DE69919271T2

DE69919271T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung des Interaktion zwischen Eigenphasenmodulation und Gruppengeschwindkeitsdispersion in optischen Systemen

Info

Publication number: DE69919271T2
Application number: DE69919271T
Authority: DE
Inventors: Gianluca Bonato; Mauro Macchi; Paolo Ottolenghi
Original assignee: Pirelli Cavi e Sistemi SpA
Current assignee: Cisco Systems International BV
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP2000059304A; CA2273469A1; AU3231599A; DE69919271D1; AR018422A1; BR9901681A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung von Impulsen in einem optischen Hochleistungs-Kommunikationssystem und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren der Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen der Selbstphasenmodulation (Self Phase Modulation: SPM) und der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (Group Velocity Dispersion: GVD) in einem mit einem hohen Leistungspegel betriebenen optischen System erzeugt wird.
Die Verfügbarkeit von optischen Verstärkern mit höherer Ausgabeleistungskapazität hat die Möglichkeiten für optische Hochleistungs-Kommunikationssysteme erweitert. Bevor optische Hochleistungs-Verstärker verfügbar waren, haben optische Übertragungssysteme gewöhnlich relativ schlechte optische Quellen für die Initiierung von Signalen innerhalb eines Faseroptiksystems verwendet, wobei eine Reihe von Wiederholern oder Verstärkern verwendet wurden, um das optische Signal entlang seines Pfades wiederherzustellen oder zu verstärken. Optische Hochleistungs-Verstärker ermöglichen dagegen, die Anzahl der Wiederholer oder Verstärker entlang einer Faseroptikverbindung zu reduzieren.
Optische Signale, die in einem Faseroptiksystem mit hohen Leistungspegeln übertragen werden, erleiden jedoch Verzerrungen, die bei niedrigen Leistungspegeln nicht auftreten. Bei herkömmlichen Niedrigleistungssystemen verhält sich eine Single-Mode-Optikfaser als verlustbehaftetes, dispersives, lineares Medium. Ein optischer Impuls mit einem niedrigen Leistungspegel wird gedämpft, wenn er sich entlang der Faser bewegt, und wird aufgrund einer GVD der ersten Ordnung symmetrisch verbreitert, wenn die Faser ausreichend lange ist (z. B. über 600 km). Bei Übertragungsraten von bis zu 100 GB/s veranlasst eine GVD der zweiten Ordnung, dass sich der Datenimpuls auch asymmetrisch spreizt. Trotzdem hat eine typische optische Kommunikation bei niedrigem Leistungspegel eine insgesamt lineare Antwort entlang einer Standard-Übertragungsfaser zur Folge.
Bei Systemen mit hoher Bitrate, die eine Eingangsleistung von z. B. über 5 mW aufweisen, beginnt eine Single-Mode-Optikfaser nicht-lineare Verzerrungseigenschaften aufzuweisen, die durch eine SPM verursacht werden. Wenn sich ein optischer Impuls in einer Übertragungsfaser mit hohen Leistungspegeln fortpflanzt, erzeugt die SPM neue Frequenzkompo nenten, die einen positiven Frequenz-Chirp entwickeln. Die Interaktion zwischen SPM und GVD erzeugt eine nicht-lineare Verzerrung für einen optischen Impuls, die durch mehrere Parameter bestimmt wird. Dazu gehören die optische Spitzenleistung in der Faser, das Vorzeichen und die Größe der Dispersion der Übertragungsfaser und die Dispersions-Map der gesamten Verbindung (d. h. wie das Signal eine Dispersion entlang der Verbindung akkumuliert).
Verschiedene Veröffentlichungen, wie etwa Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, 2nd. ed. (1989) beschreiben theoretisch die Größe des positiven Chirps, der durch eine SPM auf einem Gaußschen Impuls erzeugt wird. Die Leistung eines derartigen Impulses entspricht der folgenden Beziehung:
wobei P₀ die Impuls-Spitzenleisutng ist und T₀ die Impuls-Halbbreite am 1/e-Intensitätspunkt ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, entspricht der Wert m der Ordnung des Gaußschen Impulses. Wenn m = 1 ist, ist der Impuls ein Gaußscher. Ein größerer Wert von m gibt einen Super-Gaußschen Impuls wieder, d. h. einen schärferen Gaußschen Impuls mit kürzeren Anstiegs- und Abfallzeiten. Bei sehr hohen Werten von m wie etwa m >> 1, nähert sich der Impuls der Form eines Rechteckimpulses an. Den SPM-induzierten Chirp definiert Agrawal mathematisch wie folgt:
wobei sich m mit der Form des Impulses ändert, die effektive Faserlänge z_eff als z_eff = [1 – exp(–αz)]/α definiert ist, z die Faserlänge ist, die nicht-lineare Länge als L_NL = 1/(γP₀) definiert ist und γ der nicht-lineare Faserkoeffizient ist. Die maximale Spektralverbreitung des Impulses wird durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei φ_max = γP₀z_eff. Entsprechend veranlasst eine GVD einen Chirp bei einem optischen Impuls in Hochleistungssystemen. Agrawal definiert den GVD-Chirp wie folgt:
wobei L_D =T₀ ²/|β₂| die Dispersionslänge für den Impuls ist und β₂ der Gruppengeschwindigkeits-Diespersionsparameter ist.
A. Naka et al. „In-line Amplifier Transmission Distance Determined by Self-Phase Modulation and Group-Velocity Dispersion" Journal of Lightwave Technology, Vol. 12, No. 2, pp. 280–287 (Feb. 1994) nehmen eine numerische Analyse der Fortpflanzung eines Intensitäts-modulierten Signals in einer Optikfaser vor, wobei die Selbstphasenmodulation, die Gruppengeschwindigkeitsdispersion und die Gruppengeschwindigkeitsdispersion der zweiten Ordnung betrachtet werden. Es wird gezeigt, dass die Übertragungsdistanzen, die ein vorgeschriebenes Eye-Opening-Penalty ergeben, auf drei charakteristische Längen bezogen sind: die Dispersionslänge, die Dispersionslänge der zweiten Ordnung und die nicht-lineare Länge.
Das US-Patent Nr. 5,539,563 (Park) gibt ein System und ein Verfahren zum gleichzeitigen Kompensieren der chromatischen Dispersion und der Selbstphasenmodulation in Optikfasern an. Wenigstens eine Dispersionskompensationsfaser (DCF-Faser) wird verwendet, um die chromatische Dispersion eines extern modulierten Signals zu kompensieren, das durch wenigstens ein Standard-Single-Mode-Faseroptikkabel übertragen wird. Die in der DCF-Faser gestartete Signalleistung wird derart kontrolliert, dass eine präzise Kompensation für den SPM-Effekt in der Standardfaser erreicht werden kann.
Andere Referenzen erläutern die Auswirkung von SPM und GVD auf optische Kommunikationen in Bezug auf Impulskomprimierungsgeräte und -techniken. Peter et al. „Compression of Pulses Spectrally Broadened by Self-Phase Modulation Using a Fiber-Grating: A Theoretical Study of the Compression Efficiency," Optics Communications, Vol. 112, pp. 59–66 (Nov. 1, 1994) gibt eine theoretische Analyse des Potenzials für die Verwendung von Kurzfasergittern mit einer konstanten Gitterperiode für die Komprimierung von optischen Impulsen, die durch SPM spektral verbreitert sind. Für Fasergitter mit einer konstanten Gitterperiode bestätigt dieser Artikel theoretisch und durch Simulationen, dass der maximal erreichbare Impulskompressionsfaktor praktisch unabhängig von den Gitterparametern ist und gewöhnlich bei 2 liegt.
