WO1998057138A1 - Messanordnung und verfahren zur bestimmung des nichtlinearen brechungsindex-koeffizienten von einer optischen übertragungsstrecke - Google Patents

Messanordnung und verfahren zur bestimmung des nichtlinearen brechungsindex-koeffizienten von einer optischen übertragungsstrecke Download PDF

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WO1998057138A1
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Ulrich Gaubatz
Erich Gottwald
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
    • G01M11/338—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face by measuring dispersion other than PMD, e.g. chromatic dispersion

Definitions

  • Nonlinear effects in optical transmission systems are described by the nonlinear refractive index. These nonlinear effects can be caused, for example, by signal distortions by self-phase modulation, cross-phase modulation or by four-wave mixing during signal transmission. A precise knowledge of the non-linear refractive index is particularly important when integrating an older glass fiber into an optical communication link with a high data rate and / or a high performance or in a WDM system because of the signal distortions.
  • Nishimura 'Acuate Measurement of Nonlinear Refractive Index by Cross Phase Modulation using Depolarized Pump Light' OEC'94, Technical Digest July 1994, PDI- 6, 12-13 and A. Wada, T.-O. Tsun, R.
  • interference structures are generated and evaluated by the interference of an intense pulse and a light-weak pulse.
  • the power transfer is made of a bright light
  • the invention has for its object to provide a simple measuring arrangement and a method for determining the nonlinear refractive index coefficient.
  • the object is achieved by the features of patent claims 1 and 9.
  • the invention has the advantage that the nonlinear refractive index coefficient can be determined even at low light outputs.
  • the invention has the further advantage that polarization of the optical signal need not be taken into account.
  • the invention has the advantage that only a very small modulation stroke is required and the exact value of the modulation stroke does not have to be known.
  • the invention has the further advantage that the position of the frequency minima can be shifted to low frequencies by the choice of a dispersive element and can thus be evaluated more easily.
  • the invention has the further advantage that no special pulse shaping, such as, for example, a Fourier-limited pulse with a width of 50 ps, as is required in the SPM method, is required. Knowledge of the pulse shape at the input and output is also irrelevant for the evaluation.
  • the method has the further advantage that it can be used with installed glass fibers by sending the measurement signal twice through the test fiber by reflection at the far end of the fiber and then coupling the incoming reflected signal power into the dispersive element and for determination of the nonlinear refractive index is used.
  • the measuring arrangement is insensitive to an operating point or the chirp of the modulator, provided that the control parameters of the modulator are not changed during the measurement, there is the further advantage that each type of modulator is suitable.
  • the measuring arrangement has the further advantage that the larger the dispersion constant, the number of minima increases, while the dispersion must be small for the SP measuring methods mentioned at the beginning and zero for the XPM and FWM measuring methods.
  • the dispersive element is a glass fiber
  • D tot results as the product of the fiber dispersion constant and the physical fiber length.
  • an amplitude-modulated input light signal is phase-modulated when it passes through a non-linear fiber F to be examined.
  • This phase modulated input signal is through a nonlinear test fiber and then passed through a dispersive element DE.
  • -Minima is then used to determine the non-linear refractive index coefficient n 2 .
  • L eff effective length of the optical transmission line
  • Pea n average input light power
  • the quadrature point of the Mach-Zender modulator M is the operating point at which the output power has dropped by 3 dB compared to the maximum output power.
  • the voltage V bias to set the quadrature point is 0.5V ⁇ , the voltage V ⁇ being required to switch the modulator from minimum to maximum transmission.
  • the shift caused by the nonlinearity is proportional to the nonlinearity Constants ⁇ , the mean light output P mean and the effective length L eff of the nonlinear glass fiber, plotting the measured displacement tan ( ⁇ chirp ) on the ordinate and the product 2 -L ⁇ ff • P Mim on the abscissa results in a straight line with the slope see (see graph in the evaluation unit AE Fig. 2).
  • n 2 also called 3rd order Kerr constant or susceptibility
  • the second formula (2) can be derived analytically, taking into account the following conditions a-c, from the non-linearity constant ⁇ , which is regarded as the basis for the description of the transmission behavior of non-linear dispersive glass fiber links. Prerequisite a.) "Neglecting dispersion effects in the nonlinear fiber". The second equation (2) is valid if the measurement is made at or near the zero point of dispersion of the nonlinear fiber.
  • Prerequisite b "Neglect of nonlinear effects in the dispersive element".
