DE69429418T2 - Rein optischer Inverter - Google Patents

Rein optischer Inverter

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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29Repeaters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
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Description

    Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Optik und insbesondere ein volloptisches Inverter-Wellenleiterbauelement.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Es werden gegenwärtig volloptische Signalverarbeitungs- und Telekommunikationseinrichtungen entwickelt, um die hohe Geschwindigkeit, die Festigkeit gegenüber elektromagnetischer Interferenz, die sehr große Bandbreite und Kapazität und die geringe Dämpfung, die geringe Verzerrung und das geringe Nebensprechen der Lichtwellenleitertechnologie, insbesondere in Formen, die optische Fasern verwenden, auszunutzen. Unter "volloptisch" wird verstanden, daß die Einrichtungen beziehungsweise Bauelemente nicht nur optische Eingänge und Ausgänge aufweisen, sondern daß die ganze dazwischenliegende Signalverarbeitung nicht elektrisch, sondern optisch erfolgt. Volloptische Bauelemente sind wünschenswerter als optoelektrische Bauelemente, die ein optisches Signal in ein elektrisches analoges Signal umwandeln, weil ein in dem einen optischen Bereich bleibendes Signal die charakteristischen Vorteile der Lichtwellentechnologie am besten ausnutzen kann. Außerdem erfordern volloptische Systeme im allgemeinen weniger Komponenten und sind weniger kompliziert als ihre optoelektrischen Gegenstücke, die ähnliche Funktionen ausführen.
  • Einer der ersten Bereiche, der sich bei der volloptischen Signalverarbeitung entwickelte, war die optische Verstärkung mit dem Erscheinen von optischen Halbleiterverstärkern und seltenerddotierten verstärkenden Lichtwellenleitern, wie etwa erbiumdotierten Lichtwellenleitern. Diese verstärkenden Fasern, die als erbiumdotierte Faserverstärker (EDFA) bekannt sind, weisen ein geringes Rauschen, eine relativ große polarisationsunabhängige Bandbreite, ein reduziertes Nebensprechen und eine geringe Einfügungsdämpfung auf und sind in der Herstellung relativ preiswert. Volloptische Verstärker weisen im Vergleich zu der konkurrierenden optoelektrischen Verstärkertechnologie wesentliche Leistungsvorteile auf. Bei volloptischen Verstärkern ist das Ausgangssignal die verstärkte Form des Eingangssignals, wobei ein Anstieg der Größe des Eingangssignals zu einem Anstieg der Größe des Ausgangssignals führt.
  • Es gibt ganz eindeutig einen Bedarf nach mehr, über die optische Verstärkung hinausgehenden volloptischen Bauelementen, um die charakteristischen Vorteile der Lichtwellentechnologie sowohl bei analogen als auch digitalen Anwendungen weiter auszunützen. So hat es zwar beispielsweise über viele Jahre elektrische Inverterbauelemente gegeben, doch ist bisher kein volloptisches Inverterbauelement realisiert worden. Bei einem Inverterbauelement steht das Ausgangssignal in umgekehrter Beziehung zu dem Eingangssignal, so daß ein Anstieg der Größe der Eingangssignalgröße zu einer Abnahme der Größe des Ausgangssignals führt.
  • Aus EP-A-519648 ist ein faseroptischer Verstärker bekannt, bei dem ein verlustbehaftetes nicht lineares Medium zwischen seinen Eingangsanschluß und seinen Ausgangsanschluß geschaltet ist. Die sich ergebende optische Rückkopplungsschleife gestattet eine abgesetzte Verstärkungsumschaltung des optischen Verstärkers.
