DE60220100T2

DE60220100T2 - Optisches übertragungssystem mit einer optischen phasenkonjugationsvorrichtung

Info

Publication number: DE60220100T2
Application number: DE60220100T
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: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: US20050169637A1; DE60220100D1; AU2002249276A1; ATE362241T1; EP1488550B1; WO2003081814A1; EP1488550A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem, das eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung verwendet.
Es sind optische Fernübertragungssysteme gebaut worden, indem Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFAs) als optische Inline-Zwischenverstärker (in-line optical repeaters) verwendet werden. Die Signalabschwächung aufgrund von Faserverlusten wird periodisch durch die vom optischen Versträker bewirkte Verstärkung kompensiert, um Einschränkungen der Übertragungsentfernung zu überwinden. Da in solchen Systemen die Signalleistung aufgrund der periodischen Verstärkung entlang der gesamten Systemlänge auf einem hohen Niveau gehalten wird, kann die Abhängigkeit des Brechungsindex der Faser auf die optische Leistung nicht länger ignoriert werden. Dieser nichtlineare Effekt, genannt der Kerr-Effekt, führt zur Selbstphasenmodulation (SPM) der optischen Impulse, welche wiederum mit der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD, group-velocity dispersion) oder der chromatischen Dispersion in der Faser zusammenwirkt und dabei eine nichtlineare Wellenformverzerrung bewirkt. Um eine Signalfernübertragung (z. B. über 1000 bis 2000 km oder mehr) bei hohen Datenübertragungsraten (z. B. 40 Gbit/s oder mehr) zu realisieren, muss dieser Wellenformverzerrung entgegengewirkt werden.
Die optische Phasenkonjugation (OPC) ist eine bekannte Technik für die Kompensation der chromatischen Dispersion. Details können in G. P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems", A Wiley Interscience Publication, (1997), im Abschnitt 9.7 gefunden werden. Wie von Agrawal erläutert, kann die OPC unter gewissen Bedingungen gleichzeitig sowohl die GVD als auch die SPM kompensieren. Die Impulsausbreitung in verlustbehafteten optischen Fasern wird von der nichtlinearen Schrödinger Gleichung (NLSE, Non-Linear Schrödinger Equation) bestimmt.
wobei A = A (z, t) eine langsam variierende Amplitude einer Impulseinhüllenden darstellt, β₂ der GVD-Koeffizient der optischen Faser ist, der zum Dispersionsparameter D durch die folgende Gleichung in Beziehung steht
γ der nicht lineare Koeffizient der optischen Faser ist, d. h. die SPM bestimmt, und α den Faseverlust berücksichtigt. 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 (Spannenmitten-OPC) gleichzeitig die SPM und die GVD kompensieren. Natürlich ist ein solcher Fall nicht von Bedeutung, da die Faserverluste in der Praxis nicht vermieden werden können.
Um die Auswirkung der Faserverluste zu untersuchen, kann die folgende Ersetzung gemacht werden A(z, t) = B (z, t) exp(–αz/2) [3]so dass 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, kann man sehen, dass eine perfekte SPM-Kompensation nur auftreten kann, wenn γ(z) = γ(L–z), wobei L die Gesamtsystemlänge ist. Diese Bedingung kann für α ≠ 0 nicht erfüllt werden.
Man könnte denken, dass das Problem gelöst werden kann, indem das Signal nach der Spannenmitten-OPC verstärkt wird, so dass die Signalleistung gleich der Eingangsleistung wird, bevor das Signal in den zweiten Halbabschnitt der Faserverbindung eingespeist wird. Obwohl ein solcher Ansatz die Auswirkungen 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 Leistungsvariationen um den Spannenmitten-Punkt symmetrisch sind, wobei die OPC so durchgeführt wird, dass in Gleichung [4] γ(z) = γ(L–z). In der Praxis erfüllt die Signalübertragung diese Eigenschaft nicht. Man kann sich der SPM-Kompensierung annähern, wenn das Signal häufig genug verstärkt wird, so dass die Leistung während jeder Verstärkerstufe nicht um einen großen Betrag variiert. Dieser Ansatz ist jedoch unpraktisch, da er nah beabstandete Verstärker benötigt.
S. Watanabe betrachtet im US-Patent 6,175,435 einen Phasenkonjugator, der zwischen einer Übertragungsleitung I (mit 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 SPM-Kompensierung: D1L1 = D2L2 [5] γ1 P 1L1 = γ2 P 2L2 [6]wobei P 1 und P 2 die Durchschnittsleistungen in den Übertragungsleitungen I bzw. II bezeichnen. Auch bezeichnen D₁ und γ₁ jeweils den Dispersionsparameter und den nichtlinearen Koeffizienten in der Übertragungsleitung I; und D₂ und γ₂ bezeichnen jeweils den Dispersionsparameter und den nicht linearen Koeffizienten in der Übertragungsleitung II. Gemäß dem Patent kann eine vollständige Kompensierung realisiert werden, indem an äquivalent symmetrischen Positionen in Bezug auf den Phasenkonjugator dasselbe Verhältnis von optischem Kerr-Effekt zur Dispersion bereitgestellt wird. Ein Anstieg dieses Verhältnisses entlang der Übertragungsleitung kann erhalten werden, indem die Dispersion allmählich verringert oder der optische Kerr-Effekt allmählich vergrößert wird. Es ist möglich, den Dispersionswert zu ändern, indem man die Faser geeignet konzipiert. Z. B. kann das obige Verhältnis verändert werden, indem die Nulldispersionswellenlänge einer Dispersionsverschiebungsfaser (DSF, dispersion shift fiber) geändert wird oder indem der relative Brechungsindex zwischen dem Kern und der Ummantelung der Faser oder ihr Kerndurchmesser geändert wird. Unterdessen kann eine Änderung des optischen Kerr-Effekts erzielt werden, indem der nichtlineare Brechungsindex der Lichtintensität geändert wird. Gemäß Watanabe kann eine geeignete optische Faser hergestellt werden, indem zumindest ein Faserparameter kontinuierlich geändert wird, der ausgewählt ist aus Verlust, nichtlinearem Brechungsindex, Feldmodendurchmesser und Dispersion.
Nach Ansicht des Anmelders stellt die Verwendung solcher Arten von „speziellen" Fasern keine optimale Lösung dar, da solche Fasern kompliziert herzustellen sein können. Weiterhin ist ein solches Verfahren nicht auf bereits installierte optische Systeme anwendbar, es sei denn eine Ersetzung aller Fasern des Systems wird durchgeführt.
C. Lorattanasane 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 948–955 (1997) ein Designverfahren, um die verbleibende Wellenformverzerrung aufgrund der periodischen Leistungsvariation in einer optischen Verstärkerkette und aufgrund der Dispersionswertfluktuation von Spanne zu Spanne entlang eines in der Mitte angeordneten optischen Phasenkonjugationssystems zu unterdrücken. Gemäß den Autoren muss der Verstärkerabstand relativ zur Nichtlinearitätslänge kurz 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 (40–50 km) für Fernübertragungssysteme notwendig ist, während für Nahübertragungssysteme mit weniger als 1000 km Länge die Verstärkerbeabstandung bis zu 100 km betragen kann.
Nach Ansicht des Anmelders ist eine Verstärkerbeabstandung von bis zu 100 km auch für Fernübertragungssysteme mit einer Länge von mehr als 1000 km bevorzugt, um die Anzahl der installierten Verstärker zu verringern.
Die EP-Patentanmeldung Nr. 1,133,031 von Lucent Technologies Inc. offenbart ein optisches Übertragungssystem mit verringerten Kerr-Effekt-Nichtlinearitäten. Das System ist so ausgebildet, dass es an abwechselnden Zwischenverstärkerstellen einen optischen Phasenkonjugator enthält, um das Vorhandensein von Four-Wave-Mixing (Vierwellenvermischung) und anderen Kerr-Effekt- Nichtlinearitäten in den faseroptische Übertragungswege verwendenden Systemen zu minimieren. Eine Raman-Verstärkung ist in jeder Faserspanne (oder in abwechselnden Faserspannen) vorgesehen, um eine „negative Absorption" entlang der Länge der Faser bereitzustellen und dadurch für eine im Wesentlichen symmetrische Leistungsverteilung entlang der Länge jeder Spanne zu sorgen. Die Autoren zeigen Simulationsergebnisse, welche in einem WDM-Netzwerk mit 40 Gbit/s und 10 × 80 km erhalten wurden.
Jedoch hat der Anmelder herausgefunden, dass die Symmetrie bei der Leistungsverteilung, die mit der Raman-Verstärkung erhältlich ist, immer noch nicht ausreichend sein könnte, um die Nichtlinearitäten in längeren Systemen zu kompensieren. Tatsächlich zeigt dieselbe 6 der '031 Patentanmeldung (wenn auch nur schematisch) eine nicht perfekte Symmetrie der Leistungsverteilung in jeder Spanne, und zwar mit einem Leistungsabfall im ersten Teil der Spanne, der eine geringere Steigung besitzt als die Steigung der Leistungszunahme im zweiten Teil der Spanne aufgrund der Raman-Verstärkung. Wie im Folgenden gezeigt werden wird, hat der Anmelder herausgefunden, dass eine solche Restasymmetrie in der Leistungsverteilung immer noch große Nachteile in Systemen von mehr als 1000 km Länge verursachen kann, insbesondere bei hohen Spannenlängen (z. B. ungefähr 100 km).