  • the validity of the second equation (2) is achieved either by using dispersive elements DE, the non-linearity of which is negligible in the set powers (such as chirped gratings or gratings), or by selecting the input light power in the dispersive element DE to be so small that the non-linearities in the dispersive element are negligible.
  • the non-linear fiber has a low dispersion.
  • the insertion of a dispersive element DE has the advantage here that the effects of the non-linearity and the dispersion required for the evaluation can be separated properly and thus a simple formula for calculating the non-linearity is obtained and the effort for evaluating it is low. Due to the insertion of the dispersive element, there was a shift in the minima with a change in performance in the fiber. However, one can vary the input parameters for common simulations until the simulation data are in agreement with the measured data and in this way determine the non-linearity constants ⁇ .
  • the non-linearity constant ⁇ of a dispersion-shifted standard single-mode fiber with a zero point at 1550 nm (1310 nm)
  • the operating wavelength is placed close to 1550 nm (1310 nm) in order to meet requirement a) and as dispersive Element DE can use a standard single-mode fiber with a total dispersion of around 1500 ps / nm with low input power.
  • the use of a chirped grating as the dispersive element DE with a corresponding total dispersion is advantageous because of the avoidance of the non-linearities (requirement b).
  • the input signal into the nonlinear fiber F is not purely amplitude-modulated but generally also phase-modulated.
  • the phase shift at the modulation frequency f of the chirped output signal is proportional to the amplitude swing at the fundamental wave with the modulation frequency f with a proportionality factor ⁇ .
  • the same measuring arrangement - with constant power P and constant chirp of the modulator (fixed operating point) - also gives D tot if several frequency minima can be detected.
  • ⁇ Ch i r falls out and the dispersion constant D tot can be determined at a known wavelength ⁇ and a known fiber length L.
  • FIG. 3 shows a flowchart for determining the nonlinear refractive index coefficient.
  • the amount of the transfer function is S 2 ⁇
  • FIG. 1 several transmission characteristics are shown with different input light powers of the signal to be transmitted.
  • the nonlinear refractive index coefficient n 2 is determined with the measuring arrangement shown schematically in FIG.
  • unmodulated light from a laser L is modulated with the aid of a Mach-Zender modulator M.
  • the operating point setting for the Mach-Zehnder modulator is done with the Bias-T and a DC voltage source, so that the Modulator M works at the quadrature point.
  • the DC voltage is changed by changing the DC voltage until the power meter LM shows maximum power, then the DC voltage is changed further until the power display has dropped by 3 dB.
  • the modulator M is over the bias-T with a harmonic signal Sl with a tunable frequency f, z. B. is generated in a network analyzer NWA, driven at the quadrature point.
  • the output signal of the modulator M is passed on to an input of an adjustable attenuator OA via an optical amplifier OFV.
  • the optical light output P of the signal is set with the adjustable attenuator OA and measured with a power measuring device LM.
  • the optical signal is then passed through the optical transmission line F to be examined, a non-linear transmission path, for example a non-linear test fiber, and then sent through a dispersive element DE.
  • Unamplified or after a further optical amplifier OFV with a downstream optical filter OF the signal is fed via a photodiode PD and an RF amplifier V to a network analyzer NWA.
  • the network analyzer NWA has a tunable high-frequency sine generator, which is used to generate an RF modulation signal S1.
  • a narrow-band RF filter that can be tuned at the receiving end, which is automatically tuned to the modulation frequency f, and an RF power meter for measuring the amount of the transfer function of IS 21 1 in dB, this can be displayed on a display unit DP assigned to the network analyzer NWA .
  • the frequency f is in GHz on the abscissa and the magnitude of the transfer function is on the ordinate
  • the transmission characteristic curve shown there are characteristic minima when the amount of the transmission characteristic curve is logarithmically applied at certain frequencies if the modulation frequency f is varied, for example, from 0 to 20 GHz. Since the modulation stroke of the optical signal with small strokes (requirement c) is important, one selects the RF power delivered by the network analyzer NWA in such a way that with a variation of the RF power no shift of the minima can be registered.
  • the Mach-Zender modulator M does not need to generate a purely harmonic modulated light signal since the network analyzer NWA only selects the Fourier component at a modulation frequency f (the fundamental wave) through the filtering. This corresponds to a structure with purely harmonic modulated light and detection on the receiver side without HF filtering.
  • the evaluation unit AE determines the minima which result from the transfer function IS 21 1 and the associated frequencies f k .
  • the power P mean and possibly this power corrected by the division factor of the divider T from the power measuring device LM are stored in the evaluation unit AE.
