DE69915307T2

DE69915307T2 - Bidirektionale dispersionskompensationsvorrichtung

Info

Publication number: DE69915307T2
Application number: DE69915307T
Authority: DE
Inventors: Niall Andrew ROBINSON
Original assignee: MCI Worldcom Inc
Current assignee: Verizon Business Global LLC
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: EP1103107A1; US6157477A; WO1999062202A1; EP1103107A4; EP1103107B1; DE69915307D1; JP2002517125A; CA2333412A1; HK1037285A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Dispersionskompensation in optischen Kommunikationssystemen und im Spezielleren ein Dispersionskompensationssystem für die Verwendung in einem bidirektionalen optischen Kommunikationssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
In einer langen optischen Glasfaserkommunikationsverbindung verursacht die chromatische Dispersion des Glasfasermediums, dass Teile eines intensitätsmodulierten Signals zu geringfügig unterschiedlichen Zeiten am Empfänger ankommen. Diese zeitliche Impulsverzerrung führt zu einer Intersymbolinteferrenz und limitiert gewissermaßen die Modulationsbandbreite, die durch die Glasfaser hindurch verfügbar ist. Die Dispersion, die durch eine gegebene Glasfaser hindurch erfahren wird, ist proportional zu sowohl der übertragenen Wellenlänge als auch der Länge der Glasfaser.
Eine typische Einzellmodenglasfaser wird eine Dispersion von ungefähr 17 Pikosekunden pro Nanometer pro Kilometer (ps/nm-km) bei einer Wellenlänge von 1545 nm zeigen. Die Dispersion ändert sich mit einer positiven Steigung von ungefähr 0,09 ps/nm-km pro nm, wenn die Trägerwellenlänge variiert wird. Folglich würde bei einer Wellenlänge von 1560 nm die selbe typische Glasfaser eine Dispersion von ungefähr 18,4 ps/nm-km besitzen.
Eine Lösung für die Hochdispersionscharakteristiken von typischen Glasfasern bei gegenwärtig verwendeten Wellenlängen bezieht die Verwendung einer dispersionsverschobenen Glasfaser ein. Eine dispersionsverschobene Glasfaser ist so konstruiert, dass sie annähernd null Dispersion bei einer Wellenlänge von ungefähr 1550 nm besitzt. Die dispersionsverschobene Glasfaser jedoch besitzt immer noch eine Verzögerungssteigung, welche in Nicht-null-Dispersionswerten bei allen anderen Wellenlängen resultiert.
Folglich bietet eine dispersionsverschobene Glasfaser lediglich eine beschränkte Abhilfe in einer multiwellenlängen Umgebung.
Eine beträchtliche Menge von existierenden Glasfasern besteht aus der nicht-dispersionsverschobenen An. Ingenieure haben Wege gesucht, um eher die Verwendbarkeit dieser installierten Glasfasern auszuweiten, als diese zu ersetzen. Eine übliche Technik ist, eine Dispersionskompensation in die regenerativen Einrichtungen einzubauen, die entlang des Glasfaserpfades in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Zu diesem Zweck wurde eine spezielle dispersionkompensierende Glasfaser (DCF) entwickelt. Eine üblicherweise erhältliche Form einer dispersionskompensierenden Glasfaser besitzt eine Dispersion von –80 ps/nm-km bei einer Wellenlänge von 1545 nm sowie eine negative Steigung von –0,15 ps/nm-km. Spezielle Längen der DCF können periodisch in ein Glasfasersystem eingefügt werden, um die Dispersionseffekte zu reduzieren. Ein anderer Weg, eine Dispensationskompensation durchzuführen bezieht die Verwendung eines Bragggitters oder Dispersionskompensationsgitters ein. Ein Dispersionskompensationsgitter ist eine Länge einer Glasfaser, in welcher der Brechungsindex der Glasfaser bei ausgewählten Abständen entlang der Länge der Glasfaser variiert, was eine selektive Reflexion von Wellenlängen verursacht, die kongruent zu der Gitterbeabstandung sind. Für die Dispersionskompensation wird dieser Effekt angewendet durch Anfertigen eines „Chirped"-Glasfaser-Bragggitters, das graduell anwachsende Abstände entlang dessen Länge besitzt. Dies bewirkt, dass kürzere Wellenlängen die dispersionskompensierende Glasfaser weiter hinunter wandern, bevor sie reflektiert werden. Deshalb werden kürzere Wellenlängen längere Reisezeiten erfahren. Durch die geeignete Auswahl von Länge und Bereich der Abstände kann ein dispersionkompensierendes Gitter angepasst werden, um eine gegebene Dispersionscharakteristik zu kompensieren. Ein relativ kurzes dispersionskompensierendes Gitter kann Dutzende von Kilometern einer dispersionskompensierenden Glasfaser ersetzten.