Die WO-Patentanmeldung Nr. 99/05805 an British Telecommunciations PLC offenbart ein Verfahren zur symmetrisierten spektralen Spannenmitteninversion (MMSI, midspan spectral inversion), wobei die Bereiche hoher Leistung im optischen Kommunikationssystem um die MMSI-Vorrichtung herum symmetrisiert werden. Die Verstärker sind so positioniert, dass sie Bereiche hoher Leistung in den beiden Abschnitten der Übertragungsleitung symmetrisch um den Mittelpunkt des Übertragungsnetzwerks aufweisen, wo die MMSI durchgeführt wird. Diese Bereiche hoher Leistung sind die Faserlängen unmittelbar nach dem Faserverstärker, was im Wesentlichen gleich der effektiven nichtlinearen Länge (L_eff) der optischen Übertragungsleitung ist. Der Abstand von dem dem Phasenkonjugator vorangehenden Verstärker zum Phasenkonjugator ist L_a und der Abstand vom Phasenkonjugator zum nachfolgenden Verstärker ist L_B. Die Abstände L_A und L_B sind gegeben durch
wobei L_amp = L_A + L_B der Verstärkerabstand ist. In einem Beispiel beträgt L_amp 80 km, L_eff beträgt 21,5 km, so dass die MSSI-Ausrüstung an einer Entfernung von ungefähr 51 km von dem vorangehenden Verstärker platziert werden würde. Wenn es bei einer ungeraden Anzahl von Spannen nicht möglich ist, die MSSI-Ausrüstung an einer anderen Stelle als der Stelle des Verstärkers zu platzieren, schlägt der Autor vor, eine Faserlänge L_amp–L_eff unmittelbar nach der MSSI-Ausrüstung an der Verstärkerposition hinzuzufügen. Somit würde eine Faserlänge von 58,5 km hinzugefügt. Bei einer gleichen Anzahl von Spannen wird die MSSI-Ausrüstung unmittelbar stromaufwärts des optischen Verstärkers platziert und eine Faserlänge L_eff wird unmittelbar stromaufwärts der MSSI-Ausrüstung platziert. Der Autor gibt zu, dass es notwendig sein kann, zusätzliche Verstärker einzufügen, um die symmetrische Positionierung der Bereiche hoher Leistung zu gewährleisten oder wenn die optischen Signalniveaus niedrig genug sind, um eine Bit-Fehlerratenverschlechterung zu bewirken.
Nach Ansicht des Anmelders besitzt die Positionierung des optischen Phasenkonjugators sehr weit weg von einem Verstärker (z. B. ungefähr 50 km) den Nachteil, dass die optische Leitung mit einer eigenen Stelle für die MSSI-Ausrüstung versehen werden muss, und zwar zusätzlich zu den Verstärkerstellen. Selbst wenn Faserlängen hinzugefügt werden, wie in der '805 Patentanmeldung vorgeschlagen, um die MSSI-Ausrüstung bei einem Verstärker zu positionieren, wird eine zusätzliche starke Abschwächung in das System eingeführt (insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von Spannen), und zwar aufgrund der großen Länge der hinzugefügten Fasern, wobei zusätzliche Verstärker vorgesehen werden müssen, um einer solchen Abschwächung entgegenzuwirken. Solche zusätzlichen Verstärker können wiederum die Leistungsverteilung entlang der Leitung aus der Balance bringen, so dass die Nichtlinearitäts-Kompensierung gestört werden kann.
Der Anmelder hat das Problem der Verringerung der Verzerrung angegangen, die von der Nichtlinearität in optischen Systemen mit langen Spannenlängen oder allgemein in optischen Systemen bewirkt wird, in welchen die Leistung des optischen Signals wesentlich entlang der Spannen variiert, so dass Spannenabschnitte, die einer hohen Leistung unterworfen sind (d. h. bis zur einer Maximalleistung P_max) sich mit Spannenabschnitten abwechseln, die einer geringen Leistung (z. B. 1/e P_max) entlang der optischen Leitung unterworfen sind (d. h. von einem „verlustlosen System" sehr verschieden).
Der Anmelder hat herausgefunden, dass unter diesen Bedingungen die Asymmetrie der Leistungsverteilung entlang der Länge jeder Spanne, welche selbst im Fall der Verwendung einer verteilten, sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung zusammen mit einer konzentrierten Verstärkung („lumped? amplification") vorhanden bleiben kann, den positiven Effekt der Verwendung einer OPC-Vorrichtung zur Verringerung der durch die Nichtlinearität bedingten Verzerrung behindern kann.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass der negative Effekt der Asymmetrie der Leistungsverteilung in den Spannen wesentlich verringert werden kann, indem die optische Phasenkonjugationsvorrichtung in einem optimalen Bereich stromabwärts von dem Ausgang eines entlang der optischen Leitung angeordneten Verstärkers (oder allgemeiner eines Verstärkermoduls, wie im Folgenden definiert) positioniert wird. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe „stromaufwärts" und „stromabwärts" mit Bezug auf die Richtung eines sich in der optischen Leitung ausbreitenden optischen Signals zu verstehen. Der optimale Bereich ist stromabwärts von dem Ausgang des Verstärkers angeordnet und zwar unter einer Entfernung von ca. der Hälfte einer „Asymmetrielänge", die im Rest der Beschreibung definiert wird und welche von der Abschwächung der Faser, von der Leistungsverteilung entlang der Spannen und zu einem gewissen Ausmaß von der Spannenlänge abhängt: Im Fall des Einsatzes lediglich von konzentrierten Verstärkern, wie z. B. Erbium-dotierten Faserverstärkern, ist die „Asymmetrielänge" in der Praxis die effektive Länge L_eff der in der optischen Leitung verwendeten Übertragungsfaser. Im Fall der Verwendung einer verteilten, sich in Gegenrichtung ausbreitenden Raman-Verstärkung, kann die „Asymmetrielänge" kleiner als L_eff sein.
Indem die optische Phasenkonjugationsvorrichtung an der oben spezifizierten Entfernung stromabwärts vom Ausgang des Spannenmittenverstärkermoduls positioniert wird, d. h. eines Verstärkermoduls, das ungefähr in der Mitte der optischen Leitung angeordnet ist, kann sowohl eine wesentliche Verringerung der Beeinträchtigung aufgrund der Nicht-Linearität als auch eine Kompensierung der chromatischen Dispersion erhalten werden. Da die effektive Länge von typischen optischen Fasern ungefähr 20 km beträgt, kann die optischen Phasenkonjugationsvorrichtung unter einer Entfernung vom Ausgang des Verstärkers von ungefähr nur 10 km oder weniger angeordnet werden, wenn eine konzentrierte Verstärkung verwendet wird. Die Verwendung von sich entgegengesetzt ausbreitender Raman-Verstärkung alternativ oder zusätzlich zur konzentrierten Verstärkung kann den Wert der „Asymmetrielänge" verringern, wodurch die Entfernung der optischen Konjugationsvorrichtung vom Ausgang des Verstärkermoduls auf Werte der Größenordnung von 5–7 km weiter reduziert wird.
Vorteilhafterweise kann das optische System so geplant werden, dass es vorsieht, dass die erste Länge der Faser, der die optische Phasenkonjugationsvorrichtung umfassenden Spanne zwischen dem Ausgang des Verstärkermoduls und dem Eingang der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung innerhalb der Verstärkungsstelle angeordnet wird, die das Verstärkermodul unmittelbar stromaufwärts von der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung umfasst. Somit kann das Vorsehen einer eigens vorgesehenen Stelle für die Phasenkonjugationsvorrichtung entlang der optischen Leitung vermieden werden. In bereits installierten Systemen kann die optische Phasenkonjugationsvorrichtung immer noch innerhalb einer Verstärkerstelle angeordnet werden: in der Tat kann ein Stück zusätzlicher Faser mit einer Länge von ungefähr der Hälfte der „Asymmetrielänge" an der Verstärkungsstelle zwischen dem Ausgang des Verstärkermoduls und dem Eingang der optischen Phasenkonjugationsvorrichtung angeordnet werden, und zwar mit lediglich einem geringen Anstieg der Gesamtabschwächung der Spanne, die die optische Phasenkonjugationsvorrichtung umfasst. Dieser beschränkte Anstieg der Abschwächung kann durch Einstellen weiterer Systemparameter gehandhabt und entgegengewirkt werden, wie z. B. der von den optischen Verstärkermodulen bereit gestellten Verstärkung. Somit kann das Vorsehen zusätzlicher Verstärker zum Entgegenwirken der erhöhten Abschwächung vermieden werden.
In einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System, umfassend: einen faseroptischen Weg, der zur Ausbreitung eines optischen Signals mindestens in einer ersten Richtung geeignet ist; eine Vielzahl M von optischen Verstärkermodulen, die entlang des faseroptischen Wegs angeordnet sind, um so den faseroptischen Weg in N Spannen optischer Fasern zu unterteilen, die eine durchschnittliche Länge L_amp besitzen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α umfassen, und eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung, die an einer vorbestimmten Position entlang des faseroptischen Wegs angeordnet ist, wobei das optische Signal eine symmetrische Leistungsverteilung entlang der Spannen aufweist, um so eine asymmetrische Länge L_asy zu definieren. Im System der Erfindung befindet sich die vorbestimmte Position an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule.
In einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufbau eines optischen Systems, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Vielzahl M von optischen Verstärkermodulen, die zum Verstärken eines optischen Signals geeignet sind; Verbinden der Vielzahl von optischen Verstärkermodulen durch N Spannen optischer Faser, um so einen faseroptischen Weg zu bilden, wobei die Spannen an optischer Faser eine Durchschnittslänge L_amp aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α umfassen; Anordnen einer Phasenkonjugationsvorrichtung entlang des faseroptischen Wegs; wobei die Vielzahl der optischen Verstärkermodule, die durchschnittliche Länge L_amp und die Abschwächung α geeignet sind, um eine asymmetrische Leistungsverteilung des optischen Signals entlang der Spannen zu erhalten, die durch eine asymmetrische Länge L_asy gekennzeichnet ist. Im Verfahren der Erfindung wird das Anordnen der Phasenkonjugationsvorrichtung an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule durchgeführt.
In einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Übertragungssystems mit einem faseroptischen Weg, der mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α und eine Vielzahl optischer Verstärkermodule umfasst, die entlang des faseroptischen Wegs angeordnet sind, um so eine Vielzahl von Spannen mit einer durchschnittlichen Länge L_amp zu definieren. Das Verfahren umfasst: das Einspeisen eines optischen Signals an einem Eingangsende des faseroptischen Wegs; das Verstärken des optischen Signals entlang der Spannen, um so eine asymmetrische Leistungsverteilung des optischen Signals entlang der Spannen zu erhalten, gekennzeichnet durch eine asymmetrische Länge L_asy; das Phasenkonjugieren des optischen Signals entlang der faseroptischen Wegs. Der Schritt des Phasenkonjugierens wird an einer Position entlang des faseroptischen Wegs durchgeführt, die sich an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule befindet.
In einem vierten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verbessern eines optischen Übertragungssystems mit einem faseroptischen Weg, wobei der faseroptische Weg mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α und eine Vielzahl von optischen Verstärkermodulen umfasst, die entlang der optischen Übertragungsfaser angeordnet sind, um so eine Vielzahl von Spannen mit einer Durchschnittslänge L_amp zu definieren, wobei die Vielzahl der optischen Verstärkermodule, die Durchschnittslänge L_amp und die Abschwächung α geeignet sind, um eine asymmetrische Leistungsverteilung eines sich entlang der Spannen ausbreitenden optischen Signals zu erhalten, die durch eine asymmetrische Länge L_asy gekennzeichnet ist. Das Verfahren umfasst das Anordnen einer Phasenkonjugationsvorrichtung entlang des faseroptischen Wegs an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden Beschreibung besser veranschaulicht, die hier mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
1 schematisch ein optisches Übertragungssystem gemäß der Erfindung zeigt;
2a und 2b schematisch zwei Leistungsprofile zeigen, die entlang des faseroptischen Wegs des Systems der 1 erhalten werden können, und zwar jeweils für einen konzentrierten Erbium-dotierten Faserverstärker und mit einem sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Raman-Pumpen;
3a und 3b zeigen, wie die Augenöffnung sich aufgrund des Einsetzens der Nichtlinearität in einem Hochleistungsübertragungssystem verschlechtern kann;
1 schematisch die Leistungsniveaus in einer Spanne eines Systems zeigt, welches die sich in Gegenrichtung ausbreitende Raman-Verstärkung verwendet;
5a und 5b Graphen von zwei Parametern zeigen, die zur Berechnung der asymmetrischen Länge L_asy geeignet sind;
6a und 6b Graphen zweier Funktionen zeigen, deren Schnittpunkte verwendet werden können, um die asymmetrische Länge L_asy zu berechnen;
7 einen Graphen der Augenöffnungseinbuße (eye opening penalty), aufgetragen gegen die Position der OPC-Vorrichtung, zeigt, die am Ende eines Systems erhalten wird, welches eine Kette von achtzehn, um 100 km voneinander beabstandeten EDFAs umfasst, und zwar sowohl für die RZ- als auch die NRZ-Übertragung;
8a–8b–8c jeweils die Augenöffnung am Eingang des für die 7 verwendeten Systems, am Ende desselben Systems mit der OPC-Position am Ausgang des Spannenmittenverstärkers, am Ende desselben Systems mit der OPC-Position unter einem Abstand von L_asy/2 vom Ausgang des Spannenmittenverstärkers für einen beispielhaften RZ-Impuls zeigen;
9a–9b–9c jeweils die Augenöffnung am Eingang des für die 7 verwendeten Systems, am Ende desselben Systems mit der OPC-Position am Ausgang des Spannenmittenverstärkers, am Ende desselben Systems mit der OPC-Position unter einem Abstand von L_asy/2 vom Ausgang des Spannenmittenverstärkers für einen beispielhaften NRZ-Impuls zeigen;
10 einen Graphen der Augenöffnungseinbuße, aufgetragen gegen die Position der OPC-Vorrichtung, zeigen, erhalten am Ende eines Systems, das eine Kette von achtzehn, um 100 km voneinander beabstandeten Raman-Verstärkermodulen (entgegengesetzt ausbreitend) umfasst, und zwar sowohl für die RZ- als auch die NRZ-Übertragung;
11a und 11b die Augenöffnungseinbuße, aufgetragen gegen die Position der OPC-Vorrichtung, zeigen und zwar in der Nähe der Position eines optischen Verstärkermoduls, jeweils in einem System mit EDFAs und in einem System, dass die sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Verstärkung ausnutzt.
1 zeigt schematisch ein optisches Übertragungssystem 10 gemäß der Erfindung, das eine zur Übertragung von optischen Signalen über einen optischen Faserweg 12 geeignete optische Übertragungsstation (Sendestation) 11a und eine zum Empfang der vom faseroptischen Weg 12 kommenden Signale geeignete Empfangsstation 11b umfasst. Die Sendestation 11a umfasst zumindest einen Sender (Transmitter). Die Empfangsstation 11b umfasst zumindest einen Empfänger. Für die WDM-Übertragung umfassen die Stationen 11a, 11b eine Vielzahl von Sendern und Empfängern, z. B. 20 oder 32 oder 64 oder 100 Sender und Empfänger. Das Übertragungssystem kann Sende- und Empfangsstationen und einen faseroptischen Weg zur Übertragung der Signale in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des faseroptischen Wegs 12 umfassen. Abschluss- und Leitungsvorrichtungen, die in den beiden Richtungen arbeiten, teilen sich häufig die Installationsstellen und Einrichtungen.
Der Sender oder die Sender, die in der Sendestation 11a enthalten sind, sorgen dafür, dass ein optisches Signal in den faseroptischen Weg 12 eingekoppelt wird. Typischerweise kann jeder Sender eine Laserquelle umfassen, die geeignet ist, um ein optisches CW-Signal (Dauerstrichsignal) mit einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, und kann einen externen optischen Modulator umfassen, z. B. einen Lithium-Niobat-Modulator, der geeignet ist, um dem von der Laserquelle emittierten optischen CW-Signal ein Verkehrssignal mit einer vorbestimmten hohen Frequenz oder Bit-Rate 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 Signalstrahlung liegt zwischen ungefähr 1460 nm und ungefähr 1650 nm. Ein besonders bevorzugter Wellenlängenbereich für die optische Signalstrahlung liegt zwischen ungefähr 1520 nm und ungefähr 1630 nm. Die optischen Signale können das Return-to-zero (RZ-)Format oder das Non-return-to-zero (NRZ-)Format besitzen. Typischerweise kann im Fall der WDM-Übertragung jeder Sender auch einen variablen optischen Abschwächer (Attenuator) umfassen, der geeignet ist, um für jede Signalwellenlänge ein vorbestimmtes Leistungsniveau festzulegen (Pre-Emphasis-Niveau). Im Fall der WDM-Übertragung werden die unterschiedlichen Signalwellenlängen, die von der Vielzahl der Sender emittiert werden, von einer geeigneten Multiplexvorrichtung auf dem faseroptischen Weg 12 gemultiplext. Solch eine Multiplexvorrichtung kann jede Art von Multiplexvorrichtung sein (oder eine Kombination von Multiplexvorrichtungen), wie z. B. eine verschmolzene Faser (fused fiber) oder ein planarer optischer Koppler, eine Mach-Zehnder-Vorrichtung, ein AWG (Arrayed Waveguide Grating), ein Interferenzfilter, ein mikrooptischer Filter und ähnliches.
Jeder Empfänger ist geeignet, ein ankommendes optisches Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Typischerweise kann diese Aufgabe von einem Fotodetektor versehen werden. Der Empfänger kann auch das Verkehrssignal aus dem elektrischen Signal extrahieren. Für eine WDM-Übertragung wird eine Vielzahl von Fotodetektoren vorgesehen. Eine Demultiplex-Vorrichtung erlaubt es, die unterschiedlichen Signalwellenlängen von einem einzigen optischen Weg in eine Vielzahl von optischen Wegen aufzutrennen, die jeweils mit einem Empfänger terminiert werden. Die Demultiplex-Vorrichtung kann jede Art von Demultiplex-Vorrichtung sein (oder eine Kombination von Demultiplex-Vorrichtungen), wie z. B. eine verschmolzene Faser oder ein planarer optischer Koppler, eine Mach-Zehnder-Vorrichtung, ein AWG (Arrayed Waveguide Grating), ein Interferenzfilter, ein mikrooptischer Filter und ähnliches.
