mit der OPC-Vorrichtung 15 und an einem zweiten Ende 18 mit dem optischen Verstärker 13⁴ verbunden ist. Alternativ zu einer Länge von zusätzlicher optischer Faser kann eine andere Art von Kompensator verwendet werden, wie z.B. ein Gitter. Die zusätzliche optischen Faser 16 ist geeignet, eine angesammelte Dispersion einzuführen, die im Wesentlichen der in einem Abschnitt der Spanne 14³ mit einer Länge (L_amp – L_eff) angesammelten Dispersion gleich ist.
9 zeigt schematisch das entsprechende Verhalten der optischen Leistung und der chromatischen Dispersion eines Signals, das in dem Abschnitt der in 8 gezeigten optischen Leitung sich ausbreitet. Zum Beispiel kann man annehmen, dass das Vorzeichen der Dispersion der Übertragungsfaser in den Spannen der optischen Leitung an der Signalwellenlänge positiv ist, so dass das Vorzeichen der Dispersion des Kompensators 16 gleichsam positiv ist. Das Verhalten der optischen Leistung des optischen Signals ist in 9 durch die durchgehende Linie gezeigt. Wie ersichtlich ist, nimmt die optische Leistung bis zu einem Maximalniveau am Verstärker 13³ zu und nimmt dann aufgrund der Abschwächung der Faser in der Spanne 14³ ab. Nach einem Abschnitt der Spanne mit einer Länge L_eff hat die optische Leistung bis auf Niveau abgenommen, an welchem man annehmen kann, dass nicht-lineare Effekte keine wesentliche Rolle spielen, so dass das optische System sich praktisch linear verhält. Am Ende der Spanne, d.h. nach einer Länge L_amp, tritt das Signal durch die OPC-Vorrichtung 15 und den Kompensator 16 hindurch und wird dann vom Verstärker 13⁴ wieder verstärkt, so dass die optische Leistung abrupt auf ein Maximalniveau ansteigt, und so weiter. Vorteilhafterweise kann die optische Leistung des phasenkonjugierten Signals im Ausgang aus der OPC-Vorrichtung 15 ausreichend niedrig gehalten werden, so dass wenn das phasenkonjugierte optische Signal in den Kompensator 16 eintritt, im Wesentlichen keine Nichtlinearität auftritt. Andererseits ist das Verhalten der angesammelten Dispersion durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt. Wie ersichtlich ist, wächst die angesammelte Dispersion im Wesentlichen linear entlang der Spanne 14³ , ausgehend von einem Anfangswert, der in der Praxis vom Abstand der in Betracht gezogenen Spanne vom Ankoppelpunkt des Signals in der optischen Leitung abhängt. Wenn D_f der Dispersionskoeffizient an der Signalwellenlänge der optischen Übertragungsfaser in der Faserspanne 14³ ist, dann ist die gesamte angesammelte Dispersion in der Spanne D_f·L_amp. Dann tritt das optische Signal in die OPC-Vorrichtung 15 ein, um der Phasenkonjugierung unterworfen zu werden (Pfeil in 9). Am Ausgang der OPC-Vorrichtung 15 hat sich das Vorzeichen der angesammelten Dispersion des optischen Signals geändert, während sein Absolutwert im Wesentlichen unverändert bleibt. Der Kompensator 16 weist eine Länge L_comp auf, die zum Einbringen einer angesammelten Dispersion geeignet ist, die gleich der in einem Abschnitt der Faserspanne 14³ angesammelten Dispersion ist. Insbesondere wird die Länge L_comp so gewählt, dass der Kompensator 16 eine angesammelte Dispersion einbringt, die im Wesentlichen gleich der in einem Abschnitt der Spanne mit einer Länge (L_amp – L_eff) der angesammelten Dispersion gleich ist. Aufgrund der Phasenkonjugierung nimmt die angesammelte Dispersion in ihrem Absolutwert im Kompensator 16 ab. Dann nimmt die angesammelte Dispersion weiter ab, was an einem gewissen Punkt entlang des Systems zu einer Dispersionskompensierung führt, typischerweise in der Nähe des Endes der optischen Leitung. Aufgrund des zusätzlichen Kompensators 16 kann eine Restdispersion am Ende des optischen Systems unkompensiert bleiben. Ein geeigneter zusätzlicher Kompensator kann am Ende des Systems vorgesehen werden, um eine solche Restdispersion zu kompensieren.