Stern et al. „Self-Phase Modulation and Dispersion in High Data Rate Fiber-Optic Transmission Systems," Journal of Lightwave Technology, Vol. 8, No. 7, pp. 1009–16 (July 1990), beschreibt die Beschränkungen die durch die Interaktion zwischen der GVD der ersten und zweiten Ordnung und der Intensitäts-abhängigen SPM verursacht werden. Der Artikel untersucht die theoretischen Übertragungsgrenzen, die durch diese Effekte für einen Wellenlängenbereich um die Null-Dispersionswellenlänge λ₀ für Fasern bedingt werden, bei denen die Polarisationsdispersion vernachlässigbar ist. Es wird festgestellt, dass der Betrieb bei Wellenlängen, die länger als λ₀ sind, die Übertragungsdistanz für Datenraten von mehr als 50 GB/s aufgrund einer Aufhebung der Dispersion der ersten Ordnung durch SPM verbessert. Über 100 GB/s begrenzt die Dispersion der höheren Ordnung die Übertragungsdistanz auch bei Wellenlängen, die gleich oder länger als λ₀ sind. Der Artikel stellt abschließend fest, dass die Lineardispersionskompensation unter Verwendung einer Gitterteleskop-Kombination die Systemleistung für Wellenlängen, bei denen die Dispersion der ersten Ordnung dominiert, wesentlich verbessern kann.
Diese Referenzen konzentrieren sich auf die Leistung bei relativ glatten Gaußschen Impulsen in optischen Systemen.
Der Anmelder hat beobachtet, dass modulierte optische Impulse in einer Verbindung mit optischen Fasern von weniger als 600 km keine Impulsüberlappung aufgrund einer GVD-Impulsspreizung erfahren, wie es in der Literatur für sehr lange Distanzen festgestellt wird, auch wenn relativ hohe Bitraten von 2,5 GB/s verwendet werden. Der Anmelder hat weiterhin festgestellt, dass die Größe des Frequenz-Chirpings stark von der Form der Impulse und insbesondere von den Impulsflanken abhängt, die wiederum von dem Typ der verwendeten Übertragungseinrichtung abhängen. Außerdem hat der Anmelder festgestellt, dass sich modulierte optische Impulse von vielen herkömmlichen SDH- und SONET-basierten Sendern stark von den glatten Gaußschen Impulsen unterscheiden, von denen in den theoretischen Berechnungen ausgegangen wird, und eher scharfe Anstiegs- und Abfallsflanken aufweisen, ähnlich wie super-Gaußsche Impulse. Der Anmelder bemerkt, dass Impulse mit scharfen Anstiegs- und Abfallsflanken gewöhnlich für optische Kommunikationen bevorzugt werden, um die Auswirkungen eines Phasen-Jitters zu minimieren und die Erkennung zu verbessern. Diese Impulse unterliegen nach Erkenntnis des Anmelders viel stärker einem Frequenz-Chirping als theoretische Gaußsche Impulse. Weiterhin hat der Anmelder festgestellt, dass die Impulsform und der Schärfegrad der Anstiegs- und Abfallsflanken bei verschiedenen Sendern unterschiedlich ist und von den verwendeten Einrichtungen abhängt.
Weiterhin hat der Anmelder bestimmt, dass aufgrund des oben genannten Frequenz-Chirpings die Bitfehlerrate (BER) am Empfänger für derartige Impulse durch die Empfängereigenschaften beeinflusst wird, insbesondere durch den Typ der elektrischen Filterung, die in dem Empfänger vorgenommen wird. Dies macht die Eigenschaften des optischen Systems sehr abhängig von der Wahl der Sende- und Empfangseinrichtungen oder dem Grad der Abstimmung zwischen dem verfügbaren Sender und Empfänger.
Das US-Patent Nr. 5,267,073 (Tamburello et al.) gibt Adapter für die Verbindung von Faserleitungen mit optischen Verstärkern an, wobei die Sender und Empfänger andere Betriebsparameter (z. B. Übertragungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Wellenlängenvariation in Übereinstimmung mit der Temperatur) aufweisen als die optischen Verstärker. Eine Adapter-Gruppe umfasst eine Wandlungseinrichtung zum Wandeln von optischen Signalen zu elektrischen Signalen, einen Laser-Signalsender, ein Einstellungsmodul mit einer Laserpiloteinrichtung, die mit dem Ausgang der Wandlungseinrichtung verbunden ist und ausgebildet ist, um den Signalsender durch die elektrischen Signale zu steuern, und einen optischen Verstärker, der mit dem Ausgang des Lasersenders verbunden ist.
Das US-Patent 5,504,609 (Alexander et al.) gibt einen optischen Remodulator zum Wandeln von Kanalwellenlängen und ein Wellenlängenteilungs-Multiplexsystem an. Das Patent ... 609 gibt einen Remodulator an, der einen elektro-optischen Wandler umfasst, der ein elektrisches Signal aus einem empfangenen optischen Signal mit einer Wellenlänge von λ_Ti erzeugt. Das elektrische Signal wird durch einen Transimpedanz-Verstärker verstärkt, durch ein Filter geführt, um die Rauschbandbreite zu begrenzen und das Signal zu wellenformen, und weiterhin durch einen Begrenzungsverstärker verstärkt. Optional kann der Remodulator in dem ... 609-Patent eine Takt- und Datenwiederherstellungsschaltung für die Verwendung von Signalen mit hohen Datenraten umfassen. Der Remodulator umfasst weiterhin einen Laser zum Erzeugen eines Trägersignals λ_j und einen externen Modulator.
Das ... 609-Patent berührt jedoch nicht den Betrieb einer Kommunikationsverbindung mit hoher Eingangsleistung und kümmert sich nicht um die Verzerrung aufgrund der Interaktion zwischen SPM und GVD. Um mit Signalen mit hoher Datenrate umzugehen, weist das ... 609-Patent in 2 einen optionalen Pfad für Signale mit hoher Datenrate und für Signale mit niedriger Datenrate auf. Für die Signale mit hoher Datenrate richtet der Schalter das elektrische Signal zu der Takt- und Datenwiederherstellungsschaltung. Der Schaltungs aufbau sieht keine Einrichtung hinter der Takt- und Datenwiederherstellungsschaltung vor, um scharfe Flanken an den Impulsen zu glätten, die durch die Takt- und Datenwiederherstellungsschaltung erzeugt werden. Das ... 609-Patent gibt keine anderen Techniken für den Umgang mit Signalen mit hoher Datenrate an.