Der faseroptische Weg 12 umfasst mindestens eine optische Übertragungsfaser. Die optische Übertragungsfaser, die im faseroptischen Weg 12 verwendet wird, ist eine Single-Mode-Faser. Z. B. kann sie eine standardmäßige optische Single-Mode-Faser (SMF) sein, die eine chromatische Dispersion zwischen ungefähr +16 ps/(nm·km) und +20 ps/(nm·km) bei einer Wellenlänge von 1550 nm besitzt, oder sie kann eine dispersionsverschobene Faser (DSF) sein, die eine sich Null annähernde Dispersion bei einer Wellenlänge von 1550 nm besitzt oder sie kann eine nicht-Null-Dispersionsfaser (NZD) sein, mit einem Absolutwert der Dispersion zwischen ungefähr 0,5 ps/(nm·km) und 4 ps/(nm·km) bei einer Wellenlänge von 1550 nm, oder sie kann eine Faser der halbdispersionsverschobenen Art (HDS) sein, die eine positive Dispersion aufweist, welche zwischen jener einer NZD-Faser und einer standardmäßigen Single-Mode-Faser liegt. Um das Auftreten des Four-Wave-Mixing (FWM) zu verringern, kann/können die optische Übertragungsfaser oder -fasern, die im faseroptischen Weg 12 enthalten ist/sind, bevorzugt eine Dispersion besitzen, welche im Absolutwert größer oder gleich ungefähr 0,5 ps/(nm·km) ist, besonders bevorzugt größer gleich 1 ps/(nm·km) ist, und zwar bei einer Wellenlänge von 1550 nm. Wenn die optischen Signale das RZ-Format besitzen, kann bevorzugt eine Übertragungsfaser mit einer chromatischen Dispersion von mehr als 15 ps/(nm·km) im Absolutwert bei 1550 nm verwendet werden, z. B. eine SMF-Faser. Wenn die optischen Signale das NRZ-Format besitzen, 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 von M optischen Verstärkermodulen ist entlang des faseroptischen Wegs 12 angeordnet, um so den faseroptischen Weg 12 in eine Vielzahl von Faserspannen aufzuteilen. In 1 sind sechs optische Verstärkermodule 13¹ , 13² ...13⁶ entlang des faseroptischen Wegs angeordnet, so dass fünf Faserspannen 14¹ , 14² ...14⁵ identifiziert werden können. Typischerweise sind die Verstärkermodule an geeigneten Verstärkungspositionen entlang des faseroptischen Wegs 12 enthalten. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung soll unter „optisches Verstärkermodul" eine Einheit verstanden werden, die zumindest eine Vorrichtung umfasst, welche zum Ausgeben einer Leistung und zum Bereitstellen einer derartigen Leistung an ein optisches Verstärkungsmedium geeignet ist, das mit dem faseroptischen Weg 12 verbunden oder darin enthalten ist, um in dem optischen Verstärkermedium eine Verstärkung zu erhalten. Das Verstärkermedium kann im optischen Verstärkermodul enthalten sein oder nicht. Im ersten Fall kann das optische Verstärkermodul auch „konzentrierter optischer Verstärker" genannt werden. Im letztern Fall umfasst das optische Verstärkermodul mindestens eine Pumpvorrichtung, die eine Pumpleistungsstrahlung bereitstellt, und eine Kopplungsvorrichtung, welche die Pumpstrahlung in ein verteiltes Verstärkungsmedium einspeist, wie z. B. die im faseroptischen Weg 12 enthaltene Übertragungsfaser.
Z. B. ist ein optisches Verstärkermodul, das zur Verwendung in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ein Erbium-dotierter Faserverstärker, der mindestens eine Pumpquelle zum Bereitstellen einer optischen Pumpstrahlung, mindestens eine Erbium-dotierte Faser und mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfasst, welche zum Einkoppeln 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 besitzen.
Ein weiteres beispielhaftes optisches Verstärkermodul, das zur Verwendung in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist ein Halbleiterverstärker, der eine zum Bereitstellen von elektrischer Leistung geeignete elektrische Pumpquelle und ein optisches Halbleiterverstärkungselement umfasst, welches eine Elektrodenstruktur besitzt, die zur Verbindung mit der elektrischen Pumpquelle geeignet ist.
Ein weiteres Beispiel eines optischen Verstärkermoduls, das zur Verwendung in einem System gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist eine Einheit, die mindestens eine Pumpquelle umfasst, die geeignet ist, um eine optische Pumpstrahlung mit einer Leistung und einer Wellenlänge bereitzustellen, welche geeignet sind, um in mindestens einem Abschnitt des faseroptischen Wegs 12 eine verteilte Raman-Verstärkung zu bewirken und die mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfasst, welche geeignet ist, um eine solche Pumpstrahlung in den faseroptischen Weg 12 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 Bereich des Spektrums mit kleineren Wellenlängen verschoben werden, wobei eine solche Verschiebung gleich der Raman-Verschiebung des Materials ist (siehe G. P. Agrawal „Nonlinear Fiber Optics", Academic Press Inc. (1995, Seiten 317–319), welches im Kern der im faseroptischen Weg 12 enthaltenen Übertragungsfaser vorhanden ist. Für typische Silica/Germania-basierte Fasern beträgt die Raman-Verschiebung ungefähr 13,2 THz. Für Signalwellenlängen um 1550 nm können die Pumpstrahlungswellenlängen, die für die Raman-Verstärkung geeignet sind, eine Wellenlänge um 1450 nm besitzen. Bevorzugt wird die Pumpstrahlung in einer zur Richtung des optischen Signals entgegengesetzten Richtung im faseroptischen Weg 12 eingekoppelt (sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Verstärkung).
Ein weiteres Beispiel eines optischen Verstärkermoduls, das zur Verwendung in einem System gemäß 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 in einem Stück der optischen Faser eine Raman-Verstärkung zu bewirken, welches speziell angepasst ist, um in einer Länge von mehreren km eine hohe Raman-Verstärkung zu erhalten (Raman-Faser) und das typischerweise eine geringe effektive Fläche besitzt und im optischen Verstärkermodul enthalten ist, und die mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfasst, welche geeignet ist, um eine solche Pumpstrahlung in die Raman-Faser einzukoppeln, z. B. einen WDM-Koppler. 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.
Ein weiteres Beispiel eines optischen Verstärkermoduls, das geeignet ist, um in einem System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden, ist eine Einheit, die mindestens eine Pumpquelle umfasst, welche geeignet ist, um eine erste optische Pumpstrahlung mit einer Leistung und einer Wellenlänge bereitzustellen, welche geeignet sind, in zumindest einem Abschnitt des faseroptischen Wegs 12 stromabwärts vom optischen Verstärkermodul eines verteilte Raman-Verstärkung zu bewirken (sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Verstärkung), die zumindest eine erste Kopplungsvorrichtung umfasst, welche geeignet ist, um eine solche erste Pumpstrahlung in den faseroptischen Weg 12 einzukoppeln, z. B. einen ersten WDM-Koppler, die mindestens eine zweite Pumpquelle umfasst, welche geeignet ist, um eine zweite optische Pumpstrahlung bereitzustellen, die mindestens eine Erbium-dotierte Faser und mindestens eine zweite Kopplungsvorrichtung umfasst, welche geeignet ist, um die zweite Pumpstrahlung und ein zu verstärkendes optisches Signal in die Erbium-dotierte Faser einzukoppeln, z. B. einen zweien WDM-Koppler.
Die Verstärkungsstellen, welche die optischen Verstärkungsmodule 13¹ , 13² ...13^M enthalten, können auch andere Vorrichtungen als die Verstärkermodule selbst umfassen. Z. B. können sie eine dispersionskompensierende Vorrichtung umfassen, wie Z. B. eine Spule mit einer dispersionskompensierenden Faser, die eine chromatische Dispersion mit entgegengesetztem Vorzeichen in Bezug zu der Faser oder den Fasern besitzt, die in den Spannen 14¹ , 14² ...14^N enthalten ist/sind, oder ein dispersionskompensierendes Gitter.
Die N Faserspannen 14¹ , 14² ...14^N sind zwischen der Sendestation 11a und der Empfangsstation 11b als Abschnitte des faseroptischen Wegs 12 identifiziert, die zwischen den M optischen Verstärkermodulen 13¹ , 13² ...13^M liegen. Wenn das letzte optische Verstärkermodul, das entlang des faseroptischen Wegs 12 angeordnet ist, unmittelbar stromaufwärts von der Empfangsstation 11b angeordnet wird, um die Leistung des optischen Signals auf ein geeignetes Niveau zu bringen, bevor es in die Empfangsstation 11b eingeführt wird, ist die Anzahl M der optischen Verstärkermodule um eins größer als die Anzahl N der Spannen (M = N+1). Wenn eine Spanne der Faser zwischen das letzte optische Verstärkermodul und die Empfangsstation 11b platziert wird, gilt M = N. Bevorzugt umfasst der faseroptische Weg 12 eine ungerade Anzahl von Faserspannen N.
Bevorzugt ist die Länge jeder Spanne größer oder gleich 40 km, besonders bevorzugt größer oder gleich 80 km. Kleinere Spannenlängen können vorgesehen werden, insbesondere in Long-Haul-Systemen (Langstreckensystemen), d. h. Systemen mit einer Gesamtlänge, die mehrere tausend km übertrifft, z. B. 10.000 km, in welchen das Einsetzen der nichtlinearen Effekte sich entlang des faseroptischen Wegs bis auf hohe Niveaus summieren kann. Andererseits sind höhere Spannenlängen jenseits der 80 km für Systeme erwünscht, welche eine Gesamtlänge von nicht mehr als 2-3000 km besitzen, in denen das Einsetzen der nichtlinearen Effekte aufgrund eines Anstiegs der optischen Gesamtleistung des in den faseroptischen Weg geschickten Signals (beispielsweise aufgrund eines Anstiegs der in ein WDM-System eingespeisten Kanäle) und/oder aufgrund der Bit-Rate des Systems auftreten kann.
Bevorzugt sind die optischen Verstärkermodule 13¹ ...13^M im Wesentlichen periodisch entlang des faseroptischen Wegs 12 angeordnet, d. h., dass die Länge der Faserspannen 14¹ ...14^N im Wesentlichen dieselbe ist. Praktisch kann dies einer Variation der Länge der Spannen im System von höchstens 10%, bevorzugt 5% der durchschnittlichen Länge der Spannen entsprechen. Insbesondere kann eine geringere Variation für Systeme erwünscht sein, die beispielsweise eine Gesamtlänge jenseits von 1500 km besitzen und/oder eine Bit-Rate von 40 Gbit/s oder mehr verwenden und/oder eine hohe Anzahl von Kanälen verwenden.
Eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung (OPC-Vorrichtung) 15 ist entlang des faseroptischen Wegs 12 angeordnet. Die OPC-Vorrichtung 15 kann eine Vorrichtung sein, die in der Lage 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 Polarisationsunabhängige Vorrichtung. Bevorzugt umfasst sie ein nicht lineares Medium, durch welches die optischen Kanäle und zumindest eine linear polarisierte Pumpstrahlung zweimal durchtreten, in einer Richtung beim ersten Durchgang und in der entgegengesetzten Richtung beim zweiten Durchgang. Beim zweiten Durchgang treten die optischen Kanäle durch das nichtlineare Medium, nachdem sie eine Drehung ihres Polarisationszustands um π/2 erfahren haben. Der Polarisationszustand der Pumpstrahlung bleibt während des doppelten Durchtritts 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, Band 7, Nr. 1, Seiten 126–128 (1995) beschrieben. Typischerweise kann die OPC-Vorrichtung 15 eine oder mehrere Vorrichtungen zum Filtern der übrigen Wellenlängen des nichtlinearen Wellenlängenkonvertierungsvorgangs umfassen. Zusätzlich kann die OPC-Vorrichtung eine oder mehrere Vorrichtungen zur Verstärkung der phasenkonjugierten Kanäle oder allgemein zur totalen oder partiellen Kompensierung der Abschwächung des Phasenkonjugators umfassen. Bevorzugt kann die Wellenlängenkonversion so durchgeführt werden, dass phasenkonjugierte Signale bereitgestellt werden, die eine Wellenlänge besitzen, welche um nicht mehr als 5 nm in Bezug auf die Wellenlänge der in die OPC-Vorrichtung eingegebenen Signale verschoben ist. Um die Phasenkonjugation der vielen unterschiedlichen Kanäle durchzuführen, kann eine Mehrkanal-OPC-Vorrichtung der in dem US-Patent 5,365,362 beschriebenen Art verwendet werden. Die Position, in welcher die OPC-Vorrichtung entlang des faseroptischen Wegs 12 angeordnet ist, wird in großem Detail im Folgenden besprochen.
Am Ausgang jedes optischen Verstärkermoduls ist die Leistung des optischen Signals auf ein Niveau erhöht worden, das von der vom Verstärkungsmedium bereitgestellten optischen Verstärkung bestimmt wird. 2a und 2b zeigen schematisch zwei optische Leistungsprofile, die entlang eines Abschnitts des faseroptischen Wegs 12 des Systems der 1 erhalten werden können, jeweils mit einer Kette konzentrierter Verstärker (z. B. EDFAs) und mit einer Kette optischer Verstärkermodule zur verteilten, sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung: die Position der optischen Verstärkermodule ist mit den gestrichelten vertikalen Linien gezeigt. Insbesondere ist in 2a gezeigt, dass die Leistung abrupt in einer sehr kleinen Länge zunimmt, die der Gesamtlänge des konzentrierten Verstärkers entspricht (z. B. einige Meter für ein EDFA, einige mm oder sogar weniger in einem Halbleiterverstärker, einige km in einem konzentrierten Raman-Verstärker), und dann progressiv aufgrund der Abschwächung abnimmt, die von der optischen Faser eingeführt wird, welche in der Spanne stromabwärts vom Verstärkermodul enthalten ist, bis zum nächsten optischen Verstärkermodul, in welchem die Leistung ein weiteres Mal abrupt zunimmt usw. In 2b ist gezeigt, dass die Leistung bei Annäherung an das optische Verstärkermodul aufgrund der sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung progressiv zunimmt und zwar bis zu einem Maximum in Übereinstimmung mit der Position des optischen Verstärkermoduls, dann progressiv aufgrund der Abschwächung abnimmt, die von der optischen Faser eingeführt wird, welche in der stromabwärts vom Verstärkermodul in einer ersten Position gelegenen Spanne enthalten ist, dann bei Annäherung an das nächste optische Verstärkermodul zunimmt usw. Man könnte eine Figur ähnlich der 2b erhalten, indem man eine gemischte sich entgegengesetzt ausbreitende Raman + EDFA-Verstärkung in Betracht zieht, bei der der stromabwärts vom optischen Verstärkermodul erreichte Leistungswert geringer als die Maximalleistung ist, die von der EDFA-Verstärkung gegeben ist. Wie von den 2a–2b gezeigt wird, sind in jedem Fall die Leistungsprofile stromaufwärts und stromabwärts von den optischen Verstärkermodulen typischerweise nicht symmetrisch in Bezug auf die optischen Verstärkermodule. Z. B. hat der Anmelder bestimmt, dass bei der sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung in typischen Übertragungsfasern der Absolutwert der Steigung des Anstiegs des Leistungsniveaus aufgrund der Raman-Verstärkung im letzten Abschnitt der Spannen typischerweise dreimal den Absolutwert der Steigung der Abnahme des Leistungsniveaus aufgrund der Faserabschwächung im ersten Abschnitt der Spannen beträgt.
Das Maximalniveau der optischen Leistung entlang des faseroptischen Wegs, d. h. die Höhe der Spitzen in 2a–2b, hängt von vielen Faktoren ab. Typischerweise hängt sie von der von den optischen Verstärkermodulen eingeführten optischen Verstärkung ab: eine solche optische Verstärkung kann z. B. als Funktion der Gesamtlänge des Systems und/oder Spannenlängen und/oder Anzahl der Kanäle in einem WDM-System geregelt werden. Ein System mit einer höheren Bit-Rate kann entlang des faseroptischen Wegs höhere Leistungsniveaus erreichen als ein System mit einer geringeren Bit-Rate, da die verfügbare Zeitnische für jedes Bit an Information kleiner ist. Heute besteht großes Interesse an der Erhöhung der Bit-Rate von optischen Systemen 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 Bit-Rate kann einen entsprechenden Anstieg der Auswirkungen der nichtlinearen Effekte bewirken, da die erreichten Leistungsniveaus entlang der Leitung sehr hoch sein können. Als Beispiel zeigen die 3a und 3b das Ergebnis zweier Simulationen, die erstellt wurden, indem das Einspeisen eines einzigen optischen Kanals bei 40 Gbit/s mit einer Durchschnittsleistung von 10 dBm in einem System mit einer Länge von 400 km und perfekter Kompensierung der chromatischen Dispersion in Betracht gezogen wird. In 3a wurden die nichtlinearen Effekte dadurch ausgelöscht, dass der nichtlineare 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 die Augenöffnung viel kleiner in 3b, selbst in einem System mit einer relativ geringen Länge, und zwar aufgrund des Einsetzens der nichtlinearen Effekte. Es ist zu bemerken, dass der Wert der Durchschnittsleistung von 10 dBm des optischen Kanals lediglich zu Simulationszwecken gewählt wurde: es ist zu verstehen, dass die Erfindung auch auf Systeme anwendbar ist, die Signale mit geringerer durchschnittlicher Leistung verwenden.
Das Minimalniveau der optischen Leistung entlang der Spannen hängt auch von vielen Faktoren ab, unter anderem von der von den Verstärkermodulen eingeführten optischen Verstärkung und/oder der Spannenlänge und/oder der Faserabschwächung. Wenn die sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Verstärkung verwendet wird, können andere Eigenschaften der Übertragungsfaser wichtig sein, wie z. B. der Raman-Verstärkungskoeffizient und/oder die effektive Fläche. Der Anmelder hat herausgefunden, dass wenn die Leistungsverteilung entlang jeder Spanne stark variiert, so dass die minimalen und die maximalen Leistungsniveaus, die in jeder Faserspanne erreicht werden, voneinander sehr verschieden sind, die Asymmetrie der Leistungsverteilung in den Spannen, welche in den schematischen Darstellungen in den 2a–2b sichtbar sind, dann eine Verzerrung des optischen Signals aufgrund der Nichtlinearität bewirken kann, selbst wenn eine OPC-Vorrichtung verwendet wird. Der Anmelder hat bestimmt, dass dieser negative Effekt aufgrund der Asymmetrie auftreten kann, wenn das Verhältnis zwischen der minimalen und der maximalen optischen Leistung (gemessen in Watt), die in den Spannen erreicht wird, kleiner als ungefähr 1 ist. Die Asymmetrie kann ausgewertet werden, indem das Verhalten der optischen Leistung stromabwärts und stromaufwärts eines optischen Verstärkermoduls oder auf äquivalente Weise am Eingang und am Ausgang der Spannen betrachtet wird.
Insbesondere kann ein Maß der Asymmetrie der Leistungsverteilung in den Spannen bestimmt werden, indem man die Punkte der optischen Spannen findet, in denen das Leistungsniveau unter 1 der maximalen optischen Leistung fällt. Typischerweise ist die maximale optische Leistung die Leistung am Eingang der Spannen, d. h. gerade am Ausgang des Verstärkermoduls.
Mit lediglich konzentrierter Verstärkung wird für jede Spanne nur ein Punkt gefunden, und zwar im Eingangsabschnitt der Spanne. Der folgende Ausdruck kann verwendet werden, um die optische Leistung entlang der Spanne zu beschreiben: Ps(z) = Ps(0)·e–αz[8]wobei P_s(0) die optische Leistung am Eingang der Spanne darstellt (d. h. die maximale optische Leistung) und α der Abschwächungskoeffizient der Übertragungsfaser an der Signalwellenlänge ist, ausgedrückt in Nepers/km anstatt der herkömmlicheren Einheiten dB/km: die Abschwächung in Nepers/km kann erhalten werden, indem die in dB/km ausgedrückte Abschwächung mit einem Faktor log_e(10)/10 multipliziert wird. Indem in die Formel [8]
eingesetzt wird, kann gesehen werden, dass der gesuchte Punkt z = ist. Die Distanz dieses Punkts vom Eingang der Spanne entspricht ungefähr der effektiven Länge der in der Spanne enthaltenen Übertragungsfaser, d. h.
wobei L_amp die Spannenlänge ist. Die effektive Länge, die mit der Formel [9] berechnet wird, kann nämlich so approximiert werden:
da der Exponentialwert des Zählers der Formel [9] für typische Werte der Abschwächung und der Spannenlängen fast Null ist.
Wir definieren die „Asymmetrielänge" L_asy in Fall der ausschließlichen Verwendung der konzentrierten Verstärkung als: Lasy = Leff [10]wobei L_eff mit [9] berechnet werden kann oder auf praktischere Weise mit [9']. Für typische Fasern mit einem Abschwächungskoeffizienten von 0,2 dB/km gilt L_eff ≅ 21 km.