Wenn ein zusätzliches Stück optischer Faser als Kompensator verwendet wird, ist es auch in diesem Fall bevorzugt, eine zusätzliche Faser mit einem Dispersionskoeffizienten zu verwenden, der höher als der Dispersionskoeffizient der in den Spannen des Systems verwendeten Übertragungsfasern ist. Dies erlaubt es vorteilhafter Weise, ein Stück Faser mit einer kleineren Länge in Bezug auf (L_amp – L_eff) hinzuzufügen, so dass die zusätzliche Abschwächung, die durch die zusätzliche Faser eingeführt wird, sehr gering sein kann. Um eine solche zusätzliche Abschwächung gering zu halten, kann der Dispersionskoeffizient der zusätzlichen Faser an der Signalwellenlänge bevorzugt drei- oder mehrmals größer als der Dispersionskoeffizient der Übertragungsfaser sein.
10 zeigt ein Diagramm der optischen Leistung, aufgetragen gegen die angesammelte Dispersion, ähnlich jenen, die in 7a und 7b gezeigt wurden, für ein System mit einem Kompensator und einer OPC-Vorrichtung, die entsprechend der zweiten Ausführungsform angeordnet sind. In 10 wurden die Bereiche hoher Leistung stromaufwärts und stromabwärts der OPC-Vorrichtung aus Gründen der besseren Klarheit gestaffelt. In dem in 10 gezeigten Fall verhält sich das System in den beiden ersten Spannen auf dieselbe Weise wie in dem in 7a gezeigten Fall. Am Ende der zweiten Spanne führt die OPC-Vorrichtung eine optische Phasenkonjugierung durch, so dass die angesammelte Dispersion auf die entgegengesetzte Seite des Graphen gefaltet wird, im Wesentlichen an einer symmetrischen Position. Dann führt vor dem dritten Verstärker (AMP #3) ein Kompensator (COMP) eine Betrag an angesammelter Dispersion ein, der im Wesentlichen gleich der in dem linearen Abschnitt der zweiten Spanne angesammelten Dispersion ist, mit einer Länge von (L_amp – L_eff). so dass das phasenkonjugierte Signal seine angesammelte Dispersion im Absolutwert um denselben Betrag verringert. Dann verstärkt der dritte Verstärker (AMP #3) das phasenkonjugierte Signal. Während der Ausbreitung in der dritten Spanne verringert das phasenkonjugierte Signal weiter den Absolutwert seiner angesammelten Dispersion (Dacc SP #3), während die Leistung abnimmt. Das phasenkonjugierte optische Signal wird schließlich vom vierten Verstärker (AMP #4) verstärkt und in die vierte Spanne übertragen, wo es die angesammelte Dispersion am Ende des letzten Bereichs hoher Leistung im Wesentlichen auf Null verringert. Danach sammelt das optische Signal bis zum Ende des Systems eine Restdispersion auf, in einem Abschnitt der vierten Spanne, in welchem das Leistungsniveau gering ist, so dass sich das System linear verhält. Somit kann eine solche angesammelte Restdispersion kompensiert werden (aus Einfachheit in 10 nicht gezeigt), indem ein weiterer Kompensator am Ende der vierten Spanne platziert wird. Wie aus der 10 ersichtlich ist, sind die Bereiche hoher Leistung im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf den Nullpunkt der angesammelten Dispersion angeordnet.