Schiess M. et al., „Pulse shape evolution and noise estimated concatenated fiber links using analog optoelectronical repeaters", Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 7, pp. 1621–1629, July 1996, untersucht die Impulsform-Entwicklung in einer Kette aus dispersiven Fasersegmenten, die durch analoge opto-elektronische Wiederholer (OEOs) verkettet sind. Die Impulsform-Entwicklung wird auch bei einer rein optischen Verstärkung (EDFAs) verwendet und die Ergebnisse hinsichtlich der Dispersionsakkumulation entlang der Kette werden für die zwei Alternativen (analoge opto-elektronische Wiederholer vs. EDFAs) verglichen. Gaußsche und super-Gaußsche Eingangsimpulsformen werden in dem Artikel betrachtet.
Der Anmelder hat festgestellt, dass die nicht-lineare SPM-GVD-Interaktion das gesendete Signal in Abhängigkeit von den Werten der Parameter in diesen vorgestellten theoretischen Gleichungen verbessern oder verschlechtern kann. Um den Einfluss von SPM und GVD zu verstehen, ist es wichtig, L_NL, L_D und z_eff aus den vorstehenden Gleichungen zu bewerten. Diese Parameter identifizieren die Längenskalen, über die die nicht-linearen, dispersiven und die Dämpfung betreffenden Phänomene wichtig werden.
Der Anmelder hat bestimmt, dass eine Verzerrung aufgrund von Impulsen mit scharten Anstiegs- und Abfallsflanken unerwünscht hoch wird, wenn die Gesamtlänge L_T der optischen Verbindung größer als eine Länge L_M ist, die sich wie folgt ergibt:
wobei z die (durchschnittliche) Länge der Faserstrecke zwischen aufeinander folgenden Verstärkern bzw. die Länge bei einer einzelnen Strecke ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung in einem optischen Übertragungssystem, die durch die Interaktion von SPM und GVD verursacht wird, wobei eine oder mehrere der Begrenzungen und Nachteile der Anordnungen aus dem Stand der Technik beseitigt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch die in den beigefügten Ansprüchen definierten Elemente und Kombinationen realisiert und erreicht. Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung erläutert, gehen aus dieser hervor oder können bei Realisierung der Erfindung festgestellt werden.
Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung Techniken, die veranlassen, dass die Form der optischen Impulse, die auf einen optischen Träger in einem optischen Übertragungssystem moduliert sind, relativ unabhängig von der Form derselben Impulse sind, die durch die Einrichtung zum Durchführen der Modulation empfangen werden. Insbesondere umfasst ein Transponder gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schaltungsaufbau zum Runden der Kanten eines optischen Impulses, der von einem Systemsender empfangen wird, sodass die für die Modulation verwendeten Impulse Gaußsch geformten Impulsen ähneln.
Um diese und andere Aufgaben und Vorteile zu erzielen, ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein optisches Kommunikationssystem zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung angegeben, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsverzerrung verursacht wird, wobei das System umfasst: einen Sender zum Senden von optischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge; einen Transponder, der zum Empfangen und Wandeln der optischen Impulse zu einer zweiten Wellenlänge verbunden ist und eine opto-elektronische Einrichtung, eine Einrichtung zum Glätten der Anstiegs- und Abfallsübergänge von elektrischen Impulsen, die von der opto-elektronischen Einrichtung empfangen werden, einen elektrischen Verstärker, eine optische Quelle und einen elektro-optischen Modulator enthält; eine Vielzahl von Strecken, die linear mit dem Transponder verbunden sind und jeweils eine Länge einer optischen Übertragungsfaser sowie wenigstens einen optischen Verstärker umfassen, wobei die Gesamtlänge der Vielzahl von Strecken größer als (L_NL/z_eff)z ist, wobei L_NL die nicht-lineare Faserlänge ist, z die durchschnittliche Streckenlänge ist und z_eff die effektive Faserlänge der Strecke ist; sowie einen Empfänger, der mit der Vielzahl von Strecken verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Kommunikationssystem zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung angegeben, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei das System umfasst: einen Sender zum Senden von optischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge; einen Transponder, der zum Empfangen und Wandeln der optischen Impulse zu einer zweiten Wellenlänge verbunden ist und eine opto-elektronische Einrichtung sowie eine Einrichtung zum Glätten der Anstiegs- und Abfallsübergänge von elektrischen Impulsen enthält, die von dem elektro-optischen Modulator empfangen werden; einen Abschnitt der optischen Übertragungsfaser mit einer effektive Länge z_eff, die größer als die nicht-lineare Faserlänge L_NL ist; und einen Empfänger, der mit dem Faserabschnitt verbunden ist.
Gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Einrichtung zum Glätten der elektrischen Impulse einen elektrischen Dämpfer umfassen, der zwischen der optoelektronischen Einrichtung und dem elektrischen Verstärker angeordnet ist, oder ein Tiefpassfilter, das hinter dem elektrischen Verstärker angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Glätten der elektrischen Impulse eine Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung, die zwischen der opto-elektronischen Einrichtung und dem elektrischen Verstärker angeordnet ist, und ein Tiefpassfilter, das hinter dem elektrischen Verstärker angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung an, die durch die Interaktion zwischen der Selbstphasenmodulation und der Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen von optischen Impulsen von einem Sender und Wandeln der optischen Impulse zu elektrischen Impulsen; Verstärken der elektrischen Impulse; Glätten der Flanken der Anstiegs- und Abfallsübergänge der elektrischen Impulse; Modulieren eines optischen Trägersignals mit den elektrischen Impulsen; und Senden des modulierten optischen Trägersignals über eine Vielzahl von Übertragungsstrecken mit einer kumulativen Länge, die länger als (L_NL/z_eff)z ist, wobei L_NL die nicht-lineare Faserlänge ist, z die durchschnittliche Streckenlänge ist und z_eff die effektive Länge der Faserstrecke ist. Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin einen Schritt zum Kompensieren der Dispersion des modulierten optischen Trägersignals an einer Position entlang der Vielzahl von Übertragungsstrecken, wobei zum Beispiel ein Chirp-Fasergitter verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung einen Transponder zum Empfangen von optischen Impulsen mit einer durch einen optischen Sender erzeugten ersten Wellenlänge, zum Modulieren eines optischen Trägers mit den optischen Impulsen und zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung an, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei der Transponder umfasst: eine Photodiode, die optisch verbunden ist, um die optischen Impulse zu empfangen und zu elektrischen Impulsen zu wandeln; einen elektrischen Verstärker, der in einer Sättigungsbedingung betrieben wird und elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse zu empfangen und zu verstärken; ein Tiefpassfilter, das elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse von dem elektrischen Verstärker zu empfangen, wobei das Tiefpassfilter eine Verlängerung der Anstiegs- und Abfallzeiten der elektrischen Impulse veranlasst; eine optische Quelle, die einen optischen Träger mit einer zweiten Wellenlänge vorsieht; und einen elektro-optischen Modulator, der angeordnet ist, um den optischen Träger mit den elektrischen Impulsen aus dem Tiefpassfilter zu modulieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung einen Transponder zum Empfangen von optischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge, die durch einen optischen Sender erzeugt werden, zum Modulieren eines optischen Trägers mit den optischen Impulsen und zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung an, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei der Transponder umfasst: eine Photodiode, die optisch verbunden ist, um die optischen Impulse zu empfangen und zu elektrischen Impulsen zu wandeln; einen elektrischen Dämpfer, der elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse von der Photodiode zu empfangen und die elektrischen Impulse zu dämpfen, sodass scharfe Kanten der elektrischen Impulse geglättet werden, einen elektrischen Verstärker, der elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse von dem elektrischen Dämpfer zu empfangen und zu verstärken; eine optische Quelle, die einen optischen Träger mit einer zweiten Wellenlänge vorsieht; und einen elektro-optischen Modulator, der angeordnet ist, um den optischen Träger mit den elektrischen Impulsen von dem elektrischen Verstärker zu modulieren.
