DE69623219T2

DE69623219T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Veränderung der Spektraleigenschaften von optischen Signalen

Info

Publication number: DE69623219T2
Application number: DE69623219T
Authority: DE
Inventors: Massimo Artiglia; Ernesto Ciaramella
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: ITTO950782A0; ITTO950782A1; DE767395T1; EP0767395A3; DE69623219D1; CA2186819A1; JPH09127563A; EP0767395A2; IT1281374B1; US5754334A; EP0767395B1; CA2186819C; JP2858400B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lichtleit-Kommmunikationssysteme und betrifft speziell eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Modifizieren der spektralen Charakteristiken optischer Signale. Vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, wird die Erfindung dazu angewandt, die chromatische Dispersion optischer Signale, die über Übertragungsträger wie Lichtleitfasern gesendet werden, auszugleichen. Der Ausdruck "chromatische Dispersion" wird hier gebraucht, um sowohl die Charakteristik des Übertragungsmediums als auch den Effekt auf die übertragenen Signale zu bezeichnen.
Lichtleitfaser-Kommunikationssysteme verwenden als ihre Übertragungsträger gewöhnlich Siliciumdioxid-Lichtleitfasern. Diese Fasern haben bei Wellenlängen im sogenannten "zweiten Übertragungsfenster" (Wellenlängen um 1,3 um) eine minimale Dispersion (im wesentlichen Null).
Zum Ausgleichen der Dämpfung der optischen Signale aufgrund des Fortschreitens entlang der Faser werden in zunehmendem Umfang optische Verstärker verwendet, die dazu ausgebildet sind, die optischen Signale direkt zu verarbeiten, so daß man in den Zwischenverstärkern keine optisch/elektrische Umsetzung und keine elektrisch/optische Umsetzung benötigt. Diese optischen Verstärker umfassen gewöhnlich einen Abschnitt einer mit Seltenerde-Metallen, insbesondere Erbium, dotierten Lichtleitfaser. Zumindest derzeit arbeiten diese Verstärker mit ihrer höchsten Verstärkungseffizienz im dritten Übertragungsfenster (Wellenlängen um 1,55 um) und nicht im obengenannten zweiten Übertragungsfenster: Bei diesen Wellenlängen haben die üblichen SiO&sub2;-Fasern eine minimale Dämpfung, jedoch ist ihre chromatische Dispersion groß, nämlich in der Größenordnung von 15 bis 20 ps/nm·km; dies resultiert in einer erheblichen Verbreiterung der Impulse, was eindeutig ein Hindernis für eine Fernübertragung mit hoher Bit- Rate (> 2,5 Gbit/s) ist.
Es sind im Handel dispersionsverschobene Lichtleitfasern erhältlich, die in Übereinstimmung mit dem dritten Fenster eine minimale Dispersion aufweisen: Diese Fasern können jedoch nur für neue Installationen verwendet werden, da es (aus offensichtlichen Kostengründen) nicht realistisch ist, die bereits verlegten und gegenwärtig im Gebrauch befindlichen Lichtleitfasern auszutauschen.
Es bleibt also das Problem bestehen, die Dispersion, der optische Signale unterworfen sind, die mit Wellenlängen im dritten Fenster übertragen werden, und die als Effekt des Fortschreitens entlang konventionellen Fasern auftritt, zu kompensieren.
Dieses Problem ist in der Technik bereits auf unterschiedliche Weise angegangen worden, und ein Überblick über diese Techniken findet sich in Artikel "Unleashing the Full Capacity of the Installed Fibre Base" von D. N. Payne, R. I. Laming, D. J. Richardson und A. Grudinin, vorgestellt auf der ECOC 93, Montreux (Schweiz), 12. bis 16. September 1993, Papier WeC8.1, Band 1, Seiten 92 bis 94.
Unter den verschiedenen zum Kompensieren der chromatischen Dispersion vorgeschlagenen Techniken ist die sogenannte spektrale Inversion auf der Streckenmitte eine speziell elegante Lösung. Gemäß dieser Technik wird das Signal, wenn es entlang der ersten Hälfte einer Verbindungsstrecke fortgeschritten ist, in ein Signal mit solchen spektralen Charakteristiken umgewandelt, daß es, während es durch die zweite Hälfte der Verbindungsstrecke läuft, den Effekt der Dispersion rückgängig macht, der es in der ersten Hälfte unterworfen wurde. Diese Technik des Modifizierens der spektralen Charakteristiken des optischen Signals, die auch als Optische Phasenkonjugation bekannt ist, ist beispielsweise beschrieben in dem Artikel "Compensation for channel dispersion by nonlinear optical phase conjugation" von A. Yariv, D. Fekete und D. M. Pepper, Optics Letters, Band 4, Seiten 52 bis 54.