  • An algorithm is used to determine the frequencies f at which a minimum results and the data pairs (P mea n, f k ) are stored in each case. Then the input light output is changed and the next data pairs (P mean ; f k ) are determined. If sufficient data pairs are available, the further parameters c, ⁇ , ⁇ , D tot , A eff and L are either determined and made available to the evaluation unit AE by separate measurements using known standard methods / devices.
  • n 2 ⁇ ⁇ A eff / 2 / ⁇ .
  • the transmission function S21 of a transmission link is shown on a screen BAE of the evaluation unit AE.
  • the illustration on the BAE display shows the measurement results for determining the non-linearity constant ⁇ of a dispersion-shifted fiber (F) with a length of approximately 100 km.
  • a standard single-mode fiber was used as the dispersive element DE.
  • the operating wavelength is close to the zero point of dispersion of the fiber F.
  • the input light power in the standard single-mode fiber is for everyone
  • Measured values are regulated to 0 dBm by means of a further optical amplifier and an optical attenuator.
  • the attenuation ⁇ of the test fiber F, the length L of the test fiber F, the operating wavelength ⁇ and the total dispersion D tot of the dispersive element DE are determined by independent measuring methods. Then the first input light power value P mean is set by means of the optical attenuator OA and the associated transmission characteristic curve
  • n 2 s / 2 / Le ff - ⁇ -Ae ff 2 / ⁇ .

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Abstract

Messanordnung und Verfahren zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten von einer optischen Übertragungsstrecke, wobei die Verschiebung der Minima aus der Übertragungskennlinie der Übertragungsfunktion und weitere Streckenparameter der optischen Übertragungsstrecke ermittelt und daraus der nichtlineare Brechungsindex-Koeffizient berechnet wird.

Description

Beschreibung
Meßanordnung und Verfahren zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten von einer optischen Übertragungsstrecke
Nichtlineare Effekte in optischen Übertragungssystemen werden durch den nichtlinearen Brechnungsindex beschrieben. Diese nichtlinearen Effekte können beispielsweise Signalverzerrungen durch eine Selbstphasenmodulation, eine Kreuzphasenmodulation oder durch eine Vierwellenmischung während einer Signalübertragung hervorgerufen werden. Eine genaue Kenntnis des nichtlinearen Brechungsindexes ist insbesondere bei einer Integration einer älteren Glasfaser in eine optische Nachrichtenstrecke mit einer hohen Datenraten und/oder einer hohen Leistung oder bei einem WDM-System wegen der SignalVerzerrungen wichtig.
In den Veröffentlichungen von Y. Namihira, A. Miyata, N. Ta- nahashi, 'Nonlinear coefficient measurements for dispersion shifted fibres using self-phase modulation method at 1.55 μm' Electronics Letters, (1994), 30,4, S.1171-1172, Y. Namihira, N. Tanahashi, M. Mure, Y. Tanaka 'Automated Fiber Nonlinear Coefficient Measurement System using Self-Phase Modualtion
Method at 1.55 μm' , OEC'94, Technical Digest, July 1994, PDI- 7, S.14 und R.H. Stolen, K.S. Kim, S.E. Evangelides. G.T. Harvey, W.A. Reed, 'Nonlinear-index measurement by SPM at 1.55 μm' , OFC'95, Technical Digest, FD1, S.312-313 sind Meß- anordnungen, die nichtlineare Effekte mittels einer Selbstphasenmodulationsmethode (SPM) ermitteln, bekannt. Aus T. Kato, Y. Suetsugu, M. Takagi, E. Sasaoka, M. Nishimura, 'Acu- rate Measurement of Nonlinear Refractive Index by Cross Phase Modulation using Depolarized Pump Light' OEC'94, Technical Digest July 1994, PDI-6, 12-13 und A. Wada, T.-O. Tsun, R.