Im US Patent Nr. 5701188 von Shigematsu et al. wird ein chromatischer Dispersionskompensator offenbart, der eine dispersionskompensierende Glasfaser mit einem dispersionskompensierenden Gitter kombiniert. Der chromatische Dispersionskompensator des Patents 5701188 beinhaltet einen optischen Zirkulator mit ersten, zweiten und dritten Anschlüssen bzw. Ports. Ein Eingabetransmissionspfad ist mit dem ersten Port verbunden und ein Ausgabetransmissionspfad ist mit dem dritten Port verbunden. Ein dispersionskompensierendes Gitter ist an den zweiten Port über eine Länge einer dispersionskompensierenden Glasfaser gekoppelt. Die dispersionskompensierende Glasfaser und das dispersionskompensierende Gitter besitzen chromatische Dispersioncharakteristiken, die entgegengesetzt den chromatischen Dispersionscharakteristiken der Eingabe- und Ausgabetransmissionspfade sind. Optische Signale, die am ersten Port des optischen Zirkulators empfangen werden, werden an die dispersionskompensierende Glasfaser und das dispersionskompensierende Gitter am zweiten Port ausgegeben. Das Signal erfährt eine Dispersionskompensation während es entlang der dispersionskompensierenden Glasfaser fortschreitet und während es mit dem dispersionskompensierenden Gitter interagiert. Das dispersionskompensierende Gitter reflektiert das Signal effektiv zurück durch die dispersionkompensierende Glasfaser zu dem zweiten Port. Das kompensierte Signal, das am zweiten Port empfangen wird, wird an den Ausgabetransmissionspfad am dritten Port ausgegeben. Der chromatische Dispersionskompensator des Patents 5701188 reduziert die benötigte Länge einer dispersionskompensierenden Glasfaser um die Hälfte. Zusätzlich reduziert die von dem dispersionskompensierenden Gitter bereit gestellte Kompensation die Länge des dispersionskompensierenden Gitters beträchtlich, die notwendig ist, um eine Kompensation zu erreichen.
Das Dokument CA 2220319 offenbart eine Multiplexeeinrichtung, die simultan eine Multiplexing- und Demultiplexing-Funktion bereit stellt und kombiniert die dichromatische WDM-Filtertechnologie mit der Bragggitter-Filtertechnologie, wobei eine Vielzahl von benachbarten sequentiellen Ports des optischen Multiport-Zirkulators als Vehikel für die Einführung und das Empfangen eines optischen Multiwellenlängensignals dienen, das von den Bragg- und den dichromatischen Filtern getrennt werden soll, und wobei andere benachbarte sequentielle Ports ähnliche Filter besitzen, justiert auf verschiedene Wellenlängen, die Pfade für das Kombinieren der anderen Wellenlängen des Lichts zu einem einzigen Signal mit einem einzigen zirkulierenden Port bereit stellen, der als der Input/Output-Port der Einrichtung dient.
Ferner offenbart das Dokument US 5701188 einen chromatischen Dispersionskompensator, der einen optischen Zirkulator oder einen gerichteten Kuppler beinhaltet, mit einem ersten, zweiten und dritten Port, einem Eingangstransmissionspfad, verbunden mit dem ersten Port, einem Ausgabetransmissionspfad, verbunden mit dem dritten Port, einem Chirped-Gitter, verbunden mit dem zweiten Port, und einer Dispersionskompensationsfaser, verbunden mit zumindest dem ersten, zweiten oder dritten Port.
Keines der beschriebenen Systeme in den oben erwähnten Dokumenten stellt eine zufriedenstellende Kompensationslösung für die Verwendung in einem bidirektionalen optischen System zur Verfügung.