Es ist zu beachten, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft sind, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind Teil der Beschreibung, zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und erläutern die Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
2A ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Transponders für die Verwendung für die Verwendung in dem optischen Kommunikationssystem von 1.
2B ist ein Blockdiagramm eines Transponders gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in dem optischen Kommunikationssystem von 1.
2C ist ein Blockdiagramm eines Transponders gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2D ist ein Blockdiagramm eines Transponders gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm zu den Testergebnissen, die eine Bitfehlerrate in Bezug auf die empfangene Leistung für verschiedene Anordnungen der vorliegenden Erfindung in dem optischen Kommunikationssystem von 1 zeigen.
4 ist ein Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
5 ist ein Diagramm zu den Testergebnissen, die eine Bitfehlerrate in Bezug auf die empfangene Leistung für verschiedene Anordnungen der vorliegenden Erfindung in dem optischen Kommunikationssystem von 1 zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Sofern möglich werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um identische oder ähnliche Teile anzugeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verzerrungen, die durch die Interaktion von SPM und GVD verursacht werden, einen Transponder, der spezifischen Konfigurationen aufweist und mit einer optischen Fern-Telekommunikationsverbindung verbunden ist. 1 zeigt eine typische Telekommunikationsverbindung für die vorliegende Erfindung. Eine vollständige Kommunikationsverbindung, die allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben wird, umfasst allgemein einen Transponder 12, verschiedene Längen von optischer Faser 14–17 und eine Reihe von Verstärkungseinrichtungen 18–21. In einer experimentellen Anordnung umfasst die Verbindung wie in 1 gezeigt auch entsprechende Dämpfer 22–25. Die variablen Dämpfer 22–25 werden verwendet, um eine vollständig installierte optische Verbindung zu simulieren. Der Transponder 12 empfängt optische Kommunikationssignale von einem Sender wie etwa dem Sender 26, und der Dämpfer 25 gibt optische Signale am Ende der Kommunikationsverbindung zu einem Empfänger wie etwa dem Empfänger 28. Der Sender 26 und der Empfänger 28 können Teile von separaten SDH- oder SONET-Terminals für ein größeres optisches Kommunikationsnetz sein. Bei einer tatsächlichen Implementierung sind der Sender 26 und der Empfänger 28 natürlich an verschiedenen Standorten und nicht wie in 1 dargestellt positioniert, die eine Anordnung für experimentelle Zwecke zeigt.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird ein Transponder 12 gewöhnlich betrieben, um eine von dem Sender 26 empfangene Wellenlänge zu einer neuen Wellenlänge zu übersetzen, die für die gesamte optische Verbindung 10 geeignet ist. Die durch den Transponder 12 empfangenen Wellenlängen entsprechen unter Umständen nicht einem Wellenlängenband, das für die Verstärkung durch die Verstärker 18–21 annehmbar ist. Insbesondere können die Verstärker 18–21 Seltenerd-dotierte Fasern und vorzugsweise Erbium-dotierte Fasern sein, die ein definiertes Wellenlängenband für die Verstärkung aufweisen. Die bevorzugten Erbium-dotierten Fasern weisen zum Beispiel einen gewünschten Verstärkungsbereich für Wellenlängen zwischen 1525 nm und 1565 nm auf, wobei jedoch auch andere Verstärkungsbänder durch aktive mit Erbium und/oder andere Dotierungsmittel wie etwa ein Seltenerd-Dotierungsmittel dotierte Fasern vorgesehen werden können. Folglich wandelt der Transponder 12 die von dem Sender 26 empfangenen Wellenlängen über die Leitungen 30 zu ausgewählten Wellenlängen im Verstärkungsband für die Faserverstärker 18–21.
Wie in 2A gezeigt, umfasst ein herkömmlicher Transponder 35 zum Wandeln der empfangenen Wellenlängen eine Photodiode 36, einen elektrischen Verstärker 38, eine optische Quelle 40 und einen elektro-optischen Modulator 42. Die Photodiode 36 empfängt optische Signale von dem Sender 26 und wandelt diese Signale auf bekannte Weise zu elektrischen Signalen. Der elektrische Verstärker 18 verstärkt das elektrische Signal von der Photodiode 36. Gewöhnlich wird der elektrische Verstärker 38 in Sättigung betrieben. Die gesättigte Bedingung veranlasst eine nicht-lineare Antwort von dem Verstärker in Bezug auf das Eingangssignal, welches das elektrische Signal umformt und auf seinem hohen Pegel hält. Die Ausgabe aus dem elektrischen Verstärker 38 wird zu dem elektro-optischen Modulator 42 geführt, um ein durch die optische Quelle 40 erzeugtes optisches Trägersignal zu modulieren. Die optische Quelle bzw. der Laser 40 erzeugt eine konstante Trägerwellenlänge, die sich von der durch die Photodiode 36 empfangenen optischen Wellenlänge unterscheiden kann und einer Wellenlänge oder einem Kanal in dem Verstärkungsband der Faserverstärker 18–21 entspricht. In den nachfolgend beschriebenen Experimenten wurde ein Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 1557 nm verwendet, wobei jedoch auch andere Wellenlängen in dem Verstärkungsband der Verstärker 18–21 verwendet werden können.
In der Anordnung von 2A kann die Photodiode 36 Impulse empfangen, die eine hohe Bitrate aufweisen. Unter einer hohen Bitrate ist zu verstehen, dass die Bitrate der Impulse 2,5 GB/s oder mehr aufweist. Weiterhin kann die dem Transponder 35 vorgeordnete Einrichtung, d. h. der Sender 26, optische Impulse mit kurzen Anstiegs- und Abfallszeiten erzeugen, die wiederum Impulse mit scharfen Flanken im Vergleich zu einem Gaußschen Impuls erzeugen. Weiterhin sieht die Ausgangsleistung der optischen Quelle 40 in Kombination mit dem Sender-Leistungsverstärker 18 in 1 einen relativ hohen Leistungspegel für das optische Signal vor, das den Transponder verlässt. Unter hoher Leistung ist zum Beispiel eine Spitzeneingangsleistung am Beginn der optischen Verbindung von über 14 dBm pro Kanal zu verstehen. Der Anmelder hat festgestellt, dass die Kombination aus der hohen Bitrate und der hohen Leistung der optischen Impulse nach dem Transponder nachteilige nicht-lineare Effekte aufgrund der Interaktion von SPM und GVD zur Folge haben, die die Voraussagen aus der bekannten Literatur überschreiten.