Diese Technik als Grundlage nehmend, beschreibt der Artikel "Compensation of Chromatic Dispersion in a Single-Mode Fiber by Optical Phase Conjugation" von S. Watanabe, T. Naito und T. Chikama, IEEE Photonics Technology Letters, Band 5, Nr. 1, Januar 1993, Seiten 92 bis 95, eine Lösung, bei der das optische Signal, das der Kompensation der chromatischen Dispersion zu unterwerfen ist, durch einen Faserverstärker läuft (der typischerweise mit Er³&spplus; dotiert ist), dann mit einem optischen Pumpsignal gekoppelt wird - das beispielsweise von einem Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB, distributed feedback), der mit einer Wellenlänge von 1549 nm arbeitet, emittiert wird - und schließlich in eine 23 km lange dispersionsverschobene Faser eingeleitet wird. Der gesamte Prozeß resultiert durch das als Vier- Wellen-Mischen (oder FWM, four wave mixing) bekannte nichtlineare optische Phänomen in einer phasenkonjugierten Welle, die, nachdem sie durch ein um die Wellenlänge 1552 nm zentriertes optisches Bandpaßfilter geleitet worden ist, wiederum durch einen Faserverstärker verstärkt wird, bevor sie weiter auf der Verbindungsstrecke fortschreitet.
Ein wesentlicherer Nachteil der im Artikel von Watanabe u. a. beschriebenen Lösung (die die Lösung ist, auf denen die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 16 beruhen) ist ihr niedriger Umwandlungswirkungsgrad, typischerweise um -20 dB für Verschiebungen der Größenordnung 2 bis 3 nm zwischen den Wellenlängen der Pumpquelle und des Signals, das umgewandelt wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, unter anderem, diesen wesentlicheren Nachteil zu überwinden.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung und ein Verfahren, wie sie in den Ansprüchen 1 bzw 16 beansprucht sind.
Es sollte diesbezüglich auch im Auge behalten werden, daß, wie oben dargelegt, obwohl das im folgenden im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung speziell das Problem der Kompensation der chromatischen Dispersion behandelt, der Bereich der Erfindung sehr allgemein ist, da die Erfindung dazu verwendet werden kann, auch andere Prozesse der Modifizierung der spektralen Charakteristiken eines optischen Signals durchzuführen, beispielsweise Frequenzverschiebungen und ähnliche Operationen.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Modulations-Instabilität, die eine unlineare Erscheinung ist, welche in Lichtleitfasern auftritt, die unter Bedingungen der anomalen Dispersion für hohe Werte der Lichtleistung arbeiten (typischerweise über 10 dBm).
Insbesondere zeigen von der Anmelderin durchgeführte Experimente, daß durch Ausnützung der Modulations-Instabilität und somit durch Arbeiten im Bereich anomaler Dispersion der Faser ein viel breiteres Umwandlungsband erhalten wird und der Wirkungsgrad viel höher ist (typischerweise im Bereich von -5 dB bis +5 dB, so daß es sogar möglich ist, eine Umwandlungsverstärkung zu erzielen).
Modulations-Instabilität wird in der Technik bereits verwendet, beispielsweise zur Bestimmung des Kerr-Nichtlinearitäts-Koeffizienten in einer Monomode- Lichtleitfaser, wie es im Artikel "Using modulation instability to determine Kerr coefficient in optical fibres" von M. Artiglia, E. Ciaramella und B. Sordo, Electronics Letters, 8. Juni 1995, Band 31, Nr. 12, Seiten 1012 bis 1013, beschrieben ist.
Die Erfindung wird nun, nur als nicht begrenzendes Beispiel, unter Bezugnahe auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Blockschaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Korrigieren der chromatischen Dispersion optischer Signale,
- Fig. 2 eine grafische vergleichende Darstellung, die den Umwandlungswirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt, und
- Fig. 3, mit zwei übereinander liegenden Teilen, die als a bzw b bezeichnet sind, eine weitere grafische Darstellung, die das Betriebsverhalten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Theoretische Grundlage der Erfindung