  • Aus S. Yamakoshi ist in Inst. Phys. Conf. Ser. Nr. 112: Kapitel 1, Referat, vorgetragen bei dem Int. Symp. GaAs and Related Compounds, Jersey, 1990, Seiten 33-42, "Applications of bistable laser diodes" eine bistabile Laserdiode mit einem sättigbaren Absorber bekannt, der drei Zustände aufweist: EL, Lasern und Löschen, die durch Lichteinkopplung nacheinander gesteuert werden. Unter Ausnutzung dieser Phänomene zeigt er einen optisch gesteuerten Flipflop-Betrieb. Er erörtert auch einen Wellenlängenumsetzer, einen optischen Umsetzer, ein optisches Exclusive-OR-Gatter und eine andere Vielzahl optischer Logikfunktionen, die die spektral aufgelöste Lichtausgabe aus einer bistabilen Laserdiode mit einem einzelnen Längsschwingungsmodus verwendet. Anwendungen auf fortgeschrittene optische Systeme, photonisches Schalten mit Zeitteilungen und die optische Herausnehmeoperation werden demonstriert.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung wird in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt. Bevorzugte Formen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Ein volloptisches Inverterbauelement wird gemäß den Grundlagen der Erfindung unter Einsatz eines optischen Verstärkers erzielt, bei dem ein optisches Filter in eine Rückkopplungsschleife positioniert ist, die derart angeordnet ist, daß ein Ausgangssignal des optischen Verstärkers mit einer ersten charakteristischen Wellenlänge in umgekehrter Beziehung zu einem Eingangssignal in den optischen Verstärker mit einer zweiten charakteristischen Wellenlänge steht.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel von Elementen, die das volloptische Inverterbauelement bilden, gibt der volloptische Inverter ein optisches Signal bei einer ersten charakteristischen Wellenlänge aus, wenn an dem Eingang kein optisches Signal empfangen wird, und gibt ein Nullsignal aus (d. h. kein Signal), wenn an dem Eingang ein optisches Signal mit einer zweiten charakteristischen Wellenlänge, die sich mindestens vom Nennwert her von der ersten charakteristischen Wellenlänge unterscheidet, empfangen wird.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel von Elementen, die das volloptische Inverterbauelement bilden, gibt der volloptische Inverter ein optisches Signal mit einer ersten charakteristischen Wellenlänge aus, wenn an dem Eingang kein optisches Signal empfangen wird, und gibt entweder ein verstärktes Signal mit einer zweiten charakteristischen Wellenlänge oder ein Signal mit zwei Anteilen mit sowohl einer ersten als auch einer zweiten charakteristischen Wellenlänge aus, wenn am Eingang ein optisches Signal mit der zweiten charakteristischen Wellenlänge empfangen wird.
  • Das volloptische Inverterbauelement kann vorteilhafterweise in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen verwendet werden. So kann der volloptische Inverter beispielsweise vorteilhafterweise in digitalen Anwendungen als ein volloptisches Logikelement verwendet werden; in optischen Fernübertragungssystemen als analoger Fehlerlokalisierer; und als Kombination optische Pumpe und Signalverstärker als eine Komponente eines Wellenlängenumsetzers zur Verwendung in wellenlängengemultiplexten (WDM) Vermittlungssystemen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels von Elementen, die ein volloptisches Inverterbauelement gemäß einem Aspekt der Erfindung bilden;
  • Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der berechneten Ausgangsleistung des volloptischen Inverterbauelements von Fig. 1 als Funktion der Eingangssignalleistung für verschiedene Pumpleistungspegel;
  • Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm mit einer Wahrheitswerttabelle einer Anwendung des ersten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Diagramm mit einer Wahrheitswerttabelle einer Anwendung des ersten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels von Elementen, die ein volloptisches Inverterbauelement gemäß einem Aspekt der Erfindung bilden; und
  • Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Anwendung des zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels von Elementen, die einen volloptischen Inverter 15 gemäß der Erfindung bilden. Durch den aus einem undotierten Lichtwellenleiter bestehenden Rückkopplungsweg 30 werden der Ausgang und der Eingang des EDFA 10 gekoppelt. Der Fachmann versteht, daß es bei einigen Anwendungen der Erfindung möglicherweise wünschenswert ist, in dem Rückkopplungsweg 30 eine als sättigbares Dämpfungsglied wirkende seltenerddotierte Faser zu verwenden. Die vorteilhafte Verwendung von Dämpfungsgliedern wird unten ausführlicher beschrieben.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der EDFA 10 aus einer Pumpe 110, einem Multiplexer 120, einer erbiumdotierten Faser 130 und einem optischen Isolator 140, die so angeordnet sind, daß das Licht von der Pumpe 110 sich in entgegengesetzter Richtung zu dem Signal ausbreitet. Jede dieser Komponenten und die hier verwendeten Funktionen sind in der Technik wohl bekannt. Bei einigen Anwendungen der Erfindung ist es möglicherweise wünschenswert, die Komponenten in dem EDFA 10 derart anzuordnen, daß sich das Licht von der Pumpe 110 in gleicher Richtung oder bidirektional zu dem Signal ausbreitet. Das Bandpaßfilter 50 ist in einem Vorwärtszweig 60 zwischen dem Ausgang des EDFA 10 und dem optischen Ausgangskoppler 70 angeordnet. Der optische Ausgangskoppler 70 koppelt einen vorbestimmten Teil des sich im Vorwärtszweig 60 ausbreitenden Signals in den Rückkopplungszweig 30. Der optische Eingangskoppler 80 koppelt einen vorbestimmten Teil des sich in dem Rückkopplungszweig 30 ausbreitenden Signals in den Eingang des EDFA 10.