Bevorzugt kann die OPC-Vorrichtung in der Nähe des optischen Verstärkers in der Spaltenmitte angeordnet werden. Wenn das optische System N Spannen zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang aufweist, ist der optische Verstärker der Spannenmitte der [N/2 + 1]-te (als ganzzahliger Teil von N/2 + 1 zu verstehen) optische Verstärker, wenn man die optischen Verstärker vom Eingang des optischen Faserwegs an beginnt zu zählen. Diese besondere Positionierung ist bevorzugt, weil sie erlaubt, dass gleichzeitig die Effekte von Nichtlinearitäten auf sehr effektive Weise verringert werden und die chromatische Dispersion zu einem großen Ausmaß kompensiert wird, außer einer chromatischen Restdispersion, die separat kompensiert werden kann, zum Beispiel am Ende des optischen Faserwegs. Weiter kann die Verringerung der Effekte der Nichtlinearitäten mit einer Positionierung in der Nähe der Spannenmitte sehr effektiv sein, da in diesem Fall die Bereiche hoher Leistung symmetrisch in Bezug auf den OPC angeordnet sein werden. Jedoch hat der Anmelder herausgefunden, dass positive Effekte bei der Verringerung der Auswirkungen der Nichtlinearität erhalten werden kann, indem die OPC in der Nähe eines Verstärkers positioniert wird, der innerhalb eines Spannenmittenabschnitts des optischen Faserwegs von ±L/5, bevorzugt ±L/6, um den Spannenmittelpunkt des optischen Faserwegs herum angeordnet ist, wobei L die Gesamtlänge des optischen Faserwegs ist. Auf jeden Fall muss beachtet werden, dass wenn die Positionierung der OPC-Vorrichtung entfernt vom optischen Verstärker der Spannenmitte gemacht wird, dann ein wesentlicher Betrag an chromatischer Dispersion, der nicht von der OPC-Vorrichtung kompensiert wird, kompensiert werden muss. Dies kann sofort am Ende des optischen Faserwegs getan werden, bevorzugt mit einem oder mehreren Kompensierungsgittern, oder eher allmählich entlang des optischen Faserwegs mit geeigneten Kompensierungsvorrichtungen, die z.B. in mindestens einigen der optischen Verstärker enthalten sind, vorausgesetzt dass die Symmetrie in der Verteilung der Bereiche hoher Leistung entlang des optischen Wegs des Systems in Bezug auf die angesammelte Dispersion beibehalten wird.
11 zeigt die Ergebnisse eines vom Anmelder durchgeführten Experiments mit einer Gestaltung entsprechend der 4. Ein NRZ Signal mit einer Bitrate von 10 Gbit/s, einer Durchschnittsleistung von 12 dBm und einer mittleren Wellenlänge von 1552,5 nm wurde in eine optische Leitung eingespeist, die aus vier Spannen von FreeLight^TM Faser, hergestellt bei FOS (Italien), hergestellt ist, und zwar mit einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von ungefähr –5 ps²/km bei 1550 nm und einer Abschwächung von ungefähr 0,2 dB/km bei 1550 nm (d.h. L_eff ungefähr ≅ 21 km). Die Spannen hatten eine Durchschnittslänge L_amp von ungefähr 100 km (die tatsächlichen Längen betrugen 99 km und 104 km), so dass (L_amp – Leff) ≅ 79 km ist. Die hohe Durchschnittsleistung des im experimentellen System eingespeisten Impulses wurde ausgewählt, um das Auftreten von starken nicht-linearen Effekten zu verursachen, im Hinblick auf die relativ kurze Länge des Gesamtsystems (ungefähr 400 km). Eine OPC-Vorrichtung wurde zwischen den Eingang des dritten Verstärkers und den Ausgang eines Stücks von ungefähr 4,9 km Länge an dispersionskompensierender optischer Faser angeordnet, die eine Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von +80 ps²/km aufweist und am Ende der zweiten Spanne angeschlossen ist, um so die in ungefähr 78 km an FreeLight^TM Faser angesammelte Dispersion zu kompensieren. Die OPC-Vorrichtung wurde realisiert, indem zwei optische Halbleiterverstärker (SOAs) verwendet wurden, angeordnet in einer Mach-Zehnder Konfiguration zwischen zwei Polarisierungsbeam-Splittern entsprechend einem Polarisationsverschiedenheitsschema, um einen polarisationsunabhängigen Betrieb zu erzielen. Jeder der SOA entlang der Arme des Mach-Zehnders war ein Optospeed SOA1550MRI/X mit einer Führungslänge von 1,5 mm. Die optischen Phasenkonjugierung wurde in jedem SOA durch Four-Wave-Mixing erreicht. Eine Pumpquelle mit einer Wellenlänge von 1550,9 nm wurde zu diesem Zweck verwendet. Die Ausgangswellenlänge der phasenkonjugierten Impulse betrug 1549,3 nm. In 11 zeigt die dicke durchgehende Linie das Spektrum des Impulses nach Ausbreitung am Ende des Systems. Die x-Achse ist gegen die mittlere Wellenlänge des empfangenen phasenkonjugierten Signals normalisiert, während die y-Achse gegen die Spitzenleistung des empfangenen Impulses normalisiert ist.
Das Experiment wurde dann wiederholt, indem die Stücke von dispersionskompensierender Faser eliminiert wurden, wobei lediglich die OPC-Vorrichtung übrig blieb. Die dünne durchgehende Linie in 11 zeigt das Spektrum des empfangenen Impulses, normalisiert gegen die mittlere Wellenlänge und die Spitzenleistung.