Zwecks klarer Terminologie und zum Verständnis ist es angemessen, hier einige Grundgedanken in Erinnerung zu rufen, die mehrfach im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung genannt werden.
Bei den meisten für das Fortschreiten optischer Signale verwendbaren Materialien (der Begriff "optische" wird hier im breitesten Sinne verwendet, ohne ihn auf den Bereich der sichtbaren Strahlung zu begrenzen) wird bei ausreichend hohen Leistungen der sogenannte optische Kerr-Effekt bedeutsam: Aufgrund dieses Effekts hängt der Brechungsindex des Mediums von der optischen Intensität I der im Medium fortschreitenden Strahlung gemäß der Beziehung ab:
n(I) = n&sub0; + nI
wobei n(I) den Wert des Brechungsindex als Funktion der Intensität I (und somit der Leistung) der im Medium fortschreitenden Strahlung angibt, n&sub0; der lineare Brechungsindex ist (konstant) und n&sub2; der sogenannte nichtlineare Koeffizient des Brechungsindex ist (der auch einfach nichtlinearer Brechungsindex genannt wird).
Eines der Ergebnisses des optischen Kerr-Effekts ist die sogenannte "Modulations-Instabilität", eine Erscheinung, die auftritt, wenn ein optisches Signal hoher Leistung ("Pump"-Signal) in einem dispersiven Medium, insbesondere einer Lichtleitfaser, unter anomalen Dispersionsbedingungen fortschreitet, d. h. wenn die Wellenlänge λp des Pumpsignals höher ist als die Wellenlänge λ&sub0; der Faser bei Nulldispersion. Als Effekt dieser Erscheinung wird ein stetiges optisches Signal unstabil (daher der Name des Effekts) und erzeugt im optischen Spektrum zwei Verstärkungsbänder, die symmetrisch in Bezug zu seiner Frequenz angeordnet sind.
Die Formen und Positionen dieser Bänder hängen von der Leistung des Pumpsignals und vom chromatischen Dispersionskoeffizienten des Mediums ab. Speziell kann unterstellt werden, daß der maximale Verstärkungskoeffizient dieser Bänder proportional der Pumpleistung ist und daß die Breite der Bänder mit zunehmender Pumpleistung und mit abnehmendem chromatischem Dispersionskoeffizienten zunimmt.
Im wesentlichen beruht die erfindungsgemäße Lösung auf der Ermittlung der Tatsache, daß, wenn ein weiteres optisches Signal (Informationssignal) zusätzlich zum Pumpsignal in das Medium eingeleitet wird, und zwar in Übereinstimmung mit einem dieser Verstärkungsbänder, ein Doppelphänomen stattfindet: Das Informationssignal wird durch die Modulations-Instabilität der Pumpe verstärkt und gleichzeitig wird das (also spektral invertierte) Spiegelbild der Pumpe erzeugt, wodurch man zusätzlich zu einer Frequenz- oder Wellenlänge-Verschiebung die gesuchte Erscheinung der spektralen Inversion, die auch als optische Phasenkonjugation bekannt ist, erhält.
Um den gewünschten Effekt zu erzielen, ist es im allgemeinen von Bedeutung, daß hohe Pumpleistungen verfügbar sind (typischerweise in der Größenordnung von 10 dBm oder mehr). Da außerdem das konjugierte Signal leicht sowohl vom Signal, das der Umwandlung unterworfen wird, als auch vom Pumpsignal abgetrennt werden können muß, muß der Wellenlängenabstand zwischen den Signalen so sein, daß diese Abtrennung des konjugierten Nutzsignals möglich ist. Diese Operation wird mit Hilfe optischer Filter durchgeführt (die in der üblichen Praxis Bandbreiten von etwa 1 nm haben). Im Ergebnis ist es also wichtig, daß das spektrale Band, an dem das Nichtlinearitätsphänomen eine wirksame Umwandlung durchführen kann, ausreichend breit ist. Diese Bedingung kann erfüllt werden, indem man in einer Lichfleitfaser mit ausreichend niedrigen Werten des chromatischen Dispersionskoeffizienten β2 arbeitet, nämlich beispielsweise unter 0,1 ps/(nm·km). Dies ist beispielsweise bei einer dispersionsverschobenen Faser (DSF) zu erzielen, wenn die Pumpwellenlänge λp höher ist als die Nulldispersions Wellenlänge λ&sub0; der Faser und so nah als möglich bei ihr liegt (beispielsweise mit einem Abstand von etwa 1 nm).
Es muß hervorgehoben werden, daß beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel die Pumpwellenlänge jedenfalls im Bereich der anomalen Dispersion der Dispersionsverschiebungsfaser liegen muß. Unter diesen Bedingungen kann man den Beitrag aufgrund der nichtlinearen Phasenverschiebung, die eine Verbreiterung der verwertbaren Umwandlungsbandbreite bewirkt, voll ausnützen.