  • Wenn bei Betrieb an dem Eingang zu dem EDFA 10 kein optisches Signal anliegt, wird die verstärkte spontane Emission (ASE) von dem EDFA 10 mit der Wellenlänge λ&sub2; durch das optische Bandpaßfilter 50 gefiltert, wenn sich die ASE entlang dem Vorwärtszweig 60 ausbreitet. ASE wird durch den EDFA 10 aus dem verstärkten Licht erzeugt, das durch die spontane Emission von angeregten Erbiumionen aus der erbiumdotierten Faser 130 produziert wird. Ein Teil der gefilterten ASE wird aus dem Ausgang des EDFA 10 durch den optischen Ausgangskoppler 70 zur Rückkopplungsschleife 30 gekoppelt, wo er dann als Rückkopplungssignal durch den optischen Eingangskoppler 80 wieder in den EDFA 10 eingekoppelt wird. Dieses Rückkopplungssignal reicht aus, um eine stimulierte Emission in dem EDFA 10 zu bewirken, die zu einer selbsterregten Laserausgabe durch den volloptischen Inverter 15 bei der Wellenlänge λ&sub2; führt.
  • Wenn an dem Eingang des EDFA 10 ein optisches Eingangssignal mit der Wellenlänge λ&sub2; (das mindestens vom Nennwert her von λ&sub2; verschieden ist) anliegt, verstärkt der EDFA 10 ein Signal mit Wellenlängenanteilen λ&sub1; und λ&sub2;. Da die Gesamtverstärkung des volloptischen Inverters 15 durch die Länge des EDFA 10 festgelegt ist, nimmt die Größe des Ausgangsignals mit der Wellenlänge λ&sub2; proportional bis zur Sättigung des EDFA 10 ab, wenn die Größe des Eingangssignals mit der Wellenlänge λ&sub1; ansteigt. Durch die Sättigung wird die Verstärkung durch den EDFA 10 unter den Schwellwert reduziert, der zum Lasern mit der Wellenlänge λ&sub2; notwendig ist, wobei der volloptische Inverter 15 dann ein Nullsignal emittiert (d. h. kein Signal). Das auf den Durchlaß der Wellenlänge λ&sub2; abgestimmte und am Ausgang des EDFA 10 positionierte optische Bandpaßfilter 50 blockiert die Ausbreitung des verstärkten Eingangssignals mit der Wellenlänge λ&sub1; über den volloptischen Inverter hinaus. Da die Größe des von dem EDFA 10 mit der Wellenlänge λ&sub2; ausgegebenen optischen Signals in umgekehrtem Verhältnis zu der Größe des optischen Eingangssignals mit der Wellenlänge λ&sub1; steht, wird dadurch ein volloptischer Inverter erzielt.
  • Die folgende mathematische Darlegung sollte dem Fachmann beim Verständnis der detaillierten Funktionsweise der Erfindung helfen. Die Eingangs- und Ausgangsphotonenflüsse zu der erbiumdotierten Faser 130 stehen über die gekoppelten impliziten Gleichungen in Beziehung:
  • und
  • wobei λ&sub1; die Wellenlänge des Eingangssignals, λ&sub2; die Wellenlänge des Ausgangssignals, λp die Wellenlänge des Pumplichts in dem EDFA 10, q die Photonenflüsse, die in die erbiumdotierte Faser 130 eintreten und aus dieser austreten, α und g* die Absorptions- und Emissionskoeffizienten bei der Steuer- bzw. Pumpwellenlänge und ein Sättigungsparameter und L die Länge der erbiumdotierten Faser 130 ist.
