DE69231767T2

DE69231767T2 - Nicht-lineares optisches Interferometer mit gesättigtem Verstärker

Info

Publication number: DE69231767T2
Application number: DE69231767T
Authority: DE
Inventors: Elaine Jane Greer; Kevin Smith
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: IPG Photonics Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2012-08-29
Also published as: HK154696A; CA2112596C; JPH06510135A; EP0602089A1; GB9118843D0; CA2112596A1; GB2274036B; US5479291A; EP0602089B1; KR100272402B1; DE69231767D1; ATE200368T1; ES2157206T3; GB9325690D0; AU2492392A; GB2274036A; WO1993005592A1; AU656225B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem.
Ein bekanntes optisches Übertragungssystem umfaßt ein Interferometer und eine optische Signalquelle. Das Interferometer umfaßt einen optischen Vierfachkoppler mit erstem und zweitem Eingangsport und erstem und zweitem Ausgangsport, einer optischen Kopplervorrichtung zum Koppeln des ersten und zweiten Ausgangsports mit einer optischen nicht-linearen Eigenschaft und einen optischen Verstärker. Die optische Signalquelle ist mit dem ersten Eingangsport des Interferometers verbunden.
Ein optisches Eingangssignal an dem Eingangsport eines solchen Interferometers wird durch den optischen Koppler in zwei Anteile aufgeteilt, die in bezug auf die Kopplervorrichtung sich entgegengesetzt ausbreiten, z. B. in einer optischen Faserschleife, und dann zu dem Koppler zurückkehren und sich dort überlagern. Bei einem symmetrischen Koppler ist der optische Pfad entlang der Kopplervorrichtung der gleiche für beide Anteile. Damit rekombinieren bei einem 50 : 50-Koppler und einem symmetrisch positionierten Verstärker die Anteile derart, daß sich das Eingangssignal von dem Port ergibt, an dem es ursprünglich anlag. Das Eingangssignal wird als durch das Interferometer "reflektiert" bezeichnet. Aus diesem Grund wird dieser Aufbau oft als Ringspiegel bezeichnet, wobei der "Ring" die optische Kopplervorrichtung ist.
In der Beschreibung unserer ebenfalls anhängigen internationalen Patentanmeldung WO 88/02875 wird ein Interferometer mit einer nicht-linearen optischen Kopplervorrichtung beschrieben, nämlich einem optischen Quarzfaserring, wobei die Symmetrie der zwei gegenläufigen Richtungen der Kopplervorrichtung gebrochen ist, um einen differentiellen nicht-linearen Effekt hervorzurufen (und die Bezeichnung ist daher nicht-linearer optischer Ringspiegel oder non-linear optical loop mirror, NOLM). Dieses kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Zum Beispiel kann ein Nicht-50 : 50-Koppler verwendet werden. In diesem Fall sind die Intensitäten der Signalanteile an den Enden des Wellenleiterrings nicht gleich. Wenn das Eingangssignal eine ausreichende Intensität hat, erfahren die Signalanteile, die sich in entgegengesetzter Richtung in dem Wellenleiter ausbreiten, unterschiedliche Brechungsindizes. Dieses führt dazu, daß die zwei gegenläufigen Signalanteile unterschiedliche Phasenverschiebungen erfahren, so daß bei der Rückkehr der Signale zu der Kopplungsvorrichtung diese eine intensitätsabhängige relative Phasenverschiebung aufweisen. Die Intensitätsabhängigkeit der relativen Phasenverschiebung führt zu einer Vorrichtung, bei der das Ausgangssignal an einem Eingangsport wie allgemein bekannt eine oszillierende Funktion der Intensität des Eingangssignals ist. Jedes Signal, das an dem zweiten Eingangsport ankommt (d. h. den Port, an dem das Eingangssignal nicht anliegt), wird als durch das Interferometer "übertragen" bezeichnet.