Jedenfalls kann die erfindungsgemäße Lösung in jedem beliebigen Medium angewandt werden, das die Erscheinung der Modulations-Instabilität zeigt. Wenn im folgenden speziell beispielhaft auf die Verwendung einer dispersionsverschobenen Faser Bezug genommen wird, sollte dies also nicht als absolute und beschränkende Charakteristik der erfindungsgemäßen Lösung aufgefaßt werden.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Blockschaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll (idealerweise an der Streckenmitte) in einer Lichtleitfaser-Verbindungsstrecke angeordnet sein, und zwar zwischen zwei Abschnitten, die als SMF1 bzw SMF2 bezeichnet sind, um an einem Signal, das auf der Faser fortschreitet, eine optische Phasenkonjugation durchzuführen.
Am Eingang der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird ein optisches Signal mit der Wellenlänge λs (Informationssignal), das auf dem Abschnitt SMF1 vorliegt, durch eine Polarisationssteuervorrichtung 2 bekannter Bauart geleitet, die es ermöglicht, daß sowohl das in die Vorrichtung einlaufende Informationssignal als auch ein von einer Lichtstrahlungsquelle 3 erzeugtes Pumpsignal gleichen Polarisationszustand annehmen. Das Vorhandensein des gleichen Polarisationszustands beim Informationssignal und beim Pumpsignal ist zwar kein wesentliches Erfordernis, kann aber die Effizienz der optischen Phasenkonjugation maximieren. Andererseits kann offensichtlich die Polarisationssteuerung auch am von der Quelle 3 kommenden Pumpsignal durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Quelle 3 eine Laserdiode, beispielsweise ein DFB-Laser, der mit einer Emissionswellenlänge λp arbeitet, die in der Nähe der Nulldispersionswellenlänge λ&sub0; eines optischen Mediums 4 liegt, in dem die Phasenkonjugation erfolgt (mit einem Abstand von typischerweise in der Größenordnung von 1 nm). Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel muß λp höher sein als λ&sub0;.
Gemäß der gegenwärtig als bevorzugenswert angesehenen Wahl umfaßt das Medium 4 einen Abschnitt, der beispielsweise 10 bis 20 km lang ist, einer dispersionsverschobenen Faser mit beispielsweise λ&sub0; = 1551 nm und einer Dämpfung in der Größenordnung von 0,25 dB/km. Die Wellenlänge λs des Informationssignals und die Wellenlänge λp des Pumpsignals waren beim hier beschriebenen Beispiel 1550 nm bzw 1552 nm.
Das Bezugszeichen 5 zeigt eine Modulationsvorrichtung, die mit der Pumpquelle 3 verbunden ist und Zwecke erfüllt, die später genauer erläutert werden.
Über einen optischen Koppler 6 wird das von der Polarisationssteuervorrichtung 2 kommende Signal mit dem von der Quelle 3 kommenden Pumpsignal kombiniert und dann, nachdem es in einer optischen Verstärkungsstufe 7 verstärkt worden ist, in die Faser 4 eingeleitet. Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Stufe 7 zwei optische Verstärker, die aktive Fasern verwenden und ein Lichtsignal erzeugen, dessen Pegel in der Größenordnung von 15 dBm ist: Dieser Pegel ist ausreichend hoch, um Modulations-Instabilität und einen guten Umwandlungswirkungsgrad zu erzeugen.
Allerdings sind Einzelverstärker, die Ausgangsleistungen über 20 dBm liefern, heutzutage bereits verfügbar. Die Ausführung der Stufe 7 als zwei in Kaskade betriebene Elemente wird deshalb nur als nicht begrenzendes Beispiel genannt. Jedenfalls kann aber hierdurch eine zusätzliche Verbesserung des Betriebsverhaltens der Vorrichtung erwartet werden, da die Ausgangsleistung der Verstärkerstufe 7 zunimmt.
Schließlich bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine optische Filterstufe, deren Funktion es ist, aus dem aus der Faser 4 austretenden Signal die Spektralkomponenten zu beseitigen, die den Resten des Pumpsignals und des Eingangssignals entsprechen, und nur das konjugierte Signal durchzulassen (beim vorliegenden Beispiel mit einer Wellenlänge von etwa 1554 nm). Auch in diesem Fall kann die Stufe 8 ein einzelnes Filter umfassen, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, oder mehrere in Kaskade angeordnete Filter. Es ist jedoch zu beachten, daß diese Filterungsaktion nicht innerhalb der konjugierenden Vorrichtung 1 durchgeführt werden muß. Sie kann auch am Ausgang des Verbindungsabschnitts SMF2 ausgeführt werden, unmittelbar vor dem Empfänger, in dem das empfangene optische Signal erfaßt wird. In der Vorrichtung kann die Stufe 8 deshalb fehlen.