Gegenwärtig besteht ein wesentliches Interesse an bidirektionalen optischen Kommunikationssystemen, in welchen optische Signale simultan in entgegengesetzte Richtungen über den selben Übertragungspfad der optischen Faser übertragen werden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dispersionskompensierende Einrichtung für die Verwendung in einem bidirektionalen optischen System bereit zu stellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Das System der vorliegenden Erfindung stellt eine bidirektionale chromatische Dispensationskompensation an ein erstes optisches Signal, getragen in einer ersten Richtung von einem ersten optischen Übertragungsmedium zu einem zweiten optischen Übertragungsmedium, und ein zweites optisches Signal, getragen in einer Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung von dem zweitem optischen Übertragungsmedium zu dem erstem optischen Übertragungsmedium, bereit. Das System der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen optischen Zirkulator, der vier Anschlüsse bzw. Ports beinhaltet. Ein erster Anschluss ist an das erste optische Transmissionsmedium gekoppelt und der dritte Anschluss ist an das zweite optische Transmissionsmedium gekoppelt. Ein erstes dispersionskompensierendes Gitter ist an den zweiten Anschluss gekoppelt und ein zweites dispersionkompensierendes Gitter ist an den vierten Anschluss gekoppelt.
Das erste optische Signal wird in einem ersten optischen Band getragen und das zweite optische Signal wird in einem zweiten optischen Band getragen. Das erste dispersionskompensierende Gitter ist wirksam, Wellenlängen in dem ersten optischen Band bzw. Frenquenzbereich zu reflektieren und das zweite dispersionskompensierende Gitter ist wirksam, Wellenlängen in dem zweiten optischen Band bzw. Frequenzbereich zu reflektieren. Das erste dipersionskompensierende Gitter ist im Wesentlichen transparent für Wellenlängen in dem zweiten optischen Band, und das zweite dispersionskompensierende Gitter ist im Wesentlichen transparent für Wellenlängen in dem ersten optischen Band. Das erste dispersionskompensierende Gitter ist an den vierten Port des optischen Zirkulators über das zweite dispersionskompensierende Gitter und eine dispersionkompensierende Glasfaser gekoppelt. In gleicher Weise ist das zweite dispersionskompensierende Gitter an den zweiten Port über das erste dispersionskompensierende Gitter und das dispersionskompensierende Gitter gekoppelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen optischen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer bidirektionalen chromatischen Dispersionskompensierenden Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen und zuerst auf 1, wird ein optisches System gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein mit der Nummer 11 bezeichnet. Das System 11 ist bidirektional in den Signalen von West nach Ost, simultan mit Signalen von Ost nach West, die über die selben optischen Übertragungseinrichtungen übertragen werden. Das System 11 beinhaltet einen oder mehrere optische West-Ost-Transmitter 13 und eine korrespondierende Anzahl an optischen Empfängern 15. Jedes West-Ost-Transmitter-Empfänger-Paar arbeitet bei einer einzigartigen Wellenlänge. Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten die West-Ost-Transmitter 13 in einem ersten Wellenlängenband.
Das System 11 beinhaltet ferner einen oder mehrere optische Ost-West-Transmitter 17 sowie eine korrespondierende Anzahl an optischen Empfängern 19. Das Ost-West-Transmitter-Empfänger-Paar arbeitet wiederum bei einer einzigartigen Wellenlänger und die Ost-West-Wellenlängen werden zusammengefasst in ein zweites Wellenlängenband, das verschieden von den West-Ost-Wellenlängenband ist. Beispielsweise kann das Ost-West-Band am unteren Ende des „Ergiumbands" bei 1530 nm bis 1565 nm (z. B. 1530 nm–1545 nm) liegen, und das West-Ost-Band kann am oberen Ende (z. B. 1550 nm–1560 nm) liegen.
Das System 11 beinhaltet einen ersten Wellenlängenmultiplexer 21. Der erste Wellenlängenmultiplexer 21 multiplexiert die Signale des West-Ost-Transmitters 13 auf ein einzelnes optisches Glasfasertransmissionsmedium 23. Der Wellenlängenmultiplexer 21 demultiplexiert auch die Ost-West-Signale, die auf dem optischen Glasfasertransmissionsmedium 23 empfangen werden, an die Ost-West-Empfänger 19. Das System 11 beinhaltet ferner einen zweiten Wellenlängenmultiplexer 25, der mit einem optischen Glasfasertransmissionsmedium 27 verbunden ist. Der Wellenlängenmultiplexer 25 multiplexiert die Ost-West-Signale von den Transmittern 17 und demultiplexiert die West-Ost-Signale an die Empfänger 15.