Wenn die verteilte sich entgegengesetzte ausbreitende Raman-Verstärkung verwendet wird (alternativ zu oder in Verbindung mit der konzentrierten Verstärkung) können die Punkte der optischen Spannen, in denen die Leistung unterhalb von 1 der maximalen optischen Leistung fällt, zwei sein, da die Leistung in einem ersten Abschnitt der Spanne aufgrund der Faserabschwächung abnimmt und dann in einem letzten Abschnitt der Spanne aufgrund der Raman-Verstärkung zunimmt (siehe 4). Seien z₁ und z₂ zwei solche Punkte. Wir definieren die Asymmetrielänge in diesem Fall als: Lasy = z1 – (Lamp – z2) [11]wobei L_amp die durchschnittliche Spannenlänge ist. Die obige Definition für L_asy ist spezifisch für jede Spanne. In der Praxis kann der Durchschnitt über alle Spannen als Asymmetrielänge L_asy für den Faserweg oder für das optische System in Betracht gezogen werden.
Wenn lediglich die sich entgegengesetzte ausbreitende Raman-Verstärkung verwendet wird, ist das Leistungsniveau am Ausgang der Faserspanne P_s(L_amp) gleich dem Leistungsniveau am Eingang der Faserpspanne P_s(0). Wenn die sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Vestärkung in Kombination mit der konzentrierten Verstärkung verwendet wird, ist das Leistungsniveau am Ausgang der Faserspanne P_s(L_amp) geringer als das Leistungsniveau am Eingang der Faserspanne P_s(0), da die konzentrierte Verstärkung einen zusätzlichen Betrag an optischer Verstärkung einführt. Der folgende Ausdruck kann verwendet werden, um die optische Leistung entlang der Spanne zu beschreiben:
wobei α_s und α_P die Abschwächungskoeffizienten (in Nepers/km) jeweils an der Signalwellenlänge und an der Raman-Pumpwellenlänge sind, g_R der Raman-Verstärkungskoeffizient ist und A_eff die effektive Fläche der in der Spanne enthaltenen Übertragungsfaser ist, während P_P(L_amp) die am Ausgangsende der Spanne in die Übertragungsfaser eingeführte Raman-Pumpleistung ist.
P_p(L_amp) kann berechnet werden, indem die Formel [12] am Ausgang der Spanne ausgewertet wird (d. h. indem P_s(z) = P_s(L_amp) eingesetzt wird) und nach P_P(L_amp) aufgelöst wird, so dass:
Die Formel [13] kann in die Formel [12] eingesetzt werden, um so folgendes zu erhalten:
Um somit die Punkte z₁, z₂ der optischen Spannen zu finden, in denen das Leistungsniveau unter 1 der maximalen optischen Leistung P_s(0) abfällt, sollte die folgende Gleichung gelöst werden:
wobei K das Verhältnis zwischen P_s(L_amp) und P_s(0) (ausgedrückt in Watt) ist. Die Gleichung [15] kann numerisch gelöst werden, um die Lösungen z₁ und z₂ zu finden.
Es kann nützlich sein z₁ und (L_amp–z₂) als mehrfache der approximierten effektiven Länge L_eff = 1/α_s auszudrücken. 5a und 5b zeigen jeweils die Änderung z₁ und (L_amp–z₂) gegenüber dem K-Parameter für einen Verstärkerabstand L_amp von 100 km und α_s = α_p 0,2 dB/km, wobei sowohl z₁ als auch (L_amp–z₂) als mehrfaches von L_eff = 1/α_s ausgedrückt sind. Wie aus 5a ersichtlich ist, ist der Wert z₁ stets ungefähr gleich L_eff für jeden Wert K-Parameters (eine Variation zwischen 1,055 und 1,095 mal L_eff). Wie aus 5b ersichtlich ist, variiert der Wert von (L_amp–z₂) gegenüber dem K-Parameter: wenn z. B. lediglich die sich entgegengesetzt ausbreitende Raman-Verstärkung verwendet wird (K = 1) gilt
so dass in einem solchen Fall die asymmetrische Länge, die mit der Formel [11] berechnet wird, zu folgendem wird:
Wie zu sehen ist, verringert die Einführung der sich entgegengesetzt ausbreitenden Verstärkung den Wert der asymmetrischen Länge: dies entspricht einer Symmetrisierung der Leistungsverteilung in Bezug auf die Verwendung lediglich der konzentrierten Verstärkung, wie erwartet. Jedoch ist eine solche Symmetrisierung nicht vollständig, so dass die asymmetrische Länge immer noch von Null verschieden ist.
Wenn die konzentrierte Verstärkung und die sich entgegengesetzt ausbreitende verteilte Raman-Verstärkung beide verwendet werden, kann die asymmetrische Länge ähnlicher L_eff werden. Indem nämlich z. B. K = 0,5 betrachtet wird, gilt (siehe 5b):
d. h. praktisch L_asy = L_eff. Das bedeutet, dass wenn die sich entgegengesetzt ausbreitende verteilte Raman-Vestärkung verwendet wird, um nur geringfügig die optische Leistung am Ende jeder Spanne vor der konzentrierten Verstärkung zu erhöhen (wie es z. B typisch ist, um die Spannenlänge zu erhöhen oder um das Leistungsbudget entlang der Leitung zu managen), kann die effektive Länge der Übertragungsfaser immer noch als asymmetrische Länge verwendet werden.
Die Gleichung [15] kann grafisch gelöst werden. Indem der Einfachheit halber α = α_s = α_p gesetzt wird (für eine Standard-SMF-Faser gilt α_s = 0,046 Neper/km @ 1550 nm, α_P = 0,064 Neper/km @ 1450 nm) kann die Gleichung [15] geschrieben werden als
Indem
gesetzt wird, können die Lösungen für die Gleichung [16], d. h. die Punkte z₁ und z₂ als die Abszisse der Schnittpunkte zwischen den Funktionen y₁(z) und y₂(z) gefunden werden, welchen von den gewählten Werten für L_amp und K abhängen können. Wenn insbesondere die Spannenlänge L_amp kleiner als ungefähr 50–60 km wird, kann die Verwendung der sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung bewirken, dass das optische Leistungsniveau entlang der gesamten Spanne stets über
bleibt: in einem solchen Fall kann die asymmetrische Länge nicht berechnet werden. Jedoch würde dies im Wesentlichen einem „verlustlosen" System ähnlich sein. Z. B. zeigt die 6a die Graphen der beiden Funktionen y₁(z) (gestrichelte Linie) und y₂(z) (durchgehende Linie) aufgetragen gegen z für K = 1 und L_amp = 50 km. Wie ersichtlich ist, schneiden sich die beiden Funktionen nie miteinander, so dass keine Lösung für die Gleichung [16] gefunden werden kann. Im Gegensatz dazu zeigt 6b die Graphen der beiden Funktionen y₁(z) (gestrichelte Linie) und y₂(z) (durchgehende Linie) aufgetragen gegen z für K = 0,5 und L_amp = 70 km: wie ersichtlich ist, können immer noch zwei Schnittpunkte gefunden werden (z₁ ≅ 27 km, z₂ ≅ 65 km), die zu L_asy ≅ 22 km führen. Man würde einen Graphen ähnlich der 6b (nicht gezeigt) erhalten für K = 1 und L_amp = 70 km mit Schnittpunkten bei z₁ ≅ 30 km, z₂ ≅ 55 km, was zu L_asy von ≅ 15 km führt.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass die Positionierung der OPC-Vorrichtung 15 an einem Abstand vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls um ca. die Hälfte der asymmetrischen Länge L_asy, berechnet gemäß dem oben angegebenen, die negativen Effekte der Asymmetrie der Leistungsverteilung stark verringern kann. Die OPC 15 ist in einem Abschnitt der Spanne stromabwärts vom optischen Verstärkermodul angeordnet, wo das optische Signal ein hohes Leistungsniveau besitzt. Die Positionierung der OPC-Vorrichtung 15 entsprechend der Erfindung erlaubt es, die Effekte der Nicht-Linearität in Bezug auf die Positionierung derselben OPC-Vorrichtung 15 an anderen Stellen entlang der Spanne zu verringern, z. B. direkt am Ausgang desselben optischen Verstärkermoduls. Insbesondere hat der Anmelder herausgefunden, dass wenn die OPC-Vorrichtung 15 an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls positioniert wird, die negative Auswirkung der Nichtlinearität stark verringert werden kann. Dies bedeutet ungefähr einen Bereich zwischen 2 km bis 14 km vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls im Fall, dass die konzentrierte Verstärkung verwendet wird, und zwar für eine Übertragung über typische Fasern. Bevorzugt kann der Abstand der OPC-Vorrichtung vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls größer als 0,2·L_asy sein, besonders bevorzugt größer als 0,3·L_asy. Bevorzugt kann der Abstand der OPC-Vorrichtung vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls kleiner als 0,65·L_asy, besonders bevorzugt kleiner als 0,6·L_asy sein.
Bevorzugt kann die OPC-Vorrichtung stromabwärts vom optischen Verstärkermodul in der Spannenmitte angeordnet werden. Wenn das optische System N Spannen zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang besitzt, ist das optische Verstärkermodul in der Spannenmitte das [N/2+1]-te (zu verstehen als der ganzteilige Teil von N/2+1) Verstärkermodul, wobei das Zählen der optischen Verstärkermodule vom Eingang des faseroptischen Wegs begonnen wird. Diese spezielle Positionierung ist insofern bevorzugt als dass sie erlaubt, gleichzeitig auf sehr effektive Weise die Effekte der Nichtlinearitäten zu verringern und die chromatische Dispersion zu einem großen Ausmaß zu kompensieren. Die übrig bleibende chromatische Dispersion kann separat kompensiert werden, z. B. am Ende des faseroptischen Wegs. Weiter kann die Verringerung der Effekte der Nichtlinearitäten mit einer Positionierung in der Nähe der Spannenmitte sehr effektiv sein, da in diesem Fall die Regionen hoher Leistung symmetrisch in Bezug auf die OPC angeordnet sein werden. Wie jedoch mit Bezug auf 7 und 10 gezeigt werden wird, muss dieses Symmetrieerfordernis nicht so strikt sein.