Eine andere Art der Brechung der Symmetrie eines NOLM wird diskutiert in einem Artikel mit dem Titel "Nonlinear Amplifying Loop Mirror" von N. E. Fermann, F. Haben, M. Hoffer und H. Hochreiter, Opt. Lett., Band 15, S. 752 (1990), wo ein Verstärker asymmetrisch innerhalb des nicht-linearen Rings in der Nähe eines der Ausgangsports des optischen Kopplers angeordnet ist, der in diesem Fall ein 50 : 50- Koppler ist. Solch ein Aufbau verbessert die Leistung des konventionellen NOLM, insbesondere durch bessere Ausnutzung der Nicht-Linearität des Wellenleiterrings, da er geeignet ist für ein kleineres Eingangssignal. Die Experimente, die in dem Artikel von Fermann et al. beschrieben werden, werden mit niedrigen Signalleistungen und Repetitionsraten durchgeführt, die nicht zu einer Sättigung des Verstärkers führen. Es wurde jedoch dazu mitgeteilt, daß die Sättigung des Verstärkers zu einer Reduzierung des Gesamtgewinns der Vorrichtung führt, obgleich aufgrund des niedrigen Pulsflusses die Sättigung des Verstärkers bei jedem einzelnen Puls immer noch vernachlässigbar ist. Solch eine Vorrichtung wird nicht-linearer Ringspiegelverstärker (non-linear amplifying 100p mirror, NALM) genannt.
Mit NOLMs und NALMs kann Pulsformung in optischen Übertragungssystemen vorgenommen werden, und insbesondere Basislinienunterdrückung. Damit haben diese Vorrichtungen das Potential für die Unterdrückung von Interpuls-Strahlung und für das Filtern von Bits in rein optischen Fernübertragungskommunikationssystemen. Solche Anwendungen werden diskutiert in einem Artikel mit dem Titel "Pulse Shaping, Compression, and Pedestal Suppression employing a Non-Linear Optical Loop Mirror" von K. Smith, N. J. Doran und P. G. J. Wigley, Opt. Lett., Band 15, S. 1294 (1990).
Mit einem NALM ist zusätzlich zur Pulsformung in einem rein optischen Kommunikationssystem Verstärkung möglich. Wenn jedoch der NALM einen oszillierenden Ausgang hat, muß die Intensität des Eingangssignals relativ konstant sein, um Reflexion durch den Ringspiegel zu vermeiden.
Nicht-lineare verstärkende Ringspiegel werden beschrieben in den Veröffentlichungen von Richardson et al. (Electronics Letters, Band 26, Nr. 21, S. 1779-1781, Oktober 1990) und Betts et al. (Electronics Letters, Band. 27, Nr. 10, S. 858-860, Mai 1991).
Die Veröffentlichung von Richardson betrifft die Leistung, die für das Schalten erforderlich ist: Frühere Veröffentlichungen hatten Schaltschwellenwerte von 100 - 1000 W, 10-500 W und schließlich einigen Watt. Richardson reduzierte dies durch Verwendung eines hochverstärkenden (46 dB) Erbiunn-dotierten Faserverstärkers (EDFA) auf 200 uW. Der Effekt des Tastverhältnisses des Eingangssignals auf den Ausgang des EDFA wurde untersucht - verständlicherweise sank der EDFA-Ausgang bei steigendem Tastverhältnis. Richardson beobachtete auch die Pulsstörungen, die durch das Schalten hervorgerufen wurden: Die vordere und hintere Flanke von Rechteckpulsen wurden übertragen, während die mittleren Abschnitte der Eingangspulse reflektiert wurden, sobald der Übergang in den nicht-linearen Bereich erfolgte. Richardson beobachtete die typische oszillierende Beziehung zwischen Pulseingangsleistung und Pulsausgangsleistung - es xvurde eine maximale Ausgangsauslöschung (95%) bei einer Pulseingangsleistung von 200 uW erreicht. Richardson erwähnte keine Beeinflussung der Transferfunktion des NALM durch den EDFA - außer bei dem 200 uW-Schaltschwellenwert.