Yamauchi, 'Measurement of Nonlinear-Index Coefficients of Optical Fibers through the Cross-Phase Modulation using De- layed-Self-Heterodyne Technique', ECOC'92, Berlin, Germany, Vol. 1. S. 45-48, Sept. 92 ist eine Kreuzphasenmodulationsmethode (XPM) zur Ermittlung von nichtlinearen Effekten bekannt. Aus J.E. Meier, W.E. Heinlein, ' Improved Self-Compen- sated Interferometer Method to measure the effective Nonline- arity of an Er-Doped Fibre ' , OFMC'93, Turin, Italien, S. 125- 128, Sept. 1993 ist ein Verfahren mittels selbstkompensierendem Interferometer (SCI) und eine Vierwellenmischungsmethode (V M) ist aus L. Prigent, 'Measurement of nonlinear Kerr coefficient by Four-Wave-Mixing1 , IEEE Photonics Technol . Letters, Vol. 5, No.9, S. 1092-1095, 1993 bekannt. Bei der Selbstphasenmodulationsmethode SPM-Methode wird die spektrale Verzerrung eines kurzen Lichtpulses als Funktion der optischen Leistungen gemessen und durch Vergleich zwi- sehen Messung und Simulation auf eine Nichtlinearitätskon- stante γ geschlossen. Bei der Kreuzphasenmodulationsmethode werden Phasen- bzw. Frequenzänderungen bei einer lichtschwa- chen Probe-Lichtwelle durch die Wechselwirkung mit einer intensiven, modulierten Pumplichtwelle erzeugt und mit dem self-delayed Heterodyn-Verfahren als Funktion der optischen
Leistung gemessen und ausgewertet. Beim selbstkompensierendem Interferometer werden durch die Interferenz eines intensiven Pulses und eines lichtschwachen Pulses Interferenzstrukturen erzeugt und diese ausgewertet. Bei der Vierwellenmischungsme- thode wird der Leistungstransfer von einer lichtstarken
Pumplichtquelle auf eine lichtschwache Probelichtquelle bestimmt und daraus auf die Nichtlinearitätskonstante γ geschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Meßanordnung und ein Verfahren zur Ermittlung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten anzugeben .
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 9 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß bereits bei geringen Lichtleistungen der nichtlineare Brechungsindexkoef- fizient ermittelt werden kann.
Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß eine Polarisation des optischen Signals nicht berücksichtigt zu werden braucht .
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß man nur einen sehr geringen Modulationshub benötigt und der genaue Wert des Modulationshubs nicht bekannt sein muß.
Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß man durch die Wahl eines dispersiven Elementes die Lage der Fre- quenzminima zu niedrigen Frequenzen verschieben und damit leichter ausgewertet werden kann.
Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß keine spezielle Pulsformung, wie beispielsweise eine fourier-limi- tierte Pulse der Breite 50 ps, wie sie bei der SPM-Methode benötigt werden, erforderlich ist. Auch ist für die Auswertung die Kenntnis der Pulsform am Eingang und Ausgang unerheblich.
Das Verfahren bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß es bei verlegten Glasfasern einsetzbar ist, indem durch Reflexion am fernen Faserende das Meßsignal zweimal durch die Test- faser geschickt und dann die ankommende reflektierte Signal- leistung in das dispersive Element eingekoppelt und zur Be- Stimmung des nichtlinearen Brechungsindexes herangezogen wird.
Die Meßanordnung bringt neben dem Vorteil, daß sie unempfindlich auf einen Arbeitspunkt bzw. den Chirp des Modulators ist, sofern die Ansteuerparameter des Modulators bei der Messung nicht verändert wird, den weiteren Vorteil mit sich, daß jeder Modulatortyp geeignet ist. Die Meßanordnung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß je größer die Dispersionskonstante ist, die Zahl der Minima wächst, während für die eingangs genannten SP -Meßmethoden die Dispersion klein und für die XPM- und FWM-Meßmethode null sein muß.
Nachfolgend theoretische Grundlagen zur Meßanordnung und zum Verfahren zur Bestimmunmg des nichtlinearen Brechungsindex- Koeffizienten von optischen Übertragungsstrecken.
Wird ein mit der Frequenz f amplitudenmoduliertes Licht durch ein dispersives Element (z.B. eine Glasfaser oder ein chirped grating) geleitet, dann weist der Betrag der Übertragungs- funktion | S21 j in [dB] bei logarithmischer Auftragung von charakteristische Nullstellen bei bestimmten diskreten Frequenzen fk auf. Die Lage des k-ten Minimums f ist gegeben durch die folgende erste Gleichung (l) (siehe z.B.: M. Schiess, H. Carlden, 'Evaluation of the chirp parameter of a Mach-Zehnder intensity modulator' , Electronic Letters, (1994) 30, 18, S. 1524)
πλ , , π Dtot • __* = (2k -1)- (1)
C 2 c Vakuumlichtgeschwindigkeit λ VakuumlichtWellenlänge; k=l, ... ,n. Dtot in ps/nm ist die Gesamtdispersion des dispersiven Elementes
Ist das dispersive Element eine Glasfaser, ergibt sich Dtot als Produkt aus der Faserdispersionskonstanten und der physi- kalischen Faserlänge. Durch Auswerten dieser Frequenzminima läßt sich bei bekannter Lichtwellenlänge λ die Gesamtdispersion Dtot bestimmen.
Zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten n2 wird ein amplitudenmoduliertes Eingangslichtsignal beim Durchlaufen einer zu untersuchenden nichtlinearen Faser F einer Übertragungsstrecke phasenmoduliert. Dieses phasenmodulierte Eingangssignal wird durch eine nichtlineare Testfaser und danach durch ein dispersives Element DE geleitet . Die Verschiebung der |S21| -Minima wird dann zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten n2 verwendet. Bei Vernachlässigung von Dispersionseffekten in der nichtlinearen Faser und bei Vernachlässigung von nichtlinearen Effekten im dispersiven Element und bei rein amplitudenmodier- tem Licht mit kleinem Hub, erzeugt durch einen Mach-Zender- Modulator M betrieben am Quadraturpunkt, verschieben sich die Frequenzminima nach der folgenden zweiten Gleichung (2) :
τz ,.? , , , π ,
— • Dtot - ^ + Ψchirp = (2 - l) - tarlφchirι) = 2 • γ • L^ • P^ ( 2 )
tan(φchirp): gemessene Verschiebung,
Leff : effektive Länge der optischen Übertragungsleitung, Pean: mittlere Eingangslichtleistung
Der Quadraturpunkt des Mach-Zender-Modulators M ist der Betriebspunkt, bei dem die Ausgangsleistung um 3 dB gegenüber der maximalen Ausgangsleistung abgesunken ist . Die Spannung Vbias, zur Einstellung des Quadraturpunktes ist 0.5Vπ, wobei die Spannung Vπ benötigt wird, um den Modulator von minimaler auf maximale Transmission umzuschalten.
Die effektive Länge der Faser Leff setzt sich zusammen aus der physikalischen Länge L der nichtlinearen Faser F und deren Faserdämpfung α gemäß Leff= (l-e"αL)/α. Die durch die Nichli- nearität verursachte Verschiebung ist proportional zum Nicht- linearitäts-Konstanten γ, der mittleren Lichtleistung Pmean und der effektiven Länge Leff der nichtlinearen Glasfaser. Die Auftragung der gemessenen Verschiebung tan(φchirp) an der Or- dinate und das Produkt 2 -Lβff • PMim auf der Abzisse ergibt eine Gerade mit der Steigung s. (siehe Graph in der Auswerteeinheit AE Fig. 2) .
Aus dem Zusammenhang γ = 2 π n2/λ/Aeff kann aus der als bekannt vorausgesetzten Vakuumwellenlänge λ und der bekannt vorausgesetzten effektiven Fläche A,,ff des nichtlinearen
Lichtwellenleiters auf den nichtlinearen Brechungsindex n2 (auch Kerr-Konstante oder Suszeptibität 3. Ordnung genannt) geschlossen werden.
Die zweite Formel (2) kann analytisch unter Beachtung der nachfolgend aufgeführten Voraussetzungen a-c aus der Nichtli- nearitätskonstanten γ, die als Grundlage für die Beschreibung des Übertragungsverhaltens von nichtlinearen dispersiven Glasfaserstrecken angesehen wird, abgeleitet werden. Voraussetzung a.) "Vernachlässigung von Dispersionseffekten in der nichtlinearen Faser" . Die Gültigkeit der zweiten Glei- chung (2) erreicht man dadurch, daß die Messung bei oder in der Nähe der Dispersionsnullstelle der nichtlinearen Faser gemacht wird.
Voraussetzung b:) "Vernachlässigung von nichtlinearen Effekten im dispersiven Element" . Die Gültigkeit der zweiten Glei- chung (2) erreicht man dadurch, daß man entweder dispersive Elemente DE einsetzt, deren Nichtlinearität bei den eingestellten Leistungen vernachlässigbar ist (wie z.B. chirped gratings oder Gitter) oder die Eingangslichtleistung in das dispersive Element DE wird so klein gewählt werden, daß die Nichtlinearitäten im dispersiven Element vernachlässigbar sind.