7 zeigt das Ergebnis einer vom Anmelder durchgeführten ersten Simulation. In dieser ersten Simulation wurde die Ausbreitung von RZ- und NRZ-Impulsen für ein System untersucht, das achtzehn um 100 km voneinander beabstandete EDFAs umfasst. Alle Spannen zwischen den EDFAs umfassten dieselbe Übertragungsfaser. Die Bit-Rate des Systems betrug 40 Gbit/s und die durchschnittliche Leistung der Impulse betrug 10 dBm. Ein Wort mit einer PRBS von 2⁵ wurde erzeugt. Die Gruppengeschwindigkeitsdispersion der in der Simulation für die RZ-Übertragung verwendeten Übertragungsfaser wurde auf –20 ps²/km festgelegt, was ungefähr der GVD einer SMF-Faser entspricht. Der für die Simulation verwendete nichtlineare Koeffizient betrug 1,3 (Watt·km)^–1. Die Abschwächung der Faser wurde auf 0,2 dB/km festgelegt. Die RZ-Impulse hatten eine Gauß'sche-Form und eine zeitliche Halbwertsbreite (FWHM-Duration) T_FWHM von 5 ps. Die Gruppengeschwindigkeitsdispersion der in der Simulation für die NRZ-Übertragung verwendeten Übertragungsfaser wurde auf +5 ps²/km festgelegt. Die NRZ-Impulse besaßen eine Anstiegszeit von 0,25 in einem Zeitfenster von 25 ps. Das System umfasste eine ideale OPC-Vorrichtung, d. h. eine OPC-Vorrichtung, die an den Impulsen lediglich die Phasenkonjugation durchführt ohne Änderungen der mittleren Wellenlänge und der Leistung der konjugierten Impulse. Die Positionierung der OPC-Vorrichtung wurde kontinuierlich entlang des Systems variiert, wobei jedes Mal die Augenöffnungseinbuße (eye opening penalty, EOP) am Ende des Systems ausgewertet wurde. Die übrig bleibende chromatische Dispersion, die nicht bereits von der OPC-Vorrichtung kompensiert wurde, wurde als am Ende des Systems vollständig kompensiert angenommen. Der Graph der 7 zeigt die EOP aufgetragen gegen die OPC-Positionierung entlang eines solchen Systems, wobei die Skala der OPC-Positionierung von 400 km bis 1400 km reicht, d. h. um den Spannenmittenpunkt (900 km) der optischen Leitung: die gepunktete Linie zeigt das Ergebnis für NRZ-Impulse; die durchgehende Linie zeigt das Ergebnis für RZ-Impulse. Wie ersichtlicht ist, wechseln sich eine Reihe von tiefen Minima und Maxima der EOP ab: insbesondere treten die Minima in wohl definierten Positionen auf, die a) stromabwärts von der Mitte der Spannen angeordnet sind; b) stromabwärts und unter einem gewissen Abstand von der Position der optischen Verstärkermodule angeordnet sind (d. h. stromabwärts von allen 100 km). Minima stromabwärts von der Mitte der Spannen sind nachteilhaft, da sie zu weit von den optischen Modulen entfernt sind, so dass eine eigens vorgesehene Stelle für die Positionierung der OPC der optischen Leitung hinzugefügt werden sollte. Minima stromabwärts von den Verstärkermodulen sind sehr viel vorteilhafter. Wie ersichtlich ist, liegt ihre Position unter relativ einem kurzen Abstand (von ungefähr 10 km, d. h. ungefähr L_asy/2) von der Position der optischen Verstärkermodule. In einem bevorzugten Bereich in der Nähe des Spannenmittenpunkts (900 km), kann die EOP Werte weit unterhalb von 1 dB erreichen. Die Minima der NRZ-Impulse sind tiefer als die Minima für die RZ-Impulse. Anderseits behalten die Minima für die RZ-Impulse geringere Werte der EOP in einem breiteren Bereich der OPC-Positionierung bei. Es ist interessant zu bemerken, dass die EOP in Übereinstimmung mit der Position der optischen Verstärkermodule viel höher ist als die EOP des nächsten Minimums (um mindestens 1 dB für RZ-Impulse sogar 5 dB oder mehr für NRZ-Impulse). Z. B. zeigen die 8a–8b–8c jeweils einen RZ-Impuls am Eingang des Systems, den RZ-Impuls am Ausgang des Systems, in welchem die OPC bei 900 km angeordnet ist (d. h. am Ausgang des neunten optischen Verstärkermoduls), und den RZ-Impuls am Ausgang des Systems, in welchem die OPC bei 910 km angeordnet ist (d. h. 10 km entfernt vom Ausgang des neunten optischen Verstärkermoduls). Wie ersichtlich ist, ist in der 8c eine bessere Augenöffnung gezeigt als in 8b. Ein noch besseres Ergebnis ist in 9a–9b–9c gezeigt, die jeweils einen NRZ-Impuls am Eingang des Systems zeigen, den NRZ-Impuls am Ausgang des Systems zeigen, in dem die OPC bei 900 km angeordnet ist (d. h. am Ausgang des neunten optischen Verstärkermoduls), und den NRZ-Impuls am Ausgang des Systems zeigen, in dem die OPC bei 910 km angeordnet ist (d. h. 10 km weit weg vom Ausgang des neunten optischen Verstärkermoduls). Wie ersichtlich ist, ist in 9b das Auge praktisch geschlossen, so dass die vom Impuls getragene Information vollständig verloren ist; im Gegensatz dazu zeigt 9c eine sehr gute Augenöffnung.
In einer zweiten Simulation wurde die Ausbreitung von RZ- und NRZ-Impulsen für ein System untersucht, das achtzehn optische Verstärkermodule umfasst, welche anstatt der EDFAs Raman-Pumplaser enthalten, die eine Pumpstrahlung erzeugen, die sich in Bezug auf das optische Signal in entgegengesetzter Richtung ausbreitet. Die optischen Verstärkermodule waren 100 km voneinander beabstandet. Die weiteren Simulationsparameter waren dieselben wie bei dem Beispiel, das in Bezug auf 7 erläutert wurde. Die 10 zeigt das Ergebnis der Simulation (NRZ gepunkteten Linie, RZ durchgehende Linie). Auch in diesem Fall sind abwechselnde Maxima und Minima der EOP gezeigt, wobei die Minima, die noch tiefer als in 7 sind. Weiter sind die Minima stromabwärts und in der Nähe der optischen Verstärkermodule liegen, näher an den optischen Verstärkermodulen als in 7, in Übereinstimmung mit Formel [11']. Wie ersichtlich ist, wird mit der sich in entgegengesetzter ausbreitender Raman-Verstärkung die EOP schnell größer, wenn die Positionierung der OPC in einer Spanne vorgenommen wird, die vom Spannenmittenpunkt von 900 km weiter weg ist.
Wie oben erwähnt, kann die Positionierung der OPC-Vorrichtung in der Nähe des Spannenmittenpunkts vorteilhaft sein, um die chromatische Dispersion zu kompensieren und die Bereiche mit hoher Leistung symmetrisch in Bezug auf die OPC zu machen. Wie jedoch sowohl aus 7 als auch aus 10 ersichtlich ist, ist das Erfordernis, die OPC-Vorrichtung in der Mitte des faseoptischen Wegs anzuordnen, um die Bereiche hoher Leistung symmetrisch in Bezug auf die OPC zu machen, nicht strikt. Insbesondere kann man für RZ-Impulse erkennen, dass eine akzeptable EOP unterhalb von ungefähr 1 dB in einem Abschnitt des faseroptischen Wegs erhalten werden kann, der mindestens zwei optische Verstärkermodule weit vom Verstärkermodul in der Spannenmitte entfernt ist. Indem die Akzeptanzbedingung für die EOP gelockert wird, können noch mehr Positionierungen der OPC-Vorrichtung verwendet werden. Andererseits hat das NRZ-Format striktere Anforderungen, da sich die EOP vom Spannenmittenpunkt weg gehend rasch verschlechtert. Jedoch können Fehlerkorrekturtechniken (wie z. B. die Vorwärtsfehlerkorrektur (kurz FEC, forward error correction)) dabei behilflich sein, die EOP zu verbessern, wenn die Positionierung der OPC-Vorrichtung in der Nähe der Spannenmitte aus praktischen Installationsgründen ungünstig ist. Bevorzugt sollte die OPC-Vorrichtung stromabwärts eines optischen Verstärkermoduls angeordnet werden, das in einem Spannemittenabschnitt des faseroptischen Wegs von ±L/5, bevorzugt ±L/6 um den Spannenmittenpunkt des faseroptischen Wegs angeordnet ist, wobei L die Gesamtlänge des faseroptischen Wegs ist. In jedem Fall muss berücksichtigt werden, dass wenn die Positionierung der OPC-Vorrichtung vom optischen Verstärkermodul in der Spannenmitte entfernt vorgenommen wird, eine wesentlichen Menge an von der OPC-Vorrichtung nicht kompensierter chromatischer Dispersion dann kompensiert werden muss. Dies kann am Ende des faseroptischen Wegs gemacht werden, bevorzugt mit einem oder mehreren kompensierenden Gittern, oder eher allmählich entlang des faseroptischen Wegs mit geeigneten Kompensationsvorrichtungen, z. B. kombiniert mit mindestens einigen optischen Verstärkermodulen.