  • Der Rückkopplungszweig 30 fixiert die Beziehung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des EDFA 10 mit der Wellenlänge λ&sub2;:
  • wobei Tin und Tout der Durchlässigkeitsgrad der optischen Komponenten am Eingang und Ausgang des EDFA 10 und Tf der Durchsetzigkeitsgrad des Rückkopplungszweigs 30 ist, wobei T&sub1; = TinToutTf, und Fin und Fout die Ankopplungsverhältnisse des optischen Eingangskopplers 80 beziehungsweise des optischen Ausgangskopplers 70 sind. Die Gleichungen (1) bis (3) werden auf eine explizite Gleichung für den Ausgang des EDFA 10 reduziert, die über dem Laserschwellwert gültig ist und die linear von den Leistungen des Pumpsignals und des Eingangssignals abhängt:
  • wobei die Übertragungsfunktion Hλ1 definiert ist als:
  • Hλ1 = (αλ2L - ln(T&sub1;FinFout)) - αλ1L i = 1,p (5)
  • und Qλ1 die in den EDFA 10 eintretenden und aus ihm austretenden Photonenflüsse sind. Damit die Gleichungen (4) und (5) gültig sind, muß der EDFA 10 wie ein Laser arbeiten, was erfordert, daß die Gesamtverstärkung durch die Kombination aus Vorwärtszweig 60 und Rückkopplungszweig 30 größer oder gleich Eins ist. Für den Fachmann ist klar, daß die Verstärkung durch die Kombination aus Vorwärtszweig 60 und Rückkopplungszweig 30 durch Ändern des Anteils des sich in dem Rückkopplungszweig 30 ausbreitenden Lichts ohne weiteres gesteuert werden kann, indem die Ankopplungsverhältnisse des Ausgangskopplers 70 und des Eingangskopplers 80 verändert werden. Es kann aber auch wünschenswert sein, ein steuerbares Dämpfungselement aufzunehmen, das in dem Rückkopplungszweig 30 positioniert ist, um die Verstärkung durch die Kombination aus Vorwärtszweig 60 und Rückkopplungszweig 30 zu steuern.
  • Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Gleichung (4), wobei die berechnete Ausgangsleistung des EDFA 10 als Funktion der Eingangssignalleistung unter den folgenden beispielhaften Bedingungen aufgetragen ist:
  • λp = 980nm
  • λ&sub1; = 1560nm
  • Tin = Tout = 0,8
  • Tf = 0,5
  • F&sub1; = F&sub2; = 0,5
  • L = 13m
  • = 1,5 · 10¹&sup5;m&supmin;¹s&supmin;¹
  • α = 0,38m&supmin;¹
  • g* = 0,62m&supmin;¹
  • Die Steigung (oder "Verstärkung") der Übertragungsfunktion Hλ1, ist unabhänging von der Pumpleistung und wird hauptsächlich durch die Terme für Durchlässigkeitsgrad Tin, Tout und Tf und die Ankopplungsverhältnisse Fin und Fout bestimmt. Wenn λ&sub1; λ&sub2;, αλ&sub1; = αλ&sub2;, und g*λ1 = g*λ2, dann reduziert sich die Verstärkungsübertragungsfunktion auf:
  • Somit wird die hohe Übertragungsfunktionsverstärkung durch eine schwache Rückkopplung erzielt, die durch einen kleinen Term TfFinFout gekennzeichnet ist. Zu diesem Ergebnis kommt es, weil der EDFA 10 auf eine hohe Verstärkung geklemmt wird, so daß auch das Eingangssignal eine hohe Verstärkung erfährt, wodurch die Ausgangsleistung des EDFA 10 ohne weiteres gesättigt wird. Der Fachmann versteht ohne weiteres, daß der Ausdruck TfFinFout vorteilhafterweise nachgestellt werden kann, um die Verstärkungscharakteristik des volloptischen volloptischen Inverters 15 abzuändern, indem beispielsweise der Durchlässigkeitsgrad Tf des Rückkopplungszweigs 30 durch Integrieren eines steuerbaren Dämpfungselements in den Rückkopplungszweig 30 geändert wird. Es kann aber auch wünschenswert sein, andere Elemente in den Rückkopplungszweig 30 zu integrieren, wie etwa sättigbare oder steuerbare Absorber und Modulatoren. Wie der Fachmann versteht, arbeitet der volloptische Inverter 15 wie ein analoger volloptischer Inverter, wenn die Steigung der Übertragungsfunktion Hλ1 = 1, wobei die Größe des Ausgangssignals im direkt umgekehrten Verhältnis zu der Größe des Eingangssignals steht.