Einleitungsleistungen wie die hier betrachteten (in der Größenordnung von 10 bis 20 dBm oder mehr) zum Einleiten in eine Lichtleitfaser erfordern üblicherweise spezielle Maßnahmen. Ist die Emissionslinie der Pumpquelle 3 schmal (beispielsweise weniger als 20 MHz), so zeigt die Faser 4 ein weiteres Nichtlinearitäts-Phänomen (bekannt als stimulierte Brillouin-Streuung), das überhalb einer bestimmten Leistungsschwelle (etwa 6 dBm, also bei niedrigeren Pegeln als den bei der Durchführung der Erfindung betrachteten Einleitungspegeln) eine nichtlineare Dämpfung des Pumpsignals bewirkt. Hierbei würde die Erhöhung der Pumpleistung den Wirkungsgrad der spektralen Inversion nicht wesentlich erhöhen.
Zur Erhöhung der Schwelle der stimulierten Brillouin-Streuung muß auf das von der Quelle 3 erzeugte Pumpsignal dazu eingewirkt werden, daß es die Emissionslinie in gesteuerter Weise verbreitert. Dies kann entweder durch eine schwache Modulation des Treiberstroms der Quelle 3 durch die Modulationsvorrichtung 5 bewirkt werden, wie es in der Figur dargestellt ist, oder durch direkte Phasenmodulation des von der Quelle emittierten optischen Signals mit Hilfe eines elektrooptischen Modulators, der ebenfalls von bekannter Bauart ist.
Die spektrale Verbreiterung des Pumpsignals an sich könnte einen Verlust an Originaltreue bei der Reproduktion des invertierten Spektrums bewirken. Es ist deshalb wichtig, einen brauchbaren Kompromiß zwischen dem Erfordernis, die Schwelle der stimulierten Brillouin-Streuung anzuheben, und der Notwendigkeit, die Wiedergabetreue des durch die optische Phasenkonjugation erzielten Spektrums zu wahren, zu erreichen. Bei der dargestellten Lösung (Treiberstrom-Modulation) wurde beispielsweise die Verbreiterung der Emissionslinie der Quelle 3 auf Werte in der Größenordnung von 0,5 bis 1 GHz als guter Kompromiß ermittelt.
Das Diagramm in Fig. 2 zeigt den Umwandlungswirkungsgrad (in dB) in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den Wellenlängen λs des Informationssignals und λp des Pumpsignals im Fall der Erfindung (Kurve A) und im Fall der aus dem Artikel von Watanabe u. a. bekannten Lösung (Kurve B). Der Umwandlungswirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis Pc(L)/Ps(O), wobei Pc(L) der Pegel des konjugierten optischen Signals am Ausgang der Faser 4 und Ps(O) der Pegel des optischen Signals am Eingang dieser Faser (also unter Bezugname auf den Schaltplan von Fig. 1 nach der Verstärkung in der Verstärkerstufe 7) sind.
Die Fig. 3 zeigt zwei optische Spektren, die mit hoher Auflösung (0,1 nm) gemessen sind, einer am Ausgang der Faser 4 unmittelbar vor der Filterungsstufe 8 beobachteten Strahlung (Kurve a) bzw einer nach der Filterungsstufe 8 beobachteten Strahlung (Kurve b). Die Kurve (a) zeigt deutlich das Pumpsignal (λp), das Informationssignal, dessen spektrale Charakteristiken modifiziert werden (λs), und das konjugierte Signal (λc) zusätzlich zu einigen vernachlässigbaren Intermodulationsprodukten, die ebenfalls auf nichtlinearen Zwischenaktionen beruhen. Deutlich sichtbar ist die Umwandlung des Spektrums des Signals spiegelbildlich in sein konjugiertes Signal. Wie klar ersichtlich ist, ergibt der vorgeschlagene Umwandlungsprozeß viel niedrigere Verluste als das bekannte Verfahren (etwa 2 dB gegen 20 dB). Auf der anderen Seite bezieht sich die Kurve (b) auf das konjugierte Signal, wie es in der zweiten Hälfte der Verbindung übertragen wird (im dargestellten Fall ist der Abschnitt SMF2 100 km lang und hat eine Dämpfung von etwa 0,22 dB/km). Dieses Signal der Kurve (b) unterliegt also im Vergleich zum vorherigen Signal sowohl dem Effekt der vom Filter 8 durchgeführten Filterung als auch der Dämpfung des Verbindungsabschnitts SMF2. Die Spitze des konjugierten Signals in der Kurve (b) wird also um etwa 22 dB im Vergleich zur entsprechenden Spitze in der Kurve (a) gedämpft.