Die Veröffentlichung von Betts bezieht sich weitestgehend und unter Zitierung der Veröffentlichung von Richardson auf Puls-Kompression. Der NALM hatte außer einem EDFA zusätzlich einen Halbleiterlaserverstärker (SLA). Bei diesem Aufbau wird der nicht-lineare Brechungsindex des SLA "vewendet, um eine geeignete Übertragungseigenschaft für die Pulskompression zu erzielen". Die Übertragungseigenschaft, die hier für Eingangsleistungen zwischen 20 uW und 250 uW genannt wird, ist linear, aber steigend. Damit wird das typische oszillierende Verhalten unterdrückt. Während sowohl die Verstärkung als auch der nicht-lineare Brechungsindex des SLA beide in die Sättigung gehen, was zu einer wünschenswerten Übertragungseigenschaft führt, wird der Beitrag des EDFA nicht diskutiert, und die Sättigung des EDFA wird überhaupt nicht angesprochen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verarbeiten einer optischen Pulsfolge mit optischen Pulsen, das umfaßt: Anlegen der optischen Pulse an einen ersten Eingangsport eines Interferometers, wobei das Interferometer einen optischen Vierport-Koppler umfaßt, der einen ersten und einen zweiten Eingangsport und einen ersten und zweiten Ausgangsport aufweist, eine optische Kopplervorrichtung für die Kopplung des ersten und zweiten Ausgangsports mit einem optisch nichtlinearen Verlauf und einen optischen Faserverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Duty Cycle der optischen Pulsfolge und die Leistung der optischen Pulse derart sind, daß der optische Faserverstärker in die Sättigung geht, daß das Interferometer derart betrieben wird, daß seine Übertragungseigenschaft nicht oszillierend ist, und daß die Pulsleistung derart ist, daß die Pulse das Interferometer veranlassen, von einem Zustand, in welchem sein Ausgang von dem ersten Eingangsport geliefert wird, in einen Zustand zu schalten, in welchem sein Ausgang von dem zweiten Eingangsport geliefert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird durch die Erfindung ein optisches Übertragungssystem mit einem Interferometer und einer optischen Signalquelle geschaffen, wobei das Interferometer einen Vierport-Koppler mit erstem und zweitem Eingangsport und erstem und zweitem Ausgangsport umfaßt, eine optische Kopplervorrichtung für die Kopplung des ersten und zweiten Ausgangsports mit einem optische nicht-linearen Verlauf, wobei die optische Signalquelle mit dem ersten Eingangsport des Interferometers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler asymmetrisch ist und daß das System außerdem einen optischen Verstärker umfaßt, der mit dem ersten Eingangsport oberhalb der Ausgangsports verbunden ist, um die Eingangssignale zu verstärken, bevor sie in das Interferometer eingespeist werden, wobei das System derart ist, daß der optische Verstärker durch die optischen Signale in die Sättigung gerät, und daß die Leistung und der Duty Cycle der optischen Signale derart sind, daß ein Eingangssignal an dem ersten Eingangsport auf den zweiten Eingangsport umgeschaltet wird, wobei die Transferfunktion des Interferometers nicht oszillierend ist.
Das erfindungsgemäße System und Verfahren sorgen für einen etwa konstanten Ausgangswert über einen Intensitätsbereich des Eingangssignals, so daß ein Intensitätsbereich von optischen Eingangspulsen komplett umgeschaltet wird auf den Ausgang des Interferometers. Darüber hinaus werden die Signale auf eine etwa konstante Intensität verstärkt. Das Verfahren und System sorgen daher für Verstärkung des Signals und außerdem Pulsformung und Rauschfilterung, wie es in dem Artikel von Smith et al. beschrieben wurde. Dies ist von speziellem Interesse für optische Kommunikationssysteme.
Die optische Quelle kann ein gepulster Laser sein, wobei in diesem Fall das optische Übertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung an dem zweiten Eingangsport rauschgefilterte optische Pulse von im wesentlichen konstanter Spitzenleistung vorsehen, selbst bei variabler Spitzenleistung der Eingangspulse. Das System gemäß der Erfindung kann daher als Repeater bei einer optischen Fernübertragungsverbindung verwendet werden, z. B. bei Unterwasserkabeln.
Der optische Verstärker kann Teil der Kopplervorrichtung sein, wie es mit Bezug auf die NALM oben beschrieben wurde, oder er kann mit dem ersten Eingangsport verbunden sein, um die Eingangssignale zu verstärken, bevor sie geschaltet werden. Im letzteren Fall ist es für das Interferometer erforderlich, daß dieses Symmetrie gebrochen ist, z. B. durch einen Nicht-50 : 50-Koppler, da der Verstärker nicht länger Teil der Kopplervorrichtung ist. Das Interferometer kann einen optischen Faserring umfassen, obgleich andere Formen von Wellenleitern verwendet werden können, z. B. ein Wellenleiter in Form eines planaren Substrats wie z. B. Lithiumniobt.
Im Fall eines optischen Faserinterferometers ist der optische Verstärker für gewöhnlich ein optischer Faserverstärker, der mit der Faser, die den Ring bildet, verspleißt ist.