  • Ein derartiges erstes Ausführungsbeispiel kann vorteilhafterweise in digitalen Anwendungen als ein volloptisches Logikelement verwendet werden. Falls das Eingangssignal mit der Wellenlänge λ&sub1; so gewählt wird, daß es eine ausreichende Größe zum Sättigen des EDFA 10 aufweist, dann funktioniert der volloptische Inverter 15 wie ein logisches NOT-Gatter durch Ausgeben eines Nullsignals, wenn das Eingangssignal anliegt, und durch Ausgeben eines Signals der Wellenlänge λ&sub2;, wenn kein Eingangssignal anliegt. Das NOT-Gatter wird zweckmäßigerweise durch das in Fig. 3 gezeigte, in der Technik bekannte Symbol dargestellt, und es funktioniert gemäß der folgenden Wahrheitswerttafel:
  • λ1 λ2
  • 1 0
  • 0 1
  • Zwei Signale mit Wellenlängen λ1a beziehungsweise λ1b, wobei λ1a und λ1b unter Umständen gleich sind, können unter Verwendung beispielsweise eines optischen 3dB- Kopplers an den Eingang des volloptischen Inverters 15 angekoppelt sein (Fig. 1). Der volloptische Inverter 15 arbeitet dann wie ein volloptisches NOR-Gatter, was zweckmäßigerweise durch das in Fig. 4 gezeigte, in der Technik bekannte Symbol dargestellt wird, und zwar gemäß der unten gezeigten Wahrheitswerttafel:
  • Durch das Vorliegen eines der Signal λ1a oder λ1b am Eingang zu dem volloptischen Inverter 15 (Fig. 1) wird der EDFA 10 (Fig. 1) gesättigt, damit er am Lasern gehindert wird, und um ein Ausganssignal mit der Wellenlänge λ&sub2; zu erzeugen. Da ein NOR-Gatter logisch eindeutig ist, ist für den Fachmann klar, daß der volloptische Inverter 15 gemäß einem Aspekt der Erfindung auf verschiedene Weise verwendet werden kann, um alle 16 Funktionen von zwei binären Eingangsvariablen zu implementieren.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 gezeigt, wobei das optische Bandpaßfilter 250 anstatt zwischen dem Ausgang des EDFA 210 und dem optischen Ausgangskoppler 270 auf dem Vorwärtszweig 260 in der Schleife 230 positioniert ist. Diese Anordnung gestattet, daß der volloptische Inverter 205 vorteilhafterweise beispielsweise in analogen Anwendungen als optischer Breitbandverstärker funktioniert. In diesem Ausführungsbeispiel kann es zum Lasern wie oben beschrieben kommen, da das optische Bandpaßfilter 250 die von dem EDFA 210 mit der Wellenlänge λ&sub2; erzeugte ASE filtert. Da der Ausgangskoppler 270 zwischen dem Ausgang des EDFA 210 und dem optischen Bandpaßfilter 250 positioniert ist, kann jedoch ein Teil des verstärkten Steuersignals von dem volloptischen Inverter 205 ausgegeben werden. Wenn die Amplitude des Eingangssignals kleiner ist, als für die Sättigung des EDFA 210 erforderlich ist, kann der volloptische Inverter 205 sogar ein Signal mit zwei Anteilen ausgeben, wobei der erste Anteil eine Wellenlänge λ&sub1; und der zweite Anteil eine Wellenlänge λ&sub2; aufweist. Falls die Amplitude des Eingangssignals auf einen Pegel ansteigt, der ausreicht, um den EDFA 210 zu sättigen, dann wird die Verstärkung durch den EDFA 210 unter den Schwellwert reduziert, der zum Lasern mit der Ausgangswellenlänge λ&sub2; erforderlich ist, und der volloptische Inverter 205 gibt nur das Eingangssignal mit der Wellenlänge λ&sub1; aus.