Zur Messung muß man die Betriebswellenlänge so wählen, daß die nichtlineare Faser eine geringe Dispersion aufweist. Das Einfügen eines dispersiven Elementes DE bringt hier den Vor- teil mit sich, daß man die Effekte der Nichtlinearität und der zur Auswertung notwendigen Dispersion sauber trennen kann und so eine einfache Formel zur Berechnung der Nichtlinearität erhält und der Aufwand zu dessen Auswertung gering ist . Aufgrund der Einfügung des dispersiven Elementes ergab sich eine Verschiebung der Minima bei einer Leistungsänderung in der Faser. Man kann aber die Eingangsparameter für gängige Simulations erfahren solange variieren, bis die Simulations- daten in Übereinstimmung mit den gemessenen Daten sind und auf diese Weise die Nichtlinearitätskonstanten γ bestimmen. Zur Ermittlung der Nichtlinearitätskonstanten γ wird bei einer bekannten Dispersion Dtot lediglich ein Minimum der Übertragungsfunktion |S21| benötigt. Um z . B. die Nichtlinearitätskonstante γ einer dispersions- verschobenen Standard-Einmodenfaser mit einer Dispersionsnullstelle bei 1550 nm (1310 nm) zu bestimmen, legt man die Betriebswellenlänge dicht an die 1550 nm (1310 nm) , um Vor- aussetzung a) zu erfüllen und als dispersives Element DE kann man eine Standard-Einmodenfaser mit einer Gesamtdispersion von etwa 1500 ps/nm bei geringer Eingangsleistung einsetzen. In vorteilhafter Weise ist der Einsatz eines chirped grating als dispersives Element DE mit einer entsprechenden Gesamt- dispersion wegen der Vermeidung der Nichtlinearitäten (Voraussetzung b) einzusetzen.
Wird zur Amplitudenmodulation ein Mach-Zender-Modulator M am Quadraturpunkt benutzt, so ist das Eingangssignal in die nichtlineare Faser F nicht rein amplitudenmoduliert sondern in der Regel auch phasenmoduliert. Im allgemeinen ist der Phasenhub bei der Modulationsfrequenz f des gechirpten Aus- gangssignals proportional zum Amplitudenhub bei der Grundwelle mit der Modulationsfrequenz f mit einem Proportionalitäts- faktor θ. Die Lage der Frequenzminima ist dann unter Berück- sichtigung dieses Modulator-Chirps, wenn nur die Grundwellen- terme bei der Modulationsfrequenz f berücksichtigt werden (Voraussetzung c) , näherungsweise gegeben durch eine dritte Gleichung (3) : Φchirp = (2k-l) π/2 - πλ/c Dtot fk 2 ; tanφchrp = & + 2 ■ Lβ£f • P^ Die Approximation ist dann gut, wenn mit kleinen Modulations- hüben gearbeitet wird.
Die dritte Gleichung (3) ist ohne den Kerr-Anteil, der proportional zur Nichtlinearitätskonstanten γ ist, schon publiziert (siehe M. Schiess) und experimentell bestätigt. Die für diesen Fall analoge Auswertung durch Auftragung der gemessenen Verschiebung tan(φohirp) gegen Pmean ergibt eine Gerade mit der Steigung 2 • γ • Lβff und einem Achsenabschnitt von θ. Arbeitet man nicht am Quadraturpunkt des Modulators, dann muß θ+2*γ-Leff-Pmean ersetzt werden durch ai'θ+as Leff'Pmean. wobei ax und a2 in komplexer Form von der ArbeitsSpannung Vbias des Modulators abhängen. Ist die Dispersion Dtot des dispersiven Elements DE unbekannt, erhält man mit der gleichen Meßanordnung - bei konstanter Leistung P und konstantem Chirp des Modulators (fester Ar- beitspunkt) - auch Dtot, falls mehrere Frequenzminima detek- tiert werden können. Durch die Differenzbildung zwischen der Frequenz des k.-ten und des 1-ten Minimums fällt φChir heraus und es läßt sich bei bekannter Wellenlänge λ und bekannter Faserlänge L die Dispersionskonstante Dtot bestimmen.
Weitere Besonderheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Erläuterung von einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
Fig.l eine Übertragungsfunktion bei verschiedenen Ein- gangsleistungen,
Fig.2 eine Meßanordnung und
Fig.3 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten .
In der Figur 1 ist der Betrag der Ubertragungsfunktion | S2ι | in Dezibel dB über einen Frequenzbereich in GHz aufgetragen. In Figur l sind mehrere Übertragungskennlinien bei unterschiedlichen Eingangslichtleistungen des zu übertragenden Signals abgebi1det .