Soweit die Prinzipien der Erfindung verwirklicht sind, können natürlich die Implementierungs-Einzelheiten und die praktischen Ausführungen im Vergleich zum Beschriebenen und Dargestellten in weitem Umfang variieren, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dies gilt in erster Linie für die Wahl des Mediums, in dem die Interaktion zwischen dem zu kompensierenden Signal und dem Pumpsignal durch Ausnützung der Modulations-Instabilität, die auf dem optischen Kerr-Effekt beruht, durchgeführt wird. Wie oben dargelegt, muß das Medium nicht eine dispersionsverschobene Faser sein, wenngleich eine solche derzeit als bevorzugte Wahl angesehen wird. Beispielsweise kann das Medium 4 eine Faser mit Verstärkungseigenschaften sein (beispielsweise eine aktive Faser oder eine Faser, in der eine Verstärkung aufgrund des Raman-Effekts durchgeführt wird), mit geeigneten Dispersionseigenschaften (λ&sub0; geringfügig niedriger als λp): In diesem Fall könnte das Medium auch noch die Funktionen der Verstärkungsstufe 7 erbringen.
Entsprechend muß dann, wenn ein Pumpsignal mit ausreichend hohem Pegel am Ausgang der Vorrichtung 3 verfügbar ist (in der möglicherweise ein Modulator wie der Modulator 5 auch einbezogen sein kann), das Pumpsignal nicht durch die Verstärkungsstufe 7 hindurchlaufen. Natürlich gilt das gleiche Prinzip auch für das Informationssignal am Eingang der Vorrichtung 1, wenn dessen Pegel ausreichend hoch ist, beispielsweise indem das Signal unmittelbar vor dem Eintreten in die Vorrichtung 1 verstärkt worden ist. Unter diesen Bedingungen kann die Verstärkungsstufe 7 wegfallen. Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß unabhängig von der Art und Weise, in der die gewünschten Leistungen am Eingang des Mediums 4 erhalten werden, aufgrund des hohen Umwandlungs-Wirkungsgrads, der durch die Modulations-Instabilität erhalten wird, die Erfindung es ermöglicht, den in der bekannten Vorrichtung vorhandenen Ausgangsverstärker wegzulassen, mit den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, die aus einer Reduktion der Zahl der Bauteile resultieren.
Wie oben dargelegt, ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf die Kompensation der chromatischen Dispersion beschränkt. Die Erfindung kann beispielsweise auch angewandt werden, um eine Frequenzverschiebung von Signalen durchzuführen, die nicht im Übermaß durch chromatische Dispersion verbreitert sind: Dies kann beispielsweise nützlich sein, um Wellenlängenwandler zu bauen, indem man das Eingangssignal an einer ersten Wellenlänge positioniert und das ausgehende konjugierte Signal an einer zweiten Wellenlänge positioniert, um so eine Wellenlängenverschiebung zu erreichen (oder eine Frequenzverschiebung, was bekanntlich vollständig äquivalent ist). Das Maß der Verschiebung hängt (man beachte in diesem Zusammenhang Fig. 3) vom Abstand zwischen der ersten Wellenlänge und der Wellenlänge des optischen Pumpsignals ab und beträgt im wesentlichen das Doppelte dieses Abstands.
Wellenlängenwandler können viele Anwendungen auf dem Gebiet des optischen Fernmeldewesens finden, sowohl im Transportnetz als auch im Zugangsnetz. Beispielsweise können sie in wellenlängengeteilten Mehrkanalsystemen verwendet werden, bei denen verschiedene optische Träger auf der selben Faser multiplexiert sind, zur Signal-Wegesuche oder zur Wellenlängen-Neuvergabe, die dazu verwendet wird, Wegesuchkonflikte zu vermeiden. Somit wird die Systemflexibilität erhöht und es ist möglich, die Verbindungskapazität, die Zahl der erreichbaren Teilnehmer oder die Art der gelieferten Dienste zu erhöhen.
Eine weitere Anwendung könnte die als optischer Verstärker sein. Im Effekt kann, wenn die Pumpleistung ausreichend hoch ist, die Modulations-Instabilität außer der spektralen Inversion auch eine Verstärkung des Eingangssignals bewirken. In diesem Fall muß die Filterstufe 8 wenigstens das Pumpsignal unterdrücken: Das konjugierte Signal kann unterdrückt werden oder nicht.