Der Anmelder hat beobachtet, dass Transponder wie der Transponder 35 von 2A die super-Gaußsche Form von Eingangsimpulsen, die von vielen SDH- und SONET-Sendern durch die Photodiode 36 empfangen werden, nicht effektiv ändert, sodass die Form des Impulses, der aus dem Transponder 35 austritt, von der Form des Impulses abhängt, der in den Transponder 35 eintritt. Der Anmelder hat festgestellt, dass die durch die Interaktion von SPM und GVD verursachten nicht-linearen Effekte reduziert werden können, wenn ein Transponder, der eine etwas von der Eingangsimpulsform unabhängige Impulsform, d. h. einen Gaußsch geformten Impuls und nicht einen super-Gaußsch geformten Impuls ausgibt, anstelle des Transponders 35 verwendet wird.
2B zeigt einen Transponder 43 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Transponder 43 von 2B umfasst eine Photodiode 36, einen elektrischen Verstärker 38, einen Laser 40 und einen elektro-optischen Modulator 42 wie in der Anordnung von 2A. Die Photodiode 36 kann zum Beispiel eine Avalanche-Photodiode oder ein PIN-FET-Bauelement mit einem PIN-Detektor und einem FET-Vorverstärker sein. Um die SPM/GVD-Verzerrung von einer optischen Kommunikationsverbindung 10 zu reduzieren, umfasst der Transponder 43 einen elektrischen Dämpfer 44, der zwischen der Photodiode 36 und dem elektrischen Verstärker 38 angeordnet ist. Wie bereits genannt, ist die Form des Impulses wichtig, weil sie die durch die SPM/GVF-Interaktion verursachte nicht-lineare Verzerrung beeinflusst. Der elektrische Dämpfer 44 dämpft das durch den elektrischen Verstärker 38 empfangene elektrische Signal und glättet die schart geflankten Impulse des Signals. Insbesondere sieht der Dämpfer 44 einen vorbestimmten Dämpfungspegel für das elektrische Signal vor, das von der Photodiode 36 empfangen wird, sodass der elektrische Verstärker 38 nicht in seinem gewöhnlichen Zustand einer tiefen Sättigung betrieben wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, tritt eine tiefe Sättigung auf, wenn die Ausgangsleistung des Verstärkers im wesentlichen unabhängig von der Eingangsleistung ist. Weil der Dämpfer 44 vor dem elektrischen Verstärker 38 angeordnet ist, wird das in den elektrischen Verstärker 38 eintretende elektrische Signal zu einem Leistungspegel unter demjenigen gedämpft, der veranlasst, dass der Verstärker in tiefer Sättigung betrieben wird. Wenn unter dieser Bedingung der Dämpfer 44 verwendet wird, ist die Ausgangsleistung aus dem elektrischen Verstärker 38 unabhängig von der durch den Dämpfer 44 empfangenen Eingangsleistung und kann linear auf den Eingangsleistungspegel bezogen werden.
Es ist zu beachten, dass die präzise Dämpfungsgröße, die für eine verbesserte Antwort auf nicht-lineare Effekte erforderlich ist, von den Gesamteigenschaften der Kommunikationsverbindung 10 wie etwa der Dauer der Anstiegs- und Abfallszeiten für die durch den Sender 36 erzeugten Impulse, dem Typ des verwendeten Verstärkers 38, der Verstärkungsgröße auf dem durch die Kommunikationsverbindung 10 gesendeten optischem Impuls, der Impulsrate usw. abhängt. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird das Modell WBA3-4-06G20N von ERA für den Begrenzungsverstärker 38 verwendet. Der Anmelder hat bemerkt, dass der Dämpfer 44 eingestellt werden sollte, um eine Eingangsspannung von weniger als 0,5 V für den Verstärker 38 vorzusehen. Gewöhnlich wird ein derartiger Verstärker in einer gesättigten Bedingung betrieben, in der die Eingangsspannung bei ungefähr 1 V liegt. Um die elektrische Eingangsspannung von 0,5 V für den Verstärker zu erhalten, wurde ein Hochfrequenz-Dämpfer mit einem Widerstand von 50 Ω für den Dämpfer 44 verwendet, um eine Dämpfung von 6 dB vorzusehen. Diese Dämpfung sorgt für einen linearen und keinen gesättigten Betrieb des Verstärkers 38 und sieht glättere Impulse als Ausgabe aus dem Verstärker 38 vor, wenn scharf geflankte Impulse empfangen werden. Die in 2B gezeigten Ergebnisse bei Verwendung des Transponders 43 in der Kommunikationsverbindung 10 von 1 werden im Folgenden beschrieben. Allgemein sieht der Transponder 43 eine Reduktion des durch SPM erzeugten Chirps vor.
2C zeigt einen Transponder 45 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Transponder 45 umfasst eine Photodiode 36, einen elektrischen Verstärker 38, einen Laser bzw. eine optische Quelle 40 und einen elektro-optischen Modulator 42 ähnlich wie der Transponder 35 von 2A und der Transponder 43 von 2B. Wie der Transponder 43 empfängt der Transponder 45 der zweiten bevorzugten Ausführungsform Impulse mit einer hohen Bitrate von der vorgeordneten Einrichtung. Der Transponder 45 umfasst jedoch ein Tiefpassfilter (LPF) 46, das nach dem elektrischen Verstärker 38 angeordnet ist, und keinen elektrischen Dämpfer 44, der zwischen der Photodiode 36 und dem elektrischen Verstärker 38 angeordnet ist. Das LPF 46 reduziert die Bandbreite des von dem Verstärker 38 empfangenen elektrischen Signals. Vorzugsweise für eine Übertragungsrate von 2488 MB/s ist das LPF 46 ein Bessel-Thompson-Filter der vierten Ordnung mit einer Bandbreite von 1866 GHz, der zum Beispiel von Anritsu mit der Modellnummer MA1619 bezogen werden kann. Indem die Bandbreite des von dem Verstärker 38 empfangenen elektrischen Signals reduziert wird, hilft das LPF 46, die Anstiegs- und Abfallzeiten der Flanken der Signalimpulse zu reduzieren, die durch den elektro-optischen Modulator 42 zum Modulieren des optischen Trägers aus dem Laser 40 verwendet werden. Wie bei der Ausführungsform von 2B hilft die Glättung des Impulses in der Anordnung von 2C, das Chirp zu reduzieren, das durch die SPM in der Gesamt-Kommunikationsverbindung erzeugt wird, wenn die optischen Impulse von dem Transponder zu einer hohen Eingangsleistung gehoben und mit hohen Bitraten betrieben werden.
Alternativ hierzu kann das LPF 46 vor dem Verstärker 38 und nicht dahinter angeordnet werden, um eine Verschmälerung der Impulsbandbreite zu bewirken. Diese Anordnung kann dazu führen, dass der Verstärker 38 von einem gesättigten zu einem linearen Betriebsmodus übergeht. Vorzugsweise wird das LPF 46 jedoch nach dem Verstärker 38 angeordnet, sodass der Verstärker 38 weiterhin im gesättigten Zustand betrieben werden kann. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal aus dem Verstärker 38 unabhängig von dem Eingangssignal bleiben.