Die optische Faser des Rings kann aus Material hergestellt sein, das die gewünschte Nicht-Linearität zeigt, oder aus einem separaten nicht-linearen Element, das in dem Ring angeordnet wird. Zum Beispiel kann ein hochgradig nicht-lineares Element eingebaut werden, um die Ringlänge zu verkürzen, z. B. ein Halbleiterlaserverstärker.
Mit der Erfindung wird außerdem ein Verfahren für die Verwendung eines Interferometers angegeben, das einen Vierport-Koppler mit erstem und zweitem Eingangsport und erstem und zweitem Ausgangsport, eine optische Kopplervorrichtung für das Koppeln des ersten und zweiten Ausgangsports mit einer optische Nicht- Linearität und einen optischen Verstärker umfaßt, wobei das Verfahren umfaßt: Verbinden einer optischen Signalquelle mit dem ersten Eingangsport des Interferometers, so daß die optischen Signale den Verstärker in die Sättigung treiben, wodurch jeder oszillierende Ausgang unterdrückt wird, und so daß die Leistung der optischen Signale ausreicht, um ein Eingangssignal an dem ersten Eingangsport auf den zweiten Eingangsport umzuschalten.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden als Beispiel beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen nicht-linearen Ringspiegel mit einem asymmetrisch in dem Wellenleiterring angeordneten optischen Verstärker.
Fig. 2 zeigt schematisch einen nicht-linearen optischen Ringspiegel mit einem Verstärker, der mit einem Eingangsport verbunden ist.
Fig. 3 zeigt die Leistung, die in dem Ring des nicht-linearen optischen Spiegels nach Fig. 1 umläuft, sowie die nicht-lineare Phasendifferenz, die durch verschiedene Eingangsspitzenleistungen erzeugt wird.
Fig. 4 zeigt die Ausgangsspitzenleistung bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenleistung für drei Pulswiederholungsraten.
Fig. 5 zeigt die nicht-lineare Phase der Ausführungsform nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenleistung.
Fig. 6 zeigt die Verstärkung bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenleistung im Vergleich zu der Verstärkung durch den Verstärker nach der Ausführungsform nach Fig. 1 allein.
Fig. 7 zeigt das Kompressionsverhältnis bei der Ausführungsform nach Fig. 2.
Fig. 8a und 8b zeigen Oszillogramme des Autokorrelationsverlaufs der Eingangspulse mit wesentlicher Interpuls-Strahlung und ohne Basislinie bzw. komprimierte Pulse, die mit der Ausführungsform nach Fig. 1 verstärkt wurden.
Fig. 9 zeigt die Autokorrelationsbreite bei dem Kompressionsverhältnis in Abhängigkeit von der Eingangsleistung.
Fig. 10 zeigt die Verstärkung gegenüber der mittleren Eingangsleistung bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein optisches Übertragungssystem in Form eines Sagnac-Ringinterferometers 2 mit einem Vierport-Quarzfaserkoppler 4 mit erstem und zweitem Eingangsport 6 und 8 und erstem und zweitem Ausgangsport 10 und 12. Die Ausgangsports 10 und 12 sind optisch verbunden durch einen optischen Faserring 14. Das Interferometer 2 ist üblicherweise aufgebaut aus einer einzigen optischen Faser 14, von der zwei Abschnitte verschmolzen sind, um dlen Koppler 4 zu bilden. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Ring 14 8,8 km Länge dispersionsverschobener Faser mit einem Dispersionsnullpunkt von etwa 1,55 um von Corning Corporation. Die Eigenschaften dieser Faser stellen sicher, daß die Pulsformung aufgrund von Ausbreitungseffekten vernachlässigbar ist. Der Ring 14 umfaßt außerdem Faserpolarisatoren 16, um die Vorrichtung auf Reflexionsmoden bei niedrigen Leistungen einzustellen.
Ein 30 m langer Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA) 18 ist mit dem Ausgangsport 10 des Faserkopplers 4 verspleißt. Ein optischer Faserkoppler 20 wird verwendet, um Pumpstrahlung für den EDFA 18 von einem MQW-Hochleistungshalbleiterlaser 22 mit einer maximalen Pumpleistung in der Größenordnung von 50 mW bei 1,48 um einzukoppeln. Bei diesen Bedingungen hat der EDFA 18 eine kleine Signalverstärkung von 28 dB und eine zeitlich gemittelte Sättigungsleistung von 24 uW. Für die obigen Ringparameter und eine effektive Ringlänge von 7 km liegt die Sättigungsleistung des Verstärkers in der Größenordnung von 0,6 mW. Eine optische Quelle 24 (ein aktiv-modenverriegelter Halbleiterlaser für Pulse bei
1,545 um mit einer Dauer von etwa 12 ps und einer Wiederholungsrate von 2,5 GHz bei einer mittleren Leistung von etwa 50 uW) ist mit: dem Eingangsport 6 verbunden. Die gemessenen Zeit-Bandbreitenprodukte der Pulse von dem Laser 24 sind bestenfalls 0,4.