Claims

1. Vorrichtung zur Veränderung der spektralen Charakteristiken eines optischen Signals mit Hilfe der optischen Phasenkonjugation, mit:

- einem optischen Medium (4), das unter anormalen Dispersionsbedingungen arbeitet, bei denen die optische Phasenkonjugation stattfindet;

- einer Einrichtung zum Empfangen eines zu verändernden optischen Signals;

- einer Lichtquelle (3), die dazu ausgebildet ist, ein optisches Pumpsignal bei einer ersten Wellenlänge zu erzeugen; und

- einer Einrichtung (6, 7) zum Einkoppeln des zu verändernden optischen Signals in das optische Medium (4) zusammen mit dem Pumpsignal bei einer gegebenen Intensitätshöhe zum Durchführen der optischen Phasenkonjugation im optischen Medium (4), und zum Erzeugen eines konjugierten, spektral invertierten Signals,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge im Bereich anomaler Dispersion des optischen Mediums (4) liegt und daß die Lichtquelle (3) und die Einrichtungen (6, 7) zum Empfangen und Einkoppeln dazu ausgebildet sind, diese Signale mit einer Intensitätshöhe einzuleiten, die ausreichend hoch ist, um im optischen Medium (4) eine Modulations-Instabilität zu erzeugen, wodurch im optischen Spektrum des Pumpsignals zwei Modulations-Instabilitäts Verstärkungsbänder erzeugt werden, die symmetrisch in Bezug zu seiner Wellenlänge angeordnet sind, und dazu, das zu verändernde optische Signal mit einer Wellenlänge einzuleiten, die innerhalb eines der Modulations-Instabilitäts Verstärkungsbänder liegt, so daß die Wellenlänge des spektral invertierten Signals innerhalb des Verstärkungsbands liegt, das symmetrisch in Bezug zum Pumpsignal ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6, 7) zum Einkoppeln zwischen der Lichtquelle (3) und dem optischen Medium (4) eine Verstärkungsstufe (7) umfaßt, die dazu ausgebildet ist, das von der Quelle (3) erzeugte optische Pumpsignal vor dem Einkoppeln in das optische Medium (4) zu verstärken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstufe (7) dazu ausgebildet ist, außerdem das zu verändernde optische Signal zu empfangen,

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (3) eine Einrichtung (5) zur Spektrumsverbreiterung zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, das Spektrum des optischen Pumpsignals ausreichend zu verbreitern, um zu verhindern, daß im optischen Medium (4) stimulierte Brillouin-Streuung auftritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Spektrumsverbreiterung einen Modulator (S) umfaßt, der dazu ausgebildet ist, den Treiberstrom der Lichtquelle (3) zu modulieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Spektrumsverbreiterung einen Modulator umfaßt, der dazu ausgebildet ist, das von der Lichtquelle (3) erzeugte Signal zu modulieren.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Polarisationssteuereinrichtung (2) zum Zuteilen eines gleichen Polarisationszustands für das zu verändernde optische Signal und das optische Pumpsignal vor dem Einleiten in das optische Medium (4) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationssteuereinrichtung (2) im Signalpfad des zu verändernden optischen Signals angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium (4) eine dispersionsverschobene Faser umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der auf Anspruch 2 oder 3 rückbezogenen Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium (4) eine verstärkende optische Faser umfaßt, die auch die Funktionen der Verstärkungsstufe (7) ausführt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die dispersionsverschobene optische Faser und/oder die verstärkende Faser eine Null-Dispersions- Wellenlänge (λ&sub0;) haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen (λp, λs) des optischen Pumpsignals (3) bzw des zu verändernden optischen Signals sich in der Nachbarschaft der Null-Dispersions Wellenlänge (λ&sub0;) befinden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (λp) des optischen Pumpsignals (3) um etwa 1 nm von der Null- Dispersions-Wellenlänge (λ&sub0;) beabstandet, und zwar höher als diese ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (λs) des zu verändernden optischen Signals niedriger ist als die Wellenlänge (λp) des optischen Pumpsignals.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie nachrichtenstromunterhalb des optischen Mediums (4) eine Filtereinrichtung (8) zum Unterdrücken der Überreste des optischen Pumpsignals (3) und des zu verändernden optischen Signals umfaßt und somit nur das aus der optischen Phasenkonjugation resultierende Signal durchläßt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) dazu ausgebildet ist das optische Pumpsignal mit einer solchen Intensitätshöhe einzukoppeln, daß die Modulations-Instabilität Anlaß auch zu einer Verstärkung des zu verändernden optischen Signals gibt, und daß die Vorrichtung nachrichtenstromunterhalb des optischen Mediums (4) eine Filtereinrichtung (8) zum Unterdrücken des optischen Pumpsignals enthält.