2D zeigt einen Transponder 47 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Transponder 47 von 2D umfasst die Photodiode 36, den elektrischen Verstärker 38, das Tiefpassfilter 46, den Laser 40 und den elektro-optischen Modulator 42 ähnlich wie der Transponder 45 von 2C. Wie die Transponder 43 und 45 von 2B und 2C empfängt der Transponder der vorliegenden Erfindung super-Gaußsche Impulse mit einer hohen Bitrate von einer vorgeordneten Einrichtung, die dann in Verbindung mit einer hohen Eingangsleistung zu der optischen Verbindung von dem Transponder und einem Verstärker zu einer nicht-linearen Verzerrung aufgrund der Interaktion von SPM und GVD führen können. Der Transponder 47 von 2D umfasst eine Daten- und Taktwiederherstelungsschaltung (DCR) 48, die zwischen der Photodiode 36 und dem elektrischen Verstärker 38 angeordnet ist. Die DCR 48 fügt eine Funktion zum Glätten der scharf geflankten Impulse hinzu, indem sie das Jitter der von der Photodiode 36 empfangenen optischen Impulse reduziert und das Signal erzeugt, das den elektrischen Verstärker 38 praktisch unabhängig von der Form des optischen Signals von dem Sender 26 steuert. Das Signal zur Steuerung des elektrischen Verstärkers 38 hängt dann nur von der Form des durch die DCR 48 erzeugten Impulses ab. Vorzugsweise ist die DCR 48 ein AT&T-Bauelement mit der Modellnummer LG1600FXH, das mit 2488 MB/s betrieben wird.
Die DCR 48 erzeugt jedoch weiterhin Impulse, die relativ kurze Anstiegs- und Abfallszeiten aufweisen, d. h. Impulse mit scharfen Flanken. Das LPF 46, das nach der DCR 48 angeordnet ist, empfängt die scharf geflankten Impulse von der DCR 48 und verschmälert deren Bandbreite, wodurch die Flanken am Anfang und am Ende der Impulse effektiv gerundet werden. Wie bei dem Transponder 45 von 2C ist das LPF 46 in dem Transponder 47 in 2D vorzugsweise nach dem elektrischen Verstärker 38 und nicht davor angeordnet. Auf diese Weise kann das LPF 46 die Kanten der elektrischen Impulse in dem Transponder 47 glätten, ohne dass deshalb der Verstärker 38 in einem linearen Zustand und nicht in einem gesättigten Zustand betrieben wird. Weil das LPF 46 zwischen dem Verstärker 38 und dem elektro-optischen Modulator 42 angeordnet ist, kann die DCR 48 die empfangenen Impulse wiederherstellen und kann der Verstärker 38 gesättigt betrieben werden, sodass die durch das LPF 46 empfangenen Impulse unabhängig von den empfangenen Impulsen sind und eine höhere Leistung aufweisen. Das LPF 46 verschmälert dann deren Bandbreite, um die Impulse von einer super-Gaußschen Form zu einer Gaußschen Form zu wandeln. Wie bei den zuvor beschriebenen Transpondern 43 und 45 moduliert der elektro-optische Modulator 42, der ein Mach-Zehner-Modulator, ein Elektroabsorptions-Modulator oder eine ähnliche Einrichtung sein kann, das optische Trägersignal von der Laserdiode 40 mit den gewandelten Impulsen.
Es ist zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der Transponder 43, 45 und 47 in einem optischen Kommunikationssystem mit einer hohen Bitrate verwendet werden können, um modulierte Impulse mit einem hohen Leistungspegel vorzusehen, wodurch die durch die Interaktion von SPM und GVD verursachte nicht-lineare Verzerrung reduziert wird. Zum Beispiel kann ein Transponder verwendet werden, bei dem ein elektrischer Verstärker 38 zwischen einem Dämpfer 44 und einem LPF 46 angeordnet ist. Andere Kombinationen der beschriebenen Komponenten können durch den Fachmann auf der Basis der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden.
Mit Bezug auf 1 wird im Folgenden die Vorrichtung zum experimentellen Testen der Transponder der ersten drei Ausführungsformen beschrieben. Wie bereits genannt, umfasst die optische Kommunikationsverbindung eine Reihe von Fern-Kommunikationsfasern 14-17. Jede dieser Fasern umfasst eine Single-Mode-Optikfaser mit einer Nulldispersion von ungefähr 1300 nm. Die gesamte Übertragungsfaser hat ein Länge von ungefähr 509 km, wobei die Faser 14 eine Länge von 129 km hat, die Faser 15 eine Länge von 128 km hat, die Faser 16 eine Länge von 125 km hat und die Faser 17 eine Länge von 127 km hat. Die Trägerwellenlänge, d. h. die Wellenlänge des Lasers 40 in dem Transponder 12, beträgt 1557 nm. Die Verstärker 18–21 umfassen Erbium-dotierte Faserverstärker, die mit einer Pumpwellen-Iänge von 980 nm arbeiten. Als Verstärker 18 wird ein vom Anmelder hergestelltes Modell TPA/E-SW verwendet, das als Sender-Leistungsverstärker betrieben wird, während für die Verstärker 19–21 jeweils ein ebenfalls vom Anmelder hergestelltes Modell OLA/E-F verwendet wird, das als Optikleitungs-Verstärker funktioniert. Die durchschnittliche Leistungsausgabe der Verstärker beträgt 13,5 dBm, was einer Spitzenleistung von ungefähr 16,5 dBm entspricht. Die Übertragungsfasern 14–17 führen auch eine Dämpfung in die Übertragungsleitung ein. Insbesondere weisen die Fasern 14–17 eine Nulldispersion-Wellenlänge von ungefähr 1300 nm und Dämpfungen von jeweils 25,4 dB, 26,7 dB, 27,1 dB und 24,9 dB auf. Weiterhin führen die Dämpfer 22–25 eine einstellbare Dämpfung in die optische Verbindung 10 ein. Diese Dämpfer erlauben eine Änderung der Dämpfung der Strecke. Die optischen Verstärker umfassen Filter (nicht gezeigt) zum Entfernen von verstärkter spontaner Emission und zum Minimieren von anderem Rauschen in den Verstärkern. Ein optischer Vorverstärker 67 kann vor dem Empfänger 28 angeordnet werden, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Der Vorverstärker 67 ist jedoch nicht in der durch den Anmelder getesteten Ausführungsform vorhanden. Der optische Vorverstärker 67 kann zum Beispiel ein durch den Anmelder hergestelltes Modell RPA/B-F sein.
Für eine Standard-Optikfaser und eine Spitzenleistung bei einem optischen Impuls von P₀ = 16 dBm beträgt die nicht-lineare Länge L_NL ungefähr 14 km. Für m = 3, eine Bitrate von 2,5 GB/s und eine Standardfaser mit einem Faserverlust α = 0,2 dB/km und β₂ = –20 ps²/km ist die Dispersionslänge L_D gleich 1750 km. Für eine Standardfaser mit einem Faserverlust α = 0,2 dB/km und einer durchschnittlichen Streckenlänge (zwischen optischen Verstärkern) z = 126,5 km ist z_eff gleich 21,6 km.
Auf der Basis der oben genannten Werte ergibt die Gleichung (5) eine Länge L_M = 82. Weil die Gesamtlänge der Verbindung L_T in diesem Fall gleich 509 km ist, wird die Bedingung für die Impulsverzerrung L_T > L_M verifiziert.