  • Ein Beispiel für eine analoge Anwendung der Erfindung besteht in der Verwendung des volloptischen Inverters als ein fehlerlokalisierender Repeater in Lichtwellenfernübertragungssystemen, wie in Fig. 6 gezeigt. Bei dem fest geschalteten Lichtwellenübertragungssystem 610 sind zwischen einem Sender 600 und einem Empfänger 630 eine Reihe volloptischer Inverter/Repeater 6201...k positioniert, die die Grundlagen der Erfindung ausnutzen. Bei diesem Beispiel sind drei beispielhafte volloptische Inverter/Repeater gezeigt. Die Anzahl der in einem gegebenen, fest geschalteten Lichtwellenübertragungssystem verwendeten volloptischen Inverter/Repeater würde natürlich von einer Reihe von Faktoren, die dem Fachmann wohl bekannt sind. Jeder volloptische Inverter/Repeater wird durch das Abstimmen eines Bandpaßfilters 250 (Fig. 5) in jedem Rückkopplungszweig 230 (Fig. 5) auf eine eigene identifizierende Wellenlänge identifiziert. Im Fall eines Signalverlusts durch einen Repeaterausfall, eine Leitungsunterbrechung oder einen anderen Fehler würde das beim Empfänger 630 empfangene optische Signal von dem ersten, als Laser arbeitenden ungesättigten volloptischen Inverter/Repeater stammen. Andere, weiter entlang der Übertragungsleitung positionierte volloptische Inverter/Repeater würden weiterhin durch das von diesem ungesättigten volloptischen Inverter/Repeater erzeugte optische Signal gesättigt werden, und die Signalwellenlänge beim Empfänger 630 würde die Stelle des Fehlers identifizieren. Zum Erzeugen eines Telemetriesignals zur Übertragung zu einer abgesetzten Stelle kann vorteilhafterweise die Modulation der Laserrückkopplung eingesetzt werden, indem beispielsweise ein in dem Rückkopplungszweig 230 (Fig. 5) positioniertes steuerbares Dämpfungselement verwendet wird. Ein Telemetriesignal kann aber auch durch Modulieren der Pumpe 310 in dem EDFA 210 (Fig. 5) gemäß in der Technik bekannten Verfahren erzeugt werden.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorteilhafterweise auch als eine Komponente eines Wellenlängenumsetzers verwendet werden. Wie der Fachmann weiß, können Wellenlängenumsetzer bei Übertragungsverfahren verwendet werden, bei denen optische Nichtlinearitäten zum Einsatz kommen, die in der Regel mit solchen Techniken wie dem Vierwellenmischen zwischen einer getrennten optischen Pumpquelle und einem Signalverstärker implementiert werden. Das Vierwellenmischen wird, auch wenn es hier nicht ausführlich vorgestellt wird, als ein vielversprechendes Mittel untersucht, um die chromatische Dispersion zu bekämpfen und abträgliche nichtlineare Effekte zu steuern. Der sowohl als optische Pumpquelle als auch Verstärker wirkende volloptische Inverter kann mit Vorteil in einem System verwendet werden, das das Vierwellenmischen mit einer reduzierten Anzahl von Elementen (und somit weniger Komplexität) verwendet. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, wird, wenn ein Eingangssignal mit der Wellenlänge λ&sub1; in den volloptischen volloptischen Inverter 205 bei einer Amplitude eingegeben wird, die unter der liegt, die zum Sättigen des EDFA 210 erforderlich ist, ein Signal mit zwei Anteilen mit den Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; von dem volloptischen volloptischen Inverter 205 ausgegeben. Dieses zwei Anteile aufweisende Signal kann optimiert werden, um eine starke nichtlineare Wechselwirkung in einem Wellenlängenumsetzer zu erzielen, wobei der Umsetzungswirkungsgrad eine Proportion zu Pp²Psignal ist, wobei Pp die Pumpleistung und Psignal die Steuersignalleistung ist. Die höchste Umwandlung wird somit erhalten, wenn etwa zwei Drittel der Ausgangsleistung des volloptischen Inverters 205 bei der Ausgangswellenlänge λ&sub2; und etwa ein Drittel bei der Steuerwellenlänge λ&sub1; liegt.