Es kann leicht gezeigt werden, daß bei dem Aufbau nach Fig. 1 die Rechteckpulsübertragbarkeit T gegeben ist durch
T = Pt/Pi = G{1 - 2α(1 - α)[1 + cos [(1 - α)G - α]φ]} (1),
wobei φ (= 2πn&sub2;PiL/λAeff) die nicht-lineare Phasenverschiebung ist, Pt und Pi die übertragene bzw. anliegende Leistung ist, α der Leistungskoppelkoeffizient des Kopplers ist, L die Ringlänge ist, λ die Wellenlänge ist, n&sub2; der nicht-lineare (Kerr)- Koeffizient ist (= 3,2 · 10&supmin;²&sup0; m²/W), Aefr die effektive Faserkernfläche ist und G die Leistungsverstärkung (Pout/Pin) des Verstärkers ist. Die Schaltleistung der Vorrichtung PSa (= λAeff/2n&sub2;[(1 - α)G - α]) wird abgeleitet durch Gleichsetzen des Arguments der Kosinusfunktion mit π. Die Verwendung des Verstärkers 18 zum Brechen der Ringsymmetrie führt zu niedrigen Schaltleistungen zusammen mit absoluter Basislinienunterdrückung bei α = 0,5. Als ein Beispiel ist bei GSS = 30 dB, α = 0,5 und L = 10 km, die Größe PSa in der Größenordnung von 0,25 mW (Aeff = 50 um², λ = 1,55 um).
Im folgenden sei der Effekt der Verstärkungssättigung bei dem Aufbau nach Fig. 1 bei einer Verstärkung 1 + GSS/(1 + P/Psat) betrachtet, wobei GSS die Kleinsignalverstärkung und Psat die Eingangsleistung, bei der die Verstärkung um 3 dB komprimiert ist. Diese einfache Gleichung beschreibt gut alle gemessenen EDFA- Eigenschaften für niedrige bis mittlere Leistungen (< 1 mW im Mittel) und bleibt auch physikalisch exakt im hoch gesättigten Bereich. Der Einfluß der Verstärkungssättigung wird am besten beschrieben mit Bezug auf Fig. 5, in der das Argument der Kosinusfunktion in Gleichung (1), d. h. die nicht-lineare Phasendifferenz zwischen den gegenläufigen Wellen, aufgetragen ist gegen Pi bei GSS = 30 dB, Psat = 0,001 (= Psa), α = 0,5 und n&sub2;L/λAeff = 1.
Bei hohen Eingangsleistungen wird die nicht-lineare Phasendifferenz auf πGSSPsat festgeklemmt, was auch ausgedrückt werden kann als πPSat/PSa, da PSa in etwa gleich 1/GSS bei großen GSS ist. Wenn man daher Psat = PSa wählt, beschränkt man die maximale nicht-lineare Phasendifferenz auf π.
Die Entwicklung der nicht-linearen Phase ergibt sich aus Fig. 6, die die berechneten Verstärkungseigenschaften für ein Intensitätsprofil sech² der Pulse (gestrichelte Kurve) zeigt. Zum Vergleich sind auch die Verstärkungseigenschaften des Faserverstärkers für die gleichen Werte von GSS und Psat gezeigt (durchgezogene Kurve). Bei niedrigen Eingangsleistungen befindet sich die Vorrichtung im Reflexionsmode, und daher wird die Kleinsignalverstärkung gut unterdrückt. Bei steigender Eingangsleistung erreicht jedoch die Vorrichtung einen Übertragungszustand, und die Effizienz folgt unmittelbar der des EDFA 18 für Pi > PSa. Es wird erwartet, daß die variierende Antwort des Rings über den Puls zu unvollständigem Schalten und Pulsformen führt. Obgleich dies im wesentlichen für die kleine (2 - 3 dB) Reduzierung in der Effizienz in bezug auf den EDFA 18 bei hohen Leistungen verantwortlich ist, profitiert der Ringverstärker von Pulskompression und Unterdrückung von Licht niedrigen Pegels.