3 zeigt die Bitfehlerrate (BER) in Bezug auf die empfangene Leistung für die optischen Verbindung von 1 unter verschiedenen Bedingungen. Die Linie 50 zeigt die Performance des Systems, wenn der Sender 26 und der Empfänger 28 mit ihren Rückseiten verbunden in eine Schleifenkonfiguration eingebunden sind. Die Linie 52 zeigt die BER in Bezug auf die empfangene Leistung für den Fall, dass die Strecken in 1 eine Dämpfung von 38 dB aufweisen. Die Linie 54 zeigt die Ergebnisse für dieselbe Anordnung bei einer Dämpfung von 41 dB, und die Linie 56 zeigt die Ergebnisse bei 32 dB. Jeder der gezeigten Tests für die Linien 52-56 verwendet den Standard-Transponder 35 von 2A.
3 zeigt auch die Ergebnisse der BER in Bezug auf die empfangene Leistung, wenn der Transponder 47 von 2D anstelle des Transponders 35 verwendet wird. Die Linie 58 zeigt die Ergebnisse bei Verwendung des Transponders 47 mit einer Streckendämpfung von 38 dB. Entsprechend zeigt die Linie 60 die BER in Bezug auf die empfangene Leistung bei Verwendung des Transponders 47 mit einer Streckendämpfung von 41 dB, und die Linie 62 zeigt die Performance derselben Anordnung bei einer Streckendämpfung von 32 dB. Ein Vergleich dieser Ergebnisse zeigt, dass der Transponder 47 eine bessere Empfindlichkeit vorsieht, d. h. es ist eine minimale Empfangsleistung erforderlich, um eine fixe BER zu erhalten. Die Transponder 43 und 45 können ähnliche Ergebnisse erzielen.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann ein extern moduliertes Signal ohne wesentliches Dispersions-Penalty entlang einer Faserlänge von weniger als 600 km übertragen werden. Trotzdem kann SPM bei einer hohen Eingangsleistung ein Chirping der Impulse verursachen, was zu einer Verschlechterung des Signals trotz der relativ kurzen Faserlänge führt.
Der Anmelder hat festgestellt, dass das Einfügen einer Dispersionskompensationseinrichtung wie etwa eines Segments einer Dispersionskompensationsfaser oder eines gechirpten Faser-Bragg-Gitters entlang einer Faseroptik-Verbindung, die eine Länge von weniger als 600 km aufweist und mit hoher Eingangsleistung und hohen Bitraten betrieben wird, die nicht-lineare Verzerrung reduziert, die durch die Interaktion von SPM und GVD verursacht wird.
Dementsprechend zeigt 4 eine andere optische Kommunikationsverbindung 64, die die Effekte der Interaktion von SPM und GVD gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert. Die optische Verbindung 64 umfasst im wesentlichen dieselben Komponenten wie die optische Verbindung 10 von 1. Das heißt, die Verbindung 64 umfasst einen Sender 26, der optische Impulssignale zu einem Transponder 12 gibt, sowie optische Verstärker 18–21, Übertragungsoptikfasern 14–17 und Dämpfer 22–25, die die optischen Impulse über eine Distanz zu einem Empfänger 28 übertragen. Der Transponder 12 kann ein herkömmlicher Transponder 35 wie in 2A gezeigt oder ein verbesserter Transponder 43, 45 oder 47 wie in 2B–D gezeigt sein. Die optische Verbindung 64 umfasst jedoch eine Dispersionskompensationseinrichtung, die vorzugsweise ein Gitter 66 ist, das vorzugsweise vor dem Empfänger 28 angeordnet ist. Das Gitter kann ein Bragg-Gitterfilter oder eine ähnliche Einrichtung mit einem Chirping und einem Durchlassband umfassen, das in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der optischen Impulse in der Verbindung gesetzt ist. Während das Gitter 66 an verschiedenen Positionen in der optischen Verbindung 64 platziert werden kann, wird das Gitter 66 vorzugsweise vor dem Empfänger 28 angeordnet, um eine optimale Performance zu erhalten. Obwohl nicht in der durch den Anmelder getesteten Ausführungs form verwendet, kann ein optischer Vorverstärker 67 vor dem Gitter 66 angeordnet werden, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Der optische Vorverstärker 67 kann zum Beispiel ein vom Anmelder hergestelltes Modell RPA/B-F sein. Gemäß einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform kann das Gitter 66 mit einem optischen Vorverstärker 67 integriert werden und auch als Bandpassfilter funktionieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Dispersionskompensationsfaser anstelle des Gitters 66 verwendet werden.
5 zeigt die Bitfehlerrate (BER) in Bezug auf die empfangene Leistung für die in 4 gezeigte optische Verbindung unter verschiedenen Bedingungen. Wie bei den Tests für die optische Verbindung 10 zeigt die Linie 68 die Performance des Systems, wenn der Sender 26 und der Empfänger 28 der optischen Verbindung 64 mit ihren Rückseiten verbunden in eine Schleifenkonfiguration eingebunden sind. Die Linie 70 zeigt die BER in Bezug auf die empfangene Leistung für den Fall, dass die Strecken in 1 eine Dämpfung von 38 dB aufweisen, aber keine Dispersionskompensation verwendet wird. Unter diesen Umständen weist der Transponder 12 einen elektrischen Dämpfer 44 von 6 dB vor dem elektrischen Verstärker 38 auf, der den elektro-optischen Modulator 42 ansteuert, sodass die Konfiguration dem Transponder 43 von 2B entspricht. Die Linie 70 zeigt einen Boden in der BER für empfangene Leistungswerte von mehr als –31 dBm. Dies entspricht einer BER, die auch dann nicht unter einen Wert zwischen 10^–10 und 10^–9 sinkt, wenn die empfangene Leistung steigt. Die Linie 72 zeigt die Ergebnisse für dieselbe Anordnung, wenn ein Fasergitter 66 zwischen dem Transponder 12 und dem Verstärker 18 der optischen Verbindung 64 angeordnet ist. Das Gitter weist eine Bandbreite von 7 nm auf und wird für eine Dispersion von 1700 ps/nm (entspricht einer Dispersion von ungefähr 100 km der Standardfaser) kompensiert. Weiterhin zeigt die Linie 72 einen Boden in der BER, der jedoch weniger ausgeprägt ist als derjenige der Linie 70. Die Linie 74 zeigt die Ergebnisse für dieselbe Anordnung wie bei der Linie 70, wobei jedoch ein Fasergitter 66 vor dem Empfänger 28 in die optische Verbindung 64 eingefügt ist. Es ist deutlich, dass eine verbesserte Rauschleistung erreicht wird, die nicht durch einen Boden in der BER-Kurve beeinflusst wird.
Die vorstehende Beschreibung und die Experimente beziehen sich auf optische Systeme mit einer Vielzahl von Strecken. Der Anmelder hat festgestellt, dass auch ein optisches System mit hoher Leistung und nur einer Strecke, wie sie etwa für nicht zwischenverstärkte Unterwasserverbindungen verwendet werden, von der vorliegenden Erfindung profitieren kann, wenn die effektive Länge z_eff der Faserstrecke die nicht-lineare Länge L_NL überschreitet, wodurch eine Impulsverzerrung entstehen kann. Die Effekte von SPM/GVD können auch bei derartigen Systemen unter Verwendung eines Transponders, wie er oben mit Bezug auf 2B–2D beschrieben wurde, und/oder unter Verwendung einer Dispersionskompensation reduziert werden, wie sie mit Bezug auf 4 beschrieben wurde.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf die Übertragung über einen einzigen Kanal. Aber auch eine Mehrkanal- oder WDM-Übertragung kann von der Erfindung profitieren, wenn optische Verstärker mit hoher Leistung verfügbar sind, um die Spitzenleitung von einzelnen Kanälen über einen kritischen Wert zu heben, der eine Impulsverzerrung aufgrund einer SPM/GVD-Interaktion verursachen kann. Dieser kritische Wert hängt von den Eigenschaften der optischen Verbindung ab.