Das Experiment wurde weiter wiederholt, indem auch die OPC-Vorrichtung eliminiert wurde. Die dünne gestrichelte Linie in 11 zeigt das Spektrum des empfangenen Impulses, normalisiert gegen die mittlere Wellenlänge (diesmal während der Ausbreitung unverändert) und die Spitzenleistung.
Wie ersichtlich ist, ist das Spektrum des Impulses im System ohne die OPC-Vorrichtung aufgrund des Einsetzens der nicht-linearen Effekte in der optischen Leitung (hauptsächlich Selbstphasenmodulierung) ziemlich groß. Die Verringerung des Effekts der Nichtlinearität mit der Konfiguration, die den OPC und die zusätzliche dispersionskompensierende Faser aufweist, ist klar ersichtlich. 11 zeigt auch eine wesentliche Verringerung im Vergleich zu einer Konfiguration mit nur der OPC-Vorrichtung.
12 zeigt die Ergebnisse einer vierten Simulation, die vom Anmelder unter Bedingungen durchgeführt wurde, die jenen des gerade beschriebenen Experiments entsprechen, mit lediglich einer Abänderung, nämlich dass die Bitrate des NRZ-Signals in der Simulation 40 Gbit/s betrug. Für die vierte Simulation wurden andere Längen an dispersionskompensierender Faser eingeführt und die Augenöffnungs-Verschlechterung am Empfänger wurde für jede hinzugefügte Länge ausgewertet (Kompensationsfasern in Schritten von 200 m hinzugefügt). Die von dem Hinzufügen der Stücke an dispersionskompensierender Fasern verursachte Restdispersion wurde am Ende des Systems linear kompensiert. Die Linie in 12 zeigt die Verschlechterung, aufgetragen gegen die Länge L_comp, der zugefügten dispersionskompensierenden Faser. Wie ersichtlich ist, wird eine Minimalverschlechterung für L_comp von ungefähr 4,9 km gefunden, was ein gutes Übereinstimmen mit den Ergebnissen des Experiments zeigt.
13a–b zeigen die Augendiagramme der Impulse der vorangegangenen vierten Simulation, in einem System mit 4,9 km von zusätzlicher Faser mit einer Dispersion von +80 ps²/km, bzw. der Impulse am Ausgang eines Systems mit einem OPC aber keiner zusätzlichen Faser (Punkt L_comp = 0 in 12). 13a entspricht einer Verschlechterung von 0,73 dB, während 13b einem kompletten Augenverschluss entspricht (sehr hohe Verschlechterung).
14 zeigt die Ergebnisse einer fünften Simulation, die vom Anwender durchgeführt wurde. Ein RZ-Signal mit einer Gauss'schen Form einer Pulslängen-Halbwertsbreite T_FWHM von 5 ps, einer Durchschnittsleistung von 10 dBm, moduliert bei 40 Gbit/s durch ein PRBS Wort mit einer Länge von 32 Bit, wurde in ein System mit achtzehn Spannen Faser eingespeist. Die Spannen hatten eine Länge von 100 km. Die Faser hatte eine Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von –20 ps²/km, eine Abschwächung von 0,2 dB/km und einen nicht-linearen Koeffizienten von 1,3 1/(W·km). Am Anfang jeder Spanne wurden eine konzentrierte (EDFA) Verstärkung eingefügt. Eine ideale OPC-Vorrichtung, die lediglich Phasenkonjugierung durchführt, wurde am Ende der neunten Spanne vor dem zehnten Verstärker eingefügt. Ein Stück von dispersionskompensierender Faser mit einer Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von +80 ps²/km wurde zwischen den Eingang der OPC-Vorrichtung und das Ausgangsende der neunten Spanne hinzugefügt, entsprechend der Gestaltung der 4. Ein nicht-linearer Koeffizient von Null wurde für die dispersionskompensierende Faser festgelegt, da eine solche Faser in einem im Wesentlichen linearen Bereich platziert wird, so dass das Simulationsergebnis sich nicht in einem wesentlichen Ausmaß ändern würde, selbst wenn die Nichtlinearität der dispersionskompensierender Fasern in Betracht gezogen würde. Für die Simulation wurden verschiedene Längen an dispersionskompensierender Faser eingefügt und die Augenöffnungs-Verschlechterung (EOP) am Empfänger wurde für jede hinzugefügte Länge ausgewertet (die kompensierende Faser wurde in Schritten von 200 m hinzugefügt). Die durch das Hinzufügen der Stücke an dispersionskompensierender Faser verursachte Restdispersion wurde am Ende des Systems linear kompensiert. Die Leitung in 14 zeigt die Verschlechterung mit der Länge L_comp an hinzugefügter dispersionskompensierender Faser. Wie ersichtlich ist, wird ein Minimum der Verschlechterung in einem Bereich um 20 km gefunden, zwischen ungefähr 16 km und 22 km. Solch ein Minimum kann Verschlechterungswerte erzielen, die um mehr als 2 dB geringer sind als die Verschlechterung in einem System, das keine zusätzliche Faser enthält (siehe Punkt L_comp = 0 in 14).