  • Die oben beschriebenen Anordnungen sind natürlich für die Anwendung der Grundlagen der Erfindung lediglich beispielhaft. Der Fachmann kann sich andere Anordnungen ausdenken, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. So ist es für den Fachmann beispielsweise offensichtlich, daß anstelle des EDFA 10 in Fig. 1 und des EDFA 210 in Fig. 5 ein optischer Halbleiterverstärker vorteilhafterweise verwendet werden kann, um eine schnellere Reaktion zum Zweck des Integrierens des volloptischen Inverters in einem photonischen integrierten Schaltungsbaustein zu gestatten.

Claims (26)

1. Vorrichtung zur Verwendung als Inverter, die folgendes umfaßt:
ein Verstärkungsmittel (10, 210) mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang zum Verstärken eines ersten optischen Signals mit einer vorbestimmten Größe und einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, das dem Eingang des Verstärkungsmittels zugeführt wird; und
ein Mittel (30, 32), das an den Eingang und den Ausgang des Verstärkungsmittels angekoppelt ist, um das optische Signal in dem optischen Bereich im Verstärkungsmittel zu halten;
gekennzeichnet durch
ein Mittel zum Erzeugen und Einkoppeln eines Signals mit einer Wellenlänge λ&sub1; am Eingang des Verstärkungsmittels (10, 210); und
ein Mittel, das auf ein erstes optisches Signal mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, reagiert (50, 250), um als Ausgangssignal ein zweites optisches Signal mit einer vorbestimmten Größe und einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist, zu liefern, wenn das erste optische Signal in den Eingang des Verstärkungsmittels eingekoppelt wird, wobei λ&sub1; und λ&sub2; mindestens vom Nennwert her unterschiedlich sind und die Größe des zweiten optischen Signals in umgekehrter Beziehung zu der Größe des ersten optischen Signals steht.
2. Vorrichtung zur Verwendung als Inverter, die folgendes umfaßt:
ein Verstärkungsmittel (10, 210) mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang zum Verstärken eines optischen Signals; und
ein Rückkopplungsmittel (20, 320) mit einem Signalweg zum Koppeln des Ausgangssignals an den Eingang des Verstärkermittels,
gekennzeichnet durch
ein Mittel zum Erzeugen und Einkoppeln eines Signals mit einer Wellenlänge λ&sub1; am Eingang des Verstärkungsmittels (10, 210); und
wobei das Rückkopplungsmittel so ausgelegt ist, daß sich ein optisches Signal mit einer anderen Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist, in dem Signalweg ausbreitet und an dem Eingang empfangen wird und bewirkt, daß das Verstärkungsmittel den Betrieb in mindestens einem ersten Zustand einleitet, wenn in den Eingang des Verstärkungsmittels (10, 210) kein optisches Signal eingekoppelt wird; und daß die Vorrichtung weiterhin folgendes enthält:
ein in dem Signalweg im Rückkopplungsmittel angeordnetes Wellenlängenauswahlmittel (50, 250) zum Begrenzen eines sich in dem Signalweg ausbreitenden Signals auf eine Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist; und
ein an den Eingang des Verstärkungsmittels angekoppeltes Mittel zum Steuern des Verstärkungsmittels, so daß ein Signal mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, das bei dem Eingang eingekoppelt wird, bewirkt, daß das Verstärkungsmittel mindestens einen zweiten, anderen Betriebszustand aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erste Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einem ersten und einem zweiten Anteil zu erzeugen, wobei der erste Anteil eine Wellenlänge aufweist, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, und der zweite Anteil eine Wellenlänge aufweist, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Nullausgangssignal zu erzeugen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Verstärkungsmittel einen erbiumdotierten Faserverstärker (130) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Verstärkungsmittel einen optischen Halbleiterverstärker (10) umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Rückkopplungsmittel (30, 230) einen Lichtwellenleiter umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Rückkopplungsmittel (30, 230) weiterhin ein erstes optisches Kopplermittel (70, 270), das in dem Signalweg zwischen dem Ausgang des Verstärkungsmittels und dem Lichtwellenleiter angeordnet ist, um den Lichtwellenleiter an den Ausgang des Verstärkungsmittels anzukoppeln, und ein zweites optisches Kopplermittel (80, 280), das in dem Signalweg zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Eingang des Verstärkungsmittels angeordnet ist, um den Lichtwellenleiter an den Eingang des Verstärkungsmittels anzukoppeln, enthält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Wellenlängenauswahlmittel (50) in dem Signalweg zwischen dem Ausgang des Verstärkungsmittels und dem ersten optischen Kopplermittel (70, 270) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Wellenlängenauswahlmittel (250) in dem Signalweg zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Kopplermittel angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Rückkopplungsmittel (30, 230) ein Mittel zum Modulieren eines sich auf dem Signalweg ausbreitenden optischen Signals enthält, um ein Telemetriesignal zu erzeugen.