Da die Verstärkersättigung außerdem zu einer nicht-linearen Phasendifferenz führt, die über den interessierenden Leistungsbereich relativ konstant ist, sind die Pulsformeigenschaften ziemlich unempfindlich in bezug auf den Eingangspegel. Dieses ist einer der Schlüsselaspekte der vorliegenden Erfindung, und er wird in Fig. 7 dargestellt, wo das Kompressionsverhältnis (τout/τin) gezeigt wird, wie es lediglich zwischen 0,55 und 0,75 über einen Bereich von fünf Dekaden der Eingangsleistung schwankt. Dies ist ganz anders als bei der komplexen Pulsformung, die vorher bei Ringspiegelkonfigurationen beobachtet wurde, wobei die Eingangsleistung durch den sinusförmigen Ausgang eines solchen NOLM nach Stand der Technik durchlaufen kann. Obgleich es nicht offensichtlich ist für den Bereich der Eingangsleistung in Fig. 7, so tendiert τout/τin gegen Eins bei (linearem) Betrieb mit niedriger Leistung.
Die Pulsdauern werden abgeleitet aus Messungen der zweiten harmonischen Autokorrelation. Die Autokorrelationsform der übertragenen Pulse ändert sich nicht wesentlich in Abhängigkeit von der Eingangsleistung, vras klar aus Fig. 9 hervorgeht, wo das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangskorrelationsbreiten aufgetragen ist gegenüber der Eingangsleistung bei mittleren Leistungen bis zu 3,5 mW (120 mW in der Spitze). Man sollte beachten, daß das Verhältnis von etwa 0,55 um weniger als 20% über einen Leistungsbereich in der Größenordnung von 200 · PSa schwankt. Die Vorrichtungsverstärkung folgt dem Verlauf in Fig. 6 mit einem Maximum von 17 dB bei einer mittleren Eingangsleistung von 50 uW (1,6 mW in der Spitze). Die Leistung hält gut mit der in Fig. 6 mit, wenn man einen 3 dB Verlust aufgrund der Ringfaser 14 und eine niedrigere (28 dB) EDFA-Verstärkung berücksichtigt. Man sollte außerdem beachten, daß die gemessenen Zeit-Bandbreitenprodukte der gefilterten Pulse im wesentlichen die gleichen wie am Eingang sind.
Eine weitere überzeugende Demonstration der Intensitätsfilterungseigenschaften ist in Fig. 8a und 8b gezeigt. Hier ist der verstärkte, verkürzte (auf 6 ps) und basislinienfreie Ausgang (Fig. 8b) für Eingangspulse mit wesentlicher Interpuls-Strahlung (Fig. 8a) gezeigt. Dieses Verhalten wird über den gesamten Bereich der Eingangsleistung beobachtet.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, bei der der Erbiumverstärker 18 aus Fig. 1 jetzt mit dem Eingangsport 6 des Interferometers 2 verbunden ist. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.
In diesem Fall wird die Symmetrie des NOLM gebrochen unter Verwendung eines asymmetrischen Kopplers 24 anstelle des symmetrischen 50 : 50-Kopplers 4 in Fig. 1, und die Schaltleistung PSb ist die des Standardringspiegels (= PSa mit G = 1), dividiert durch die Verstärkung des Verstärkers 18. Das Verhältnis der Schaltleistungen der Vorrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 2 ist daher gegeben durch
PSb/PSa = [(1 - α)G - α]/[(1 - 2α)G] (2).
Man kann sehen, daß bei großem G (was allgemein der Fall ist) die Gleichung (2) sich vereinfchen läßt zu PSb/PSa = (1 - α)/(1 - 2α). Für einen Wert α = 0,4 beträgt der Vorteil bei der Schaltleistung für die Vorrichtung nach Fig. 1 höchstens einen Faktor von 3. Jedoch ist der wirkliche Vorteil der Vorrichtung nach Fig. 1 verwirklicht, wenn α gegen 0,5 geht. In diesem Fall werden, da der Faserverstärker 18 die Ringsymmetrie bricht, niedrige Schaltleistungen aufrechterhalten, zusammen mit absoluter Basislinienunterdrückung bei α = 0,5. Als ein Beispiel ist bei GSS = 30 dB, α = 0,5 und L = 10 km die Größe PSa in der Größenordnung von 0,25 mW (Aeff = 50 um², λ = 1,55 um). Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 geht jedoch für α gegen 0,5 die Schaltleistung rasch gegen unendlich.