Das System 11 beinhaltet zumindest einen bidirektionalen optischen Verstärker 29, der an das optische Glasfasertransmissionsmedium 23 gekoppelt ist. Der bidirektionale optische Verstärker 29 ist an die bidirektionale dispersionskompensierende Einrichtung 31 gekoppelt. Die Konstruktion und der Betrieb der bidirektionalen dispersionskompensierenden Einrichtung 31 wird hierin später im Detail beschrieben werden. Die dispersionskompensierende Einrichtung 31 ist an das optische Glasfasertransmissionsmedium 27 gekoppelt. In 1 werden nur ein einziger optischer Verstärker 29 und eine bidirektionale dispersionskompensierende Einrichtung 31 dargestellt. In der tatsächlichen Anwendung können mehrere optische Verstärker und bidirektionale dispersionkompensierende Einrichtungen entlang des Pfades zwischen den Transmittern und den Empfängern positioniert werden.
Bezug nehmend nun auf 2 ist dort eine bidirektionale dispersionskompensierende Einrichtung 31 gezeigt. Die kompensierende Einrichtung 31 beinhaltet einen optischen Zirkulator 33. Der Zirkulator 33 beinhaltet einen ersten Port 35, einen zweiten Port 37, einen dritten Port 39 und einen vierten Port 41. Der erste Port 31 ist an ein erstes optisches Glasfasertransmissionsmedium 43 gekoppelt, und der dritte Port 39 ist an ein zweites optisches Transmissionsmedium 45 gekoppelt. Das optische Glasfasertransmisionsmedium 43 trägt ein Eingangs-West-Ost-Signal und ein Ausgangs-Ost-West-Signal. Das optische Transmissionsmedium 45 trägt ein Ausgangs-West-Ost-Signal und ein Eingangs-Ost-West-Signal.
Die Kompensationseinrichtung 31 beinhaltet ein erstes dispersionskompensierendes Gitter 47 und ein zweites dispersionskompensierendes Gitter 49. Das erste dispersionskompensierende Gitter 47 ist ausgewählt, die Wellenlängen in dem Ost-West-Band zu reflektieren, jedoch transparent für Wellenlängen in dem West-Ost-Band zu sein. In gleicher Weise ist das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 ausgewählt, die Wellenlängen in dem West-Ost-Band zu reflektieren, jedoch transparent für Wellenlängen in dem Ost-West-Band zu sein.
Das erste dispersionskompensierende Gitter 47 und das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 sind über eine geeignete Länge einer dispersionskompensierenden Glasfaser 51 zusammengekoppelt. Das erste dispersionskompensierende Gitter 47 ist an den vierten Port 49 des optischen Zirkulators 33 über die dispersionskompensierende Glasfaser 51 und das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 gekoppelt. In gleicher Weise ist das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 an den zweiten Port 37 des optischen Zirkulators 33 über das dispersionskompensierende Gitter 51 und das erste dispersionskompensierende Gitter 47 gekoppelt.
Im Betrieb werden Eingangs-West-Ost-Signale am ersten Port 35 des optischen Zirkulators 33 empfangen. Jene Signale werden an den zweiten Port 37 ausgegeben. Da das erste dispersionskompensierende Gitter 47 transparent für Wellenlängen indem West-Ost-Band ist, passieren jene Wellenlängen durch das erste dispersionskompensierende Gitter 37 und in die dispersionskompensierende Glasfaser 51, um ein erstes Maß einer Dispersionskompensation zu erfahren. Die Wellenlängenkompenenten des West-Ost-Signals werden selektiv und Zeitdifferenziell in das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 reflektiert, um ein zweites Maß einer Dispersionskompensation zu erreichen. Das reflektierte Signal wandert zurück durch die dispersionskompensierende Glasfaser 51, wo es ein drittes Maß einer Dispersionskompensation erfährt. Die reflektierten West-Ost-Signale passierend durch das erste dispersionskompensierende Gitter 47 und treten wieder in den optischen Zirkulator 33 bei dem zweiten Port 37 ein. Das Ausgangs-West-Ost-Signal verlässt den optischen Zirkulator 33 am dritten Port 39.