16. Verfahren zur Veränderung der spektralen Charakteristiken eines optischen Signals durch optische Phasenkonjugation, mit den folgenden Vorgängen:

- Bereitstellen eines optischen Mediums (4), das unter anormalen Dispersionsbedingungen arbeiten kann, bei denen die optische Phasenkonjugation auftritt, und

- Einkoppeln eines optischen Pumpsignals (3) gegebener Höhe zusammen mit dem zu verändernden optischen Signal in das optische Medium (4) zum Durchführen der optischen Phasenkonjugation im optischen Medium (4) und zum Erzeugen eines konjugierten, spektral invertierten Signals,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Verfahrensschritt umfaßt, daß man die gegebene Intensitätshöhe ausreichend hoch wählt, um eine Modulations-Instabilität im optischen Medium (4) zu erzeugen und hierdurch im optischen Spektrum des Pumpsignals zwei Modulations-Instabilltäts Verstärkungsbänder zu erzeugen, die in Bezug zu seiner Wellenlänge symmetrisch angeordnet sind, und den Verfahrensschritt, daß man die Wellenlänge des zu verändernden optischen Signals innerhalb eines der Modulations-Instabilitäts Verstärkungsbänder wählt, so daß das spektral invertierte Signal eine Wellenlänge hat, die innerhalb des Verstärkungsbands liegt, das hinsichtlich der Wellenlänge des optischen Pumpsignals symmetrisch ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man das optische Pumpsignal (3) vor seinem Einkoppeln in das optische Medium (4) verstärkt (7).

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man auch das zu verändernde optische Signal im Hinblick auf seine Einleitung in das optische Medium (4) verstärkt (7).

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl das optische Pumpsignal als auch das zu verändernde optische Signal im optischen Medium (4) verstärkt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man das Spektrum des optischen Pumpsignal ausreichend verbreitert (5), um eine stimuliert Brillouin-Streuung im optischen Medium (4) zu verhindern.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man das optische Pumpsignal mit Hilfe einer stromgetriebenen Lichtquelle (3) erzeugt und daß man die Spektrumsverbreiterung durch Modulieren des Treiberstroms der Lichtquelle (3) bewirkt.

22. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man das optische Pumpsignal (3) zum Verbreitern seines Spektrums moduliert.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man den Polarisationszustand wenigstens eines der Signale: zu veränderndes optisches Signal und optisches Pumpsignal (3), regelt zur Sicherstellung, daß bei der Einleitung in das optische Medium (4) das zu verändernde optische Signal und das optische Pumpsignal den selben Polarisationszustand haben.

24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man den Polarisationszustand des zu verändernden optischen Signals regelt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei dem das optische Medium (4) eine Null-Dispersion-Wellenlänge (λ&sub0;) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wellenlängen des optischen Pumpsignals (3) und des zu verändernden optischen Signals in der Nachbarschaft der Null- Dispersions Wellenlänge (λ&sub0;) wählt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (λp) des optischen Pumpsignals (3) einen Abstand von etwa 1 nm von der Null-Dispersions Wellenlänge (λ&sub0;) hat und höher ist als diese.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (λs) des zu verändernden optischen Signals niedriger ist als die Wellenlänge (λp) des optischen Pumpsignals.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, daß man nachrichtenstromunterhalb des optischen Mediums (4) das aus der optischen Phasenkonjugation, die im optischen Medium (4) durchgeführt wird, resultierende Signal zum Entfernen des Rest des optischen Pumpsignals sowie des zu verändernden optischen Signals von dem konjugierten Signal filtert, wobei man das konjugierte optische Signal durchläßt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Intensitätshöhe ausreichend hoch ist, daß die Modulations-Instabilität auch eine Verstärkung des zu verändernden optischen Signals bewirkt, und daß das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt umfaßt, daß man nachrichtenstromunterhalb des optischen Mediums (4) das aus der optischen Phasenkonjugation, die in diesem optischen Medium (4) durchgeführt worden ist, resultierende Signal zum Entfernen des optischen Pumpsignals (3) von dem konjugierten Signal filtert.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verändernde optische Signal ein optisches Signal ist, das entlang einem ersten Abschnitt der optischen Faser (SMF1) gelaufen ist und durch chromatische Dispersion beeinträchtigt ist, und daß man das spektral invertierte Signal in einen zweiten Abschnitt von optischer Faser (SMF2) mit solchen Charakteristiken der chromatischen Dispersion und einer solchen Länge einleitet, daß im spektral invertierten Signal die Kompensation der im ersten Abschnitt (SMF1) am zu verändernden optischen Signal durchgeführten Dispersion bewirkt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verändernde optische Signal ein Signal ist, das im wesentlichen durch chromatische Dispersion nicht beeinträchtigt ist und um eine gegebene Wellenlänge herum positioniert ist, und das spektral invertierte optische Signal um eine zweite Wellenlänge herum positioniert ist, die von der gegebenen Wellenlänge einen Abstand einhält, der die Umsetzung der Wellenlänge des zu verändernden optischen Signals darstellt, wobei das Ausmaß der Umsetzung durch den Abstand zwischen der gegebenen Wellenlänge und der Wellenlänge (³/&sub4;) des optischen Pumpsignals bestimmt wird.