In Fig. 3 ist die Leistung dargestellt, die in den zwei gegenläufigen Richtungen umläuft, und zwar als Funktion der Eingangsspitzenleistung für die Ausführungsform nach Fig. 1, wobei (a) die Leistung ist, die gegen den Uhrzeigersinn zwischen Port 12 und dem Eingang des Erbiumverstärkers 18 umläuft, und (b) die Leistung, die in dem Ring im Uhrzeigersinn von dem Erbiumverstärker zum Ausgangsport 12 umläuft. Die durchgezogene Kurve (c) in der graphischen Darstellung in Fig. 3 zeigt die nicht-lineare Phasenverschiebung der Pulse, die in den zwei Richtungen um den Ring umlaufen als Funktion der Eingangsspitzenleistung; und es wird deutlich, daß die nicht-lineare Phasenverschiebung im wesentlichen konstant wird bei höheren Spitzenleistungen.
In Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Ausgangsspitzenleistung an dem Port 8 in Abhängigkeit von der Eingangsspitzenleistung (in mW) des optischen Signaleingangs an dem Eingangsport 6 bei drei unterschiedlichen Pulswiederholungsraten f von 1, 2 und 3 kHz gezeigt. In diesem Fall ist bei f gleich 1 kHz die Größe Psat fünfmal die Schaltleistung PSa des Interferometers nach Fig. 1. Wie ersichtlich ist die Ausgangsleistung eine oszillierende Funktion der Eingangsleistung. Wenn die Sättigungsleistung näher an die Schaltleistung bei steigender Frequenz kommt, wird die Ausgangsspitzenleistung mehr zu einer Konstante bei Eingangsspitzenleistungen, die PSa entsprechen. Dann wird ersichtlich, daß bei dem Interferometer 2 in einem optischen Übertragungssystem, bei dem der Verstärker in die Sättigung geht, wenn etwa die Leistung erreicht ist, die notwendig ist, um die Eingangsleistung zum zweiten Eingangsport 8 bei dem ersten Schaltpeak zu schalten, dann etwa die konstante Ausgangsleistung über der Schaltleistung erreicht ist. Dadurch werden Pulsformung und Verstärkungseigenschaften erreicht, die im wesentlichen unabhängig von der Eingangsleistung der optischen Signale von der optischen Quelle sind.
In Fig. 10 ist die Verstärkung bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der mittleren Eingangsleistung der optischen Signale von der optischen Quelle 24 dargestellt.

Claims

1. Verfahren zum Verarbeiten einer optischen Pulsfolge mit optischen Pulsen, das umfaßt:

Anlegen der optischen Pulse einer Eingangsleistung an einem ersten Eingangsport (6) eines nicht-linearen optischen Interferometers (2), wobei das nichtlineare optische Interferometer einen optischen Vierport-Koppler (4), der einen ersten (6) und einen zweiten (8) Eingangsport und einen ersten (10) und einen zweiten (12) Ausgangsport umfaßt, eine optische Kopplervorrichtung (14) für die Kopplung des ersten und zweiten Ausgangsports mit einem optischen nichtlinearen Verlauf und einen optischen Faserverstärker (18) umfaßt. Aufspalten des Eingangspulses in ein erstes Segment, das sich in einer ersten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung ausbreitet, und ein zweites Segment, das sich in der entgegengesetzten zweiten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung ausbreitet, so das jedes der Segmente einer nicht-linearen Phasenverschiebung unterworfen ist, wobei die Differenz der Phasenverschiebung des ersten Segments und des zweiten Segments in Abhängigkeit von der Eingangsleistung der optischen Pulse schwankt, gekennzeichnet durch: Auswählen der Eingangspulsspitzenleistung und der Wiederholungsrate der Eingangspulse, so das die Verstärkung des optischen Faserverstärkers in die Sättigung geht, so das die nicht-lineare Phasenverschiebungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Segment fixiert ist, um eine nicht-oszillierende Übertragungseigenschaft zu bewirken und das Interferometer in den Zustand schalten zu lassen, in dem die verarbeiteten Pulse von dem zweiten Eingangsport ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pulse so geformt sind, das die Pulsformeigenschaften des Interferometers nicht von der Eingangsleistung abhängen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schaltleistung des Interferometers gleich der Sättigungsleistung des Verstärkers ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der optische Koppler (4) einen Leistungskopplungskoeffizienten α zwischen 0,4 und 0,5 aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Ausgang bei einem zweiten Eingangsport aus rauschgefilterten optischen Pulsen mit im wesentlichen konstanter Spitzenleistung besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die optische Eingangspulsfolge des nicht-linearen optischen Interferometers Pulse (beinhaltet) mit wesentlichem Basisanteil, wobei der Ausgang von dem zweiten Eingangsport optische Pulse mit wesentlich reduziertem Basisanteil beinhaltet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Ausgang von dem zweiten Eingangsport Pulse mit einem Intensitätsprofil von sech² aufweist.