In gleicher Weise wird ein Eingangs-Ost-West-Signal am dritten Port 39 des optischen Zirkulators 33 empfangen. Das Ost-West-Signal verlässt den optischen Zirkulator 33 beim vierten Port 41. Da das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 transparent für Wellenlängen im Ost-West-Band ist, wandern jene Wellenlängen durch das zweite dispersionskompensierende Gitter 49 und in die dispersionskompensierende Glasfaser 51. Die Wellenlängen des Ost-West-Signals werden reflektiert und erfahren eine Dispersionskompensation in dem ersten dispersionskompensierenden Gitter 47. Die reflektierten Ost-West-Signale wandern zurück durch die dispersionskompensierende Glasfaser 51 und das zweite dispersionskompensierende Gitter 49, um wieder in dem optischen Zirkulator 33 am vierten Port 41 einzutreten. Ein Ausgangs-Ost-West-Signal verlässt den optischen Zirkulator 33 am ersten Port 35.
Aus dem Vorherigen ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine Dispersionskompensation in einem bidirektionalen System bereitstellt. Die vorliegende Erfindung verwendet einen einzigen optischen Zirkulator und eine einzige Länge einer dispersionskompensierenden Glasfaser, um eine Dispersionskompensation in beiden Richtungen bereit zu stellen Darüber hinaus verringert die Kombination der dispersionskompensierenden Gitter der vorliegenden Erfindung die erforderliche Länge einer dispersionskompensierenden Glasfaser um die Hälfte.

Claims

System zum Bereitstellen einer chromatischen Dispersionskompensation an ein erstes optisches Signal, getragen in einer ersten Richtung von einem ersten optischen Übertragungsmedium, und ein zweites optisches Signal, getragen in einer Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung von dem zweiten optischen Übertragungsmedium zu dem ersten optischen Übertragungsmedium, welches folgendes umfaßt: einen ersten optischen Zirkulator (33) mit einem ersten Anschluß (35), einen zweiten Anschluß (37), einen dritten Anschluß (39) und einen vierten Anschluß (41), wobei der erste Anschluß (35) an das erste optische Übertragungsmedium (43) gekoppelt ist, und der dritte Anschluß (39) an das zweite optische Übertragungsmedium (45) gekoppelt ist; ein erstes dispersionskompensierendes Gitter (47), gekoppelt an den zweiten Anschluß (37); und ein zweites dispersionskompensierendes Gitter (49), gekoppelt an den vierten Anschluß, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dispersionskompensierende Gitter (47) an den zweiten Anschluß (37) durch eine dispersionskompensierende Faser (51) gekoppelt ist; daß das zweite dispersionskompensierende Gitter (49) an den vierten Anschluß (41) durch eine dispersionskompensierende Faser (51) gekoppelt ist; daß das erste dispersionskompensierende Gitter (47) an den vierten Anschluß (37) durch das zweite dispersionskompensierende Gitter (49) und eine dispersionskompensierende Faser (51) gekoppelt ist; und daß das zweite dispersionskompensierende Gitter (49) an den zweiten Anschluß (37) durch das erste dispersionskompensierende Gitter (47) und die dispersionskompensierende Faser (51) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, bei welchem das erste optische Signal in einem ersten optischen Frequenzbereich getragen wird und das zweite optische Signal in einem zweiten optischen Frequenzbereich getragen wird.
System nach Anspruch 2, bei welchem das erste dispersionskompensierende Gitter wirksam ist, Wellenlängen in dem zweiten optischen Frequenzbereich zu reflektieren und das erste dispersionskompensierende Gitter im wesentlichen transparent für Wellenlängen in dem ersten optischen Frequenzbereich ist; und das zweite dispersionskompensierende Gitter wirksam ist, Wellenlängen in dem ersten optischen Frequenzbereich zu reflektieren und das zweite dispersionskompensierende Gitter im wesentlichen transparent für Wellenlängen in dem zweiten optischen Frequenzbereich ist.
System nach einem der Ansprüche 1–3, bei welchem das System eine bi-direktionale chromatische Dispersionskompensationsvorrichtung ist.
Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1–4 in einem optischen Kommunikationssystem.