Mit der in Figur 2 schematisch dargestellten Meßanordnung wird der nichtlineare Brechungsindex-Koeffizient n2 ermittelt. Bei der Meßanordung wird unmoduliertes Licht eines Lasers L mit Hilfe eines Mach-Zender-Modulators M moduliert. Die Arbeitspunkteinstellung für den Mach-Zehnder-Modulator erfolgt mit dem Bias-T und einer Gleichspannungsquelle, so daß der Modulator M am Quadraturpunkt arbeitet. Die DC-Spannung wird durch Veränderung der Gleichspannung solange verändert, bis das Leistungsmeßgerät LM maximale Leistung anzeigt, danach wird die Gleichspannung weiter verändert, bis die Leistungs- anzeige um 3 dB gefallen ist. Der Modulator M wird über den Bias-T mit einem harmonischen Signal Sl mit einer durchstimm- baren Frequenz f, das z. B. in einem Netzwerkanalysator NWA erzeugt wird, am Quadraturpunkt angesteuert. Das Ausgangssignal des Modulators M wird über einen optischen Verstärker OFV an einen Eingang eines einstellbaren Abschwächers OA weitergeleitet. Mit dem einstellbaren Abschwächer OA wird die optische Lichtleistung P des Signals eingestellt und mit einem Leistungsmeßgerät LM gemessen. Das optische Signal wird dann durch die zu untersuchende optische Übertragungsleitung F, eine nichtlineare Übertragungsstrecke, z.B. eine nichtlineare Testfaser geleitet und anschließend durch ein dispersives Element DE geschickt. Unverstärkt oder nach einem weiteren optischen Verstärker OFV mit nachgeschalteten optischen Filter OF wird das Signal über eine Photodiode PD und einen HF-Verstärker V einem Netzwerkanalysator NWA zugeführt.
Der Netzwerkanalysator NWA weist einen durchstimmbaren Hochfrequenz-Sinusgenerator auf, der zur Erzeugung eines HF-Modulationssignals Sl dient. Mit einem empfangsseitig durch- stimmbaren schmalbandigen HF-Filter, das automatisch auf die Modulationsfrequenz f abgestimmt ist und einem HF-Leistungsmeßgerät zur Messung des Betrages der Ubertragungsfunktion von I S211 in dB kann diese auf einer dem Netzwerkanalysator NWA zugeordneten Display-Einheit DP dargestellt werden. Auf der Abzisse ist die Frequenz f beispielsweise in GHz und an der Ordinate ist der Betrag der Übertragungsfunktion | S2i I in Dezibel dB aufgetragen. In der dargestellten Ubertragungs- kennlinie ergeben sich charakteristische Minima bei logarithmischen Auftrag des Betrages der Übertragungskennlinie bei bestimmten Frequenzen, wenn die Modulationsfrequenz f z.B. von 0 bis 20 GHz variiert wird. Da der Modulationshub des optischen Signals bei geringen Hüben (Voraussetzung c) unwe- sentlich ist, wählt man die vom Netzwerkanalysator NWA abgegebene HF-Leistung so, daß bei einer Variation der HF-Leistung keine Verschiebung der Minima registrierbar ist . Der Mach-Zender-Modulator M braucht kein rein harmonisch moduliertes Lichtsignal zu erzeugen, da der Netzwerkanalysator NWA durch die Filterung nur den Fourieranteil bei einer Modulationsfrequenz f (die Grundwelle) selektiert. Dies entspricht einem Aufbau mit rein harmonisch moduliertem Licht und empfangsseitiger Detektion ohne HF-Filterung.