14. Verfahren mit den folgenden Schritten:
Verstärken eines ersten optischen Signals mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, das einem Eingang eines optischen Verstärkers (10, 210) mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang zugeführt wird; und
Koppeln des Eingangs und des Ausgangs des optischen Verstärkers, so daß das optische Signal in dem optischen Bereich im optischen Verstärker gehalten wird;
gekennzeichnet durch
Einkoppeln eines Eingangssignals einer Wellenlänge λ&sub1; am Eingang des Verstärkungsmittels (10, 210), um zu bewirken, daß als Ausgangssignal ein zweites optisches Signal mit einer anderen Wellenlänge erzeugt wird, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist, wobei das zweite optische Signal in umgekehrter Beziehung zu dem ersten optischen Signal mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, steht.
15. Verfahren, das die folgenden Schritte umfaßt:
Verstärken eines optischen Signals unter Einsatz eines Verstärkungsmittels (10, 210) mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang;
Koppeln des Ausgangs des Verstärkungsmittels an den Eingang des Verstärkungsmittels unter Einsatz des Rückkopplungsmittels (30, 230) mit einem Signalweg, so daß sich ein optisches Signal mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist, in dem Signalweg ausbreitet und an dem Eingang empfangen wird und bewirkt, daß das Verstärkungsmittel einen Betrieb in mindestens einem ersten Zustand einleitet;
gekennzeichnet durch
Begrenzen eines sich in dem Signalweg ausbreitenden Signals auf eine Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist; und
Steuern des Verstärkungsmittels durch Einkoppeln eines Signals mit einer anderen Wellenlänge, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, an dem Ausgang, um zu bewirken, daß das Verstärkungsmittel mindestens einen zweiten, anderen Betriebszustand aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der erste Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist.
18. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Ausgangssignal mit einem ersten und einem zweiten Anteil zu erzeugen, wobei der erste Anteil eine Wellenlänge aufweist, die im wesentlichen gleich λ&sub1; ist, und der zweite Anteil eine Wellenlänge aufweist, die im wesentlichen gleich λ&sub2; ist.
19. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der zweite Betriebszustand beinhaltet, ein Nullausgangssignal zu erzeugen.
20. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Verstärkens ein Verstärkungsmittel (10, 210) mit einen erbiumdotierten Faserverstärker einsetzt.
21. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Verstärkens ein Verstärkungsmittel (10, 210) mit einem optischen Halbleiterverstärker einsetzt.
22. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Koppelns ein Rückkopplungsmittel (30, 230) mit einem Lichtwellenleiter umfaßt.
23. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Rückkopplungsmittel (30, 230) weiterhin ein erstes optisches Kopplermittel (70, 270), das in dem Signalweg zwischen dem Ausgang des Verstärkungsmittels (10, 210) und dem Lichtwellenleiter angeordnet ist, um den Lichtwellenleiter an den Ausgang des Verstärkungsmittels anzukoppeln, und ein zweites optisches Kopplermittel (80, 280), das in dem Signalweg zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Eingang des Verstärkungsmittels angeordnet ist, um den Lichtwellenleiter an den Eingang des Verstärkungsmittels anzukoppeln, enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Begrenzens das Wellenlängenauswahlmittel (50) einsetzt, das in dem Signalweg zwischen dem Ausgang des Verstärkungsmittels (10, 210) und dem ersten optischen Kopplermittel angeordnet ist.
25. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Begrenzens das Wellenlängenauswahlmittel (250) einsetzt, das in dem Signalweg zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Kopplermittel angeordnet ist.
26. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Rückkopplungsmittel (30, 230) ein Mittel zum Modulieren eines sich auf dem Signalweg ausbreitenden optischen Signals enthält, um ein Telemetriesignal zu erzeugen.
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