15a–b zeigen die Augendiagramme der Impulse der vorherigen fünften Simulation, jeweils am Ausgang eines Systems mit 20 km zusätzlicher Faser mit entgegengesetzten Dispersionsvorzeichen in Bezug auf die in den Spannen verwendete Faser (15a) und eines Systems (15b) mit einem OPC aber keiner zusätzlichen Faser (Punkt L_comp = 0 in 14). 15a entspricht einer Verschlechterung von 0,80 dB, während 15b einer Verschlechterung von 2,92 dB entspricht.
In einer sechsten Simulation weist die hinzugefügte kompensierende Faser eine Gruppengeschwindigkeits-Dispersion von –80 ps²/km auf. Die OPC-Vorrichtung wurde am Ausgangsende der neunten Spanne eingefügt und die zusätzliche Faser wurde zwischen den Ausgang der OPC-Vorrichtung und den Eingang des zehnten Verstärkers angeschlossen, entsprechend der Gestaltung der 8. Der Rest der in Betracht gezogenen Parameter für diese sechste Simulation waren dieselben wie in der fünften Simulation. Diese sechste Simulation wurde auf eine ähnliche Weise wie die vorherige durchgeführt. Das Ergebnis ist der Linie identisch, die in der 14 aus der vorherigen Simulation resultiert.
In einer siebten Simulation, ausgeführt für ein System entsprechend der fünften Simulation, wurde die OPC-Vorrichtung und die zusätzliche Faser stromaufwärts der vom zehnten verschiedenen Verstärker platziert (d.h. der vom Spannenmittenverstärker verschiedenen Verstärker). Die Länge der zusätzliche Faser betrug 20 km. Die Restdispersion sollte am Ende des Systems kompensiert werden. 16 zeigt das Ergebnis der Simulation als Graph der EOP gegen die Verstärkernummer (AMP #). Wie ersichtlich ist, kann ein Minimum der Verschlechterung für den Spannenmittenverstärker (AMP #10) gefunden werden: jedoch nimmt die Verschlechterung in einem Bereich zwischen dem achten und dem vierzehnten Verstärker (d.h. zwischen 700 km und 1300 km) nicht sehr viel zu. Somit kann das System eine Verschiebung der OPC-Vorrichtung in Bezug auf den Spannenmittenverstärker tolerieren, wenn die Positionierung des OPCs am Spannenmittenverstärker aus praktischen Installationsgründen nicht günstig ist.
Das System entsprechend der Erfindung wurde mit Bezug auf einen optischen Faserweg erläutert, der zwischen einer Übertragungsstation und einer Empfangsstation enthalten ist. Dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung anzusehen, da eine optische Leitung mit einem optischen Faserweg entsprechend dem oben Genannten in einem komplexeren Netzwerk zwischen zwei beliebigen Knoten des Netzwerks selbst angeordnet werden kann, z.B. zwei Knoten eines optischen Netzwerks, die keine Übertragungs- und/oder Empfangsfunktion sondern lediglich eine Routing-Funktion aufweisen.
Das System oder die optische Leitung entsprechend der Erfindung können ex-novo implementiert werden, indem zumindest die verschiedenen mit Bezug auf 1 und 4 oder 8 beschriebenen Komponenten angeschlossen werden und indem bevorzugt dafür gesorgt wird, dass der Kompensator 16 und die OPC-Vorrichtung 15 an derselben Verstärkungsstelle des zugehörigen Verstärkers eingefügt werden. Weniger bevorzugt kann der Kompensator 16 und die OPC-Vorrichtung 15 an einer getrennten Stelle eingefügt werden.