8. Optisches Übertragungssystem für die Verarbeitung einer optischen Pulsfolge mit optischen Pulsen, das umfaßt:

eine Quelle (24) für optische Pulse und ein nicht-lineares optisches Interferometer mit einem ersten Eingangsport (6), an dem optische Pulse von der Quelle (24) anliegen, wobei das nicht-lineare optische Interferometer einen optischen Vierport-Koppler (4) mit einem ersten (6) und einem zweiten (8) Eingangsport und einem ersten (10) und einem zweiten (12) Ausgangsport aufweist, eine optische Kopplervorrichtung (14) für die Kopplung des ersten und zweiten Ausgangsports mit einem optischen nicht-linearen Verlauf und einen optischen Faserverstärker (18) umfaßt, wobei der optische Koppler (4) den Eingangspuls in ein erstes Segment, das sich in einer ersten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung (14) ausbreitet, und ein zweites Segment, das sich in der entgegengesetzten zweiten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung (14) ausbreitet, aufspaltet, wobei jedes der Segmente einer nicht-linearen Phasenverschiebung unterworfen ist, wobei die Differenz in der Phasenverschiebung des ersten Segments und des zweiten Segments in Abhängigkeit von der Eingangsleistung der optischen Pulse variiert, dadurch gekennzeichnet, das: das optische Übertragungssystem so konfiguriert ist, das die Quelle (24) Pulse mit einer Pulsspitzenleistung und einer Wiederholungsrate ausgibt, so das die Verstärkung des optischen Faserverstärkers in die Sättigung geht, so das die nicht-lineare Phasenverschiebungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Segment fixiert ist, um eine nicht-oszillierende Übertragungseigenschaft zu bewirken und das Interferometer in den Zustand schalten zu lassen, in welchem die verarbeiteten Pulse von dem zweiten Eingangsport ausgegeben werden.

9. Optische Kommunikationsverbindung mit einer Quelle (24) für optische Pulse, einem optischen Faserübertragungspfad und einem Repeater innerhalb des Übertragungspfades, wobei der Repeater ein nicht-lineares optisches Interferometer (2) mit einem optischen Vierport-Koppler (4) mit einem ersten (6) und einem zweiten (8) Eingangsport und einem ersten (10) und einem zweiten (12) Ausgangsport umfaßt, eine optische Kopplervorrichtung (14) für das Koppeln des ersten und zweiten Ausgangsports mit einem optisch nicht-linearen Verlauf und einen optischen Faserverstärker (18), wobei optische Pulse von der Quelle (24) sich über den Übertragungspfad zu dem ersten Eingangsport (6) des Interferometers ausbreiten, wobei der optische Koppler (4) den Eingangspuls in ein erstes Segment, das sich in einer ersten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung (14) ausbreitet, und ein zweites Segment, das sich in der entgegengesetzten zweiten Richtung entlang der optischen Kopplervorrichtung (14) ausbreitet, aufspaltet, wobei jedes der Segmente einer nicht-linearen Phasenverschiebung unterworfen ist, wobei die Differenz der Phasenverschiebung des ersten Segments und des zweiten Segments in Abhängigkeit von der Eingangsleistung des optischen Pulses abhängt, dadurch gekennzeichnet, das: die optische Kommunikationsverbindung so konfiguriert ist, das die Quelle (24) Pulse mit einer Eingangspulsspitzenleistung und einer Wiederholungsrate ausgibt, so das die Verstärkung des optischen Faserverstärkers in die Sättigung geht, so das die nicht-lineare Phasenverschiebungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Segment fixiert ist, um eine nicht-oszillierende Übertragungseigenschaft zu bewirken und das Interferometer in den Zustand schalten zu lassen, in dem die verarbeiteten Pulse von dem zweiten Eingangsport ausgegeben werden.