Andere Ausführungsformen der Erfindung können durch den Fachmann auf der Basis der vorliegenden Beschreibung realisiert werden. Die vorliegende Beschreibung ist lediglich beispielhaft, wobei der Erfindungsumfang durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

Optisches Kommunikationssystem (10) zum Reduzieren einer nicht-linearen Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei das System umfasst: einen Sender (26) zum Senden von optischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge, einen Transponder (12), der zum Empfangen und Wandeln der optischen Impulse zu einer zweiten Wellenlänge verbunden ist und eine opto-elektronische Einrichtung (36), eine Einrichtung (44, 46, 48) zum Glätten der Anstiegs- und Abfallsübergänge von elektrischen Impulsen, die von der opto-elektronischen Einrichtung empfangen werden, einen elektrischen Verstärker (38), eine optische Quelle (40) und einen elektro-optischen Modulator (42) enthält, eine Vielzahl Strecken, die linear mit dem Transponder verbunden sind und jeweils eine Länge einer optischen Übertragungsfaser (14, 15, 16, 17) und wenigstens einen optischen Verstärker (18, 19, 20, 21) umfassen, wobei die Gesamtlänge der Vielzahl von Strecken größer als (L_NL/z_eff)z ist, wobei L_NL die nicht-lineare Faserlänge ist, z die durchschnittliche Streckenlänge ist und z_eff die effektive Faserlänge der Strecke ist, einen Empfänger (28), der mit der Vielzahl von Strecken verbundenen ist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Glättern der elektrischen Impulse einen elektrischen Dämpfer (44) umfasst, der zwischen der opto-elektronischen Einrichtung und dem elektrischen Verstärker angeordnet ist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Glätten der elektrischen Impulse ein Tiefpassfilter (46) umfasst, das zwischen dem elektrischen Verstärker und dem elektro-optischen Modulator angeordnet ist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zum Glätten der elektronischen Impulse weiterhin eine Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung (48) umfasst, die zwischen der opto-elektronischen Einrichtung und dem elektrischen Verstärker angeordnet ist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei jeder aus der Vielzahl von Strecken annähernd die gleiche optische Dämpfung aufweist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Sender Impulse mit einer Rate von mindestens 2,5 GB/s sendet.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, das weiterhin eine Dispersionskompensationseinrichtung umfasst, die zwischen der Vielzahl von Strecken und dem Empfänger angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Längen der optischen Übertragungsfasern kumulativ nicht länger als 600 km ist.
Optisches Kommunikationssystem (10) zum Reduzieren einer nicht-linearen Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei das System umfasst: einen Sender (26) zum Senden von optischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge, einen Transponder (12), der zum Empfangen und Wandeln der optischen Impulse zu einer zweiten Wellenlänge verbunden ist und eine opto-elektronische Einrichtung (36), eine Einrichtung (44, 46, 48) zum Glätten der Anstiegs- und Abfallsübergänge von elektrischen Impulsen, die von der opto-elektrischen Einrichtung empfangen werden, einen elektrischen Verstärker (38), eine optische Quelle (40) und einen elektro-optischen Modulator (42) enthält, einen Abschnitt einer optischen Übertragungsfaser mit einer effektiven Länge z_eff, die größer als die nicht-lineare Faserlänge L_NL ist, einen Empfänger (28), der mit dem Faserabschnitt verbunden ist.
Verfahren zum Reduzieren einer nicht-linearen Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen von optischen Impulsen von einem Sender und Wandeln der optischen Impulse zu elektrischen Impulsen, Verstärken der elektrischen Impulse, Glätten der Flanken der Anstiegs- und Abfallsübergänge der elektrischen Impulse, Modulieren eines optischen Trägersignals mit den elektrischen Impulsen, und Senden des modulierten optischen Trägersignals über eine Vielzahl von Übertragungsstrecken mit einer kumulativen Länge, die länger als (L_NL/z_eff)z ist, wobei L_NL die nicht-lineare Faserlänge ist, z die durchschnittliche Streckenlänge ist und z_eff die effektive Länge der Faserstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin einen Schritt zum Verschmälern der Bandbreite der elektrischen Impulse nach dem Verstärken der elektrischen Impulse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin einen Schritt zum Kompensieren der Dispersion des modulierten optischen Trägersignals an einer Position entlang der Vielzahl von Übertragungsstrecken umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Kompensieren nach dem Schritt zum Senden durchgeführt wird.
Transponder (12) zum Empfangen von elektrischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge, die durch einen optischen Sender (26) erzeugt werden, zum Modulieren eines optischen Trägers mit den optischen Impulsen und zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei der Transponder (12) umfasst: eine Photodiode (36), die optisch verbunden ist, um die optischen Impulse zu empfangen und zu elektrischen Impulsen zu wandeln, einen elektrischen Verstärker (38), der gesättigt betrieben wird und elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse zu empfangen und zu verstärken, ein Tiefpassfilter (46), das elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse von dem elektrischen Verstärker zu empfangen, wobei das Tiefpassfilter eine Verlängerung der Anstiegs- und Abfallzeigen der elektrischen Impulse veranlasst, eine optische Quelle (40), die einen optischen Träger mit einer zweiten Wellenlänge vorsieht, und einen elektro-optischen Modulator (42), der angeordnet ist, um den optischen Träger mit den elektrischen Impulsen aus dem Tiefpassfilter zu modulieren.
Transponder nach Anspruch 13, der weiterhin eine Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung (48) umfasst, die zwischen der Photodiode und dem elektrischen Verstärker angeordnet ist.
Transponder (12) zum Empfangen von elektrischen Impulsen mit einer ersten Wellenlänge, die durch einen optischen Sender (26) erzeugt werden, zum Modulieren eines optischen Trägers mit den optischen Impulsen und zum Reduzieren der nicht-linearen Verzerrung, die durch die Interaktion zwischen einer Selbstphasenmodulation und einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion verursacht wird, wobei der Transponder (12) umfasst: eine Photodiode (36), die optisch verbunden ist, um die optischen Impulse zu empfangen und zu elektrischen Impulsen zu wandeln, einen elektrischen Dämpfer (44), der elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse von der Photodiode zu empfangen und die elektrischen Impulse zu dämpfen, sodass scharte Kanten der elektrischen Impulse geglättet werden einen elektrischen Verstärker (38), der linear betrieben wird und elektrisch verbunden ist, um die elektrischen Impulse zu empfangen und zu verstärken, eine optische Quelle (40), die einen optischen Träger mit einer zweiten Wellenlänge vorsieht, und einen elektro-optischen Modulator (42), der angeordnet ist, um den optischen Träger mit den elektrischen Impulsen aus dem Tiefpassfilter zu modulieren.