Die 11a und 11b zeigen die EOP aufgetragen gegen die OPC-Positionierung in der Nähe eines der optischen Verstärkermodule. Für diese Simulationen wurden drei RZ-Kanäle mit jeweils einer durchschnittlichen Leistung von 10 dBm betrachtet. Der Rest der Parameter des in Betracht gezogenen Systems waren dieselben wie jene, die mit Bezug auf 7 erläutert wurden. In beiden Graphen befindet sich das optische Verstärkermodul an der Position „0": eine vertikale Linie wurde hinzugefügt, um den EOP-Wert an der Position „0" und am näheren Minimum zu vergleichen. Die aufgetragene EOP ist die schlechteste unter den drei EOPs der drei Kanäle. 11a zeigt die EOP, die in einem System mit EDFAs erhalten wurde, während 11b die EOP zeigt, die in einem System mit sich entgegengesetzt ausbreitender Raman-Verstärkung erhalten wurde. Wie aus der 11a ersichtlich ist, kann ein EOP-Wert erhalten werden, der um mehr als 1 dB kleiner ist, indem die OPC-Vorrichtung gemäß der Erfindung positioniert wird, während in 11b die Verbesserung mehr als 0,5 dB beträgt, zusammen mit einem sehr geringen EOP-Wert am Minimum. Dies bestätigt, dass die Verwendung der sich entgegengesetzt ausbreitenden Raman-Verstärkung vorteilhaft ist für ein System mit einer OPC. Jedoch zeigt die 11b auch, dass die Verwendung der sich entgegengesetzten ausbreitenden Raman-Verstärkung das System weniger tolerant in Bezug auf eine falsche Positionierung der OPC-Vorrichtung macht, da die erreichten maximalen EOP-Werte höher sind als das in 11a erreichte Maximum.
Wie oben erwähnt, wurden die Simulationen durchgeführt, indem eine ideale OPC-Vorrichtung betrachtet wurde, d. h. eine Vorrichtung, die auf den sich ausbreitenden Signal lediglich die Phasenkonjugation durchführt. Typischerweise führt die OPC-Vorrichtung auch eine Wellenlängenkonversion am sich ausbreitenden Signal durch. Bevorzugt sollte der Wellenlängenkonversionsvorgang so durchgeführt werden, dass ein phasenkonjugiertes Signal bereitgestellt wird, welches eine Wellenlänge besitzt, die um nicht mehr als 5 nm in Bezug auf die Wellenlänge des in die OPC-Vorrichtung eingespeisten Signals verschoben ist.
Das System gemäß der Erfindung wurde mit Bezug auf einen faseroptischen Weg beschrieben, der zwischen einer Sendestation und einer Empfangsstation enthalten ist. Dies soll nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden, da eine optische Leitung, welche einen faseroptischen Weg gemäß dem oben gesagten enthalten kann, in einem komplizierteren Netzwerk zwischen zwei beliebigen Knotenpunkten des Netzwerks selbst angeordnet werden kann, z. B. zwei notenpunkten eines optischen Netzwerks, die keine Sende- und/oder Empfangsfunktion, sondern lediglich eine Routing-Funktion besitzen.
Das System oder die optische Leitung gemäß der Erfindung kann ex-novo umgesetzt werden, indem zumindest die verschiedenen, in Bezug auf 1 beschriebenen Komponenten verbunden werden und bevorzugt vorgesehen wird, dass der erste Abschnitt der die OPC-Vorrichtung 15 enthaltenen Spanne (zwischen dem Ausgang des unmittelbar stromabwärts liegenden Verstärkermoduls und der OPC-Vorrichtung) und die OPC-Vorrichtung 15 an der stromabwärts liegenden Verstärkungsstelle eingeschlossen werden. Weniger bevorzugt kann die OPC-Vorrichtung 15 an einer separaten Stelle angeordnet werden.
Das System oder die optische Leitung gemäß der Erfindung kann weiter eine Verbesserung (upgrade) eines bereits installierten Systems sein. In einem solchen Fall kann es möglich sein, ein zusätzliches Stück an Übertragungsfaser mit einer Länge zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy gemäß der Erfindung zwischen dem Eingang der OPC-Vorrichtung und dem Ausgang des unmittelbar stromaufwärts liegenden optischen Verstärkermoduls vorzusehen, um so sowohl das zusätzliche Stück an Faser als auch die OPC-Vorrichtung selbst an derselben Verstärkungsstelle des optischen Verstärkermoduls einzufügen. Weniger bevorzugt kann die OPC-Vorrichtung 15 an einer separaten Stelle eingefügt werden, unter dem spezifizierten Abstand vom Ausgang des optischen Verstärkermoduls.

Claims

Optisches System (10), umfassend. – einen faseroptischen Weg (12), der zur Ausbreitung eines optischen Signals mindestens in eine erste Richtung geeignet ist; – eine Vielzahl M von optischen Verstärkermodulen (13¹ ...13⁶ ) die entlang des faseroptischen Wegs (12) angeordnet sind, um so den faseroptischen Weg in N Spannen optischer Fasern (14¹ ...14⁶ ) zu unterteilen, die eine durchschnittliche Länge L_amp besitzen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α umfassen, und – eine optische Phasenkonjugationsvorrichtung (15), die an einer vorbestimmten Position entlang des faseroptischen Wegs (12) angeordnet ist, – wobei das optische Signal eine asymmetrische Leistungsverteilung entlang der Spannen aufweist, um so eine asymmetrische Länge L_asy zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die vorbestimmte Position sich an einem Abstand zwischen 0,1·La_sy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule befindet.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine optische Verstärkermodul das [N/2+1]-te Verstärkermodul der Vielzahl von Verstärkermodulen ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der faseroptische Weg eine ungerade Anzahl von Spannen (14¹ ...14⁵ ) umfasst.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position an einem Abstand größer oder gleich 0,2·L_asy vom Ausgang des einen Verstärkermoduls angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position an einem Abstand kleiner oder gleich 0,65·L_asy vom Ausgang des einen Verstärkermoduls angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Verstärkermodule (13¹ ...13⁶ ) Erbium-dotierte Faserverstärker umfassen.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Verstärkermodule (13¹ ...13⁶ ) Pumpvorrichtungen umfassen, die dazu geeignet sind, in den faseroptischen Weg eine Pumpstrahlung einzuspeisen, welche geeignet ist, eine Raman-Verstärkung des optischen Signals zumindest in Abschnitten des faseroptischen Wegs (12) zu bewirken.
Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtungen geeignet sind, um in den faseroptischen Weg (12) die Pumpstrahlung in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung einzuspeisen.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Sendestation (11a) und eine Empfangsstation (11b), wobei die Sendestation (11a) an einem Eingangsende des faseroptischen Wegs (12) angeschlossen ist und die Empfangsstation (11b) an einem Ausgangsende des faseroptischen Wegs (12) angeschlossen ist.
Verfahren zum Aufbau eines optischen Systems, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Vielzahl M von optischen Verstärkermodulen (13¹ ...13⁶ ), die zum Verstärken eines optischen Signals geeignet sind; – Verbinden der Vielzahl von optischen Verstärkermodulen (13¹ ...13⁶ ) durch N Spannen optischer Faser (14¹ ...14⁵ ) , um so einen faseroptischen Weg (12) zu bilden, wobei die Spannen an optischer Faser (14¹ ...14⁵ ) eine Durchschnittslänge L_amp aufweisen und mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α umfassen. – Anordnen einer Phasenkonjugationsvorrichtung (15) entlang des faseroptischen Wegs (12); – wobei die Vielzahl der optischen Verstärkermodule (13¹ ...13⁶ ), die durchschnittliche Länge L_amp und die Abschwächung geeignet sind, um eine asymmetrische Leistungsverteilung des optischen Signals entlang der Spannen zu erhalten, die durch eine asymmetrische Länge L_asy gekennzeichnet ist; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass – das Anordnen der Phasenkonjugationsvorrichtung (15) an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule durchgeführt wird.
Verfahren zum Betreiben eines optischen Übertragungssystems mit einem faseroptischen Weg (12), der mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α und eine Vielzahl optischer Verstärkermodule (13¹ ...13⁶ ) umfasst, die entlang des faseroptischen Wegs (12) angeordnet sind, um so eine Vielzahl von Spannen (14¹ ...14⁵ ) mit einer durchschnittlichen Länge L_any zu definieren, wobei das Verfahren umfasst: – Einspeisen eines optischen Signals an einem Eingangsende des faseroptischen Wegs (12); – Verstärken des optischen Signals entlang der Spannen, um so eine asymmetrische Leistungsverteilung des optischen Signals entlang der Spannen zu erhalten, gekennzeichnet durch eine asymmetrische Länge L_asy; – Phasenkonjugieren des optischen Signals entlang des faseroptischen Wegs (12); dadurch gekennzeichnet, dass – der Schritt des Phasenkonjugierens an einer Position entlang des faseroptischen Wegs (12) durchgeführt wird, die sich an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule befindet.
Verfahren zum Verbessern eines optischen Übertragungssystems mit einem faseroptischen Weg (12), wobei der faseroptische Weg mindestens eine optische Übertragungsfaser mit einer Abschwächung α und eine Vielzahl von optischen Verstärkermodulen (13¹ ...13⁶ ) umfasst, die entlang der optischen Übertragungsfaser (14) angeordnet sind, um so eine Vielzahl von Spannen (14¹ ...14⁵ ) mit einer Durchschnittslänge L_amp zu definieren, wobei die Veilzahl von optischen Verstärkermodulen (13¹ ...13⁶ ), die Durchschnittslänge L_amp und die Abschwächung α geeignet sind, um eine asymmetrische Leistungsverteilung eines sich entlang der Spannen ausbreitenden optischen Signals zu erhalten, wobei die Spannen durch eine asymmetrische Länge L_asy gekennzeichnet sind; wobei das Verfahren umfasst: – Anordnen einer Phasenkonjugationsvorrichtung (15) entlang des faseroptischen Wegs (12) an einem Abstand zwischen 0,1·L_asy und 0,7·L_asy stromabwärts vom Ausgang eines der optischen Verstärkermodule.