Das System oder die optische Leitung entsprechend der Erfindung können weiter ein Upgrade eines bereits installierten Systems sein. In einem solchen Fall kann es möglich sein, die OPC-Vorrichtung und den Kompensator 16, angeordnet entsprechend der Erfindung, so vorzusehen, dass sowohl die OPC-Vorrichtung 15 als auch der Kompensator 16 an derselben Verstärkungsstelle des zugehörigen Verstärkers enthalten sind. Weniger bevorzugt können die OPC-Vorrichtung 15 und der Kompensator 16 an einer getrennten Stelle eingefügt werden.

Claims

Optisches System (10), umfassend: – einen optischen Faserweg (12), der geeignet ist für die Übertragung eines optischen Signals mindestens in einer ersten Richtung; – eine Vielzahl (M) optischer Verstärker (13¹ ... 13⁶ ), die entlang des optischen Faserwegs (12) angeordnet sind, um den optischen Faserweg in N Spannen optischer Faser (14¹ ... 14⁵ ) zu unterteilen, wobei die Spannen optischer Faser im Wesentlichen eine Länge (L_amp) aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer effektiven Länge (L_eff) umfassen, und – eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung (15), die einem Verstärker der Vielzahl von Verstärkern zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die optische Phasenkonjugationsvorrichtung (15) in Verbindung mit einem Dispersionskompensator (16) angeordnet ist, wobei der Kompensator (16) stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung (15) zugeordneten Verstärker angeordnet ist, wobei der Kompensator (16) zum Einführen einer angesammelten Dispersion geeignet ist, um im Wesentlichen eine Dispersion zu kompensieren, die sich in einem Abschnitt mit einer Länge (L_amp – L_eff) einer Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung (15) zugeordneten Verstärker angesammelt hat.
Optisches System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionskompensator (16) ein Dispersionsvorzeichen aufweist, das entgegengesetzt in Bezug auf ein Dispersionsvorzeichen der Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem Verstärker an einer Wellenlänge des optischen Signals ist, und die optische Phasenkonjugationsvorrichtung (15) stromabwärts von dem Dispersionskompensator (16) angeordnet ist.
Optisches System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionskompensator (16) ein Dispersionsvorzeichen aufweist, das gleich einem Dispersionsvorzeichen der Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem Verstärker an einer Wellenlänge des optischen Signals ist, und die optische Phasenkonjugationsvorrichtung (15) stromaufwärts von dem Dispersionskompensator (16) angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionskompensator (16) eine Länge optischer Faser beinhaltet.
Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge optischer Fasern einen absoluten Wert des Dispersionskoeffizienten aufweist, der größer oder gleich dreimal den Dispersionskoeffizienten der optischen Übertragungsfaser an einer Wellenlänge des optischen Signals ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersionskompensator (16) ein gechirptes Fasergitter beinhaltet.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Verstärker (13¹ bis 13⁶ ) Erbium-dotierte Faserverstärker umfassen.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Übertragungsstation (11a), eine Empfangsstation (11b), wobei die Übertragungsstation (11a) mit einem Eingangsende verbunden ist, und die Empfangsstation (11b) mit einem Ausgangsende des optischen Faserwegs (12) verbunden ist.
Verfahren zum Aufbau eines optischen Systems, umfassend die folgenden Schritte: – Vorsehen einer Vielzahl (M) optischer Verstärker (13¹ ... 13⁶ ); – Verbinden der Vielzahl optischer Verstärker (13¹ ... 13⁶ ) mit N Spannen optischer Faser (14¹ ... 14⁵ ), um einen optischen Faserweg (12) zu bilden, wobei die Spannen optischer Faser (14¹ ... 14⁵ ) im Wesentlichen eine Länge (L_amp) aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer effektiven Länge (L_eff) umfassen; – Zuordnen eine Phasenkonjugationsvorrichtung (15) an einen Verstärker entlang des optischen Faserwegs (12); dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Zuordnens folgendes umfasst: – Anordnen eines Kompensators stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung (15) zugeordneten Verstärker, und – Anordnen der Phasenkonjugationsvorrichtung in Verbindung mit dem Dispersionskompensator (16), wobei der Kompensator (16) geeignet ist, um eine angesammelte Dispersion einzuführen, um im Wesentlichen eine Dispersion zu kompensieren, die sich in einem Abschnitt mit einer Länge (L_amp – L_eff) einer Spanne unmittelbar stromaufwärts von dem der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung (15) zugeordneten Verstärker angesammelt hat.