Die Auswerteeinheit AE ermittelt die Minima die sich aus der Übertragungsfunktion I S211 ergeben die zugehörigen Frequenzen fk. Zusätzlich wird die Leistung Pmean und gegebenenfalls diese um den Teilungsfaktor des Teilers T korrigierte Leistung aus dem Leistungsmeßgerät LM in der Auswerteeinheit AE abgespeichert. Mit einem Algorithmus werden die Frequenzen f bestimmt, bei denen sich ein Minima ergibt und die Datenpaare jeweils (Pmean,fk) abgespeichert. Dann wird die Eingangslicht- leistung verändert und die nächsten Datenpaare (Pmean;fk) er- mittelt. Sind genügend Datenpaare vorhanden, werden der Auswerteeinheit AE die weiteren Parameter c, λ, α, Dtot, Aeff und L entweder durch separate Messungen mit bekannten Standardmethoden-/geraten ermittelt und zur Verfügung gestellt. Danach werden die Terme φChip = (2k-l) π/2 - π λ2/c Dtot fk 2 gemäß der dritten Gleichung (3) gebildet und jeweils der tan(φchirp) gegen die mittleren Eingangslichtleistungen Pmean auf einem Display BAE der Auswertereinheit AE aufgetragen (siehe BAE Fig. 2) . Durch die ermittelten Datenpaare tan(φchirp), Pmean kann mittels eines linearen Fits eine Gerade gelegt werden und die Steigung s und der Achsenabschnitt θ auf der Abzisse der Geraden bestimmt werden. Mit der Faserlänge L und der Faserdämpfung α erhält man dann Leff und damit die Nichtlineari- täts-Konstante γ = s/2/Leff. Diese wird dann nach der Gesetzmäßigkeit in den nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten n2 = γ λ Aeff /2/π umgerechnet. Auf einem Bildschirm BAE der Auswerteeinheit AE wird die Übertragungsfunktion S21 einer Ubertragungsstrecke z.B. eine Standard-Single Mode Faser für verschiedene optische Eingangsleistungen dargestellt.
Die Abbildung auf dem Display BAE zeigt die Meßergebnisse zur Bestimmung der Nichtlinearitäts-Konstanten γ einer dispersi- onsverschobenen Faser (F) mit einer Länge von annähernd 100 km. Als dispersives Element DE wurde eine Standard-Einmoden- faser eingesetzt. Die Betriebswellenlänge liegt dicht bei der Dispersionsnullstelle der Faser F. Der Modulator ist ein am Quadraturpunkt betriebener Mach-Zender-Modulator mit einem Chirp-Koeffizienten von θ=0.8. Um Nichtlinearitäten im dispersiven Element DE möglichst klein zu halten, ist die Ein- gangεlichtleistung in die Standard-Einmodenfaser für alle
Meßwerte mittels eines weiteren optischen Verstärkers und eines optischen Dämpfungsgliedes auf 0 dBm geregelt .
In Fig.3 sind die wesentlichen Verarbeitungsprozeduren in ei- nem Ablaufdiagramm wiedergegeben:
1) Einstellen des Arbeitspunktes des Modulators M, so daß dieser am Quadraturpunkt arbeitet und
2) Einstellen der Betriebswellenlänge des Lasers L, daß dieser nahe der Dispersionsnullstelle der Teststrecke F arbei- tet . Durch eigenständige Meßverfahren werden die Dämpfung α der Testfaser F, die Länge L der Testfaser F, die Betriebswellenlänge λ und die Gesamtdispersion Dtot des dispersiven Elementes DE ermittelt. Dann stellt man die erste Eingangs- lichtleistungswert Pmean mittels des optischen Abschwächers OA ein und zeichnet die dazugehörige Übertragungskennlinie |S21| mit dem Netzwerkanalysator NWA auf . Die Übertragungskennlinie und die mittlere Eingangsleistung Pmean werden dann von der Auswerteeinheit AE abgetastet und die Frequenzlagen f der Minima in |S2ι| ermittelt. Bei veränderter Leistungseinstel- lung wird der letzte Schritt entsprechend lange wiederholt, bis genügend Datenpaare (Pmean fk) gesammelt sind. Danach wird die Verschiebung der Übertragungskennlinie nach der Gesetzmä- ßigkeit (3) tan(φchιrp) aus Pmean und fk bestimmt und zwischengespeichert. Durch die ermittelten Datenpaare (tan (φchιrp) , Pmea ) wird mit einem Linear-Fit eine Gerade gebildet. Mit Hilfe der Steigung s der Geraden kann dann die Nichtlinearitätskonstanten γ bestimmt und mit Hilfe dieser dann der nichtlineare Brechungsindex-Koeffizienten n2 der optischen Übertragungsstrecke entsprechend der Gleichung n2 = s/2 /Leff-λ-Aeff 2/π ermittelt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex- Koeffizienten (n2) von einer optischen Ubertragungsstrecke (F) , mit
- einem Netzwerkanalysator (NWA) zur Erzeugung eines Testsignals (Sl) und zur Ermittlung des
Betrages der Übertragungskennlinie ( | S211 ) des Testsignals
(Sl), - einem Modulator (M) zur Modulation des
Testsignals (Sl) auf ein von einem Laser (L) erzeugten
Lichtes am Leitungseingang der optischen
Ubertragungsstrecke (F) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, - ein Mittel zur Einstellung der Lichtleistung des modulierten Lichtes am Anfang der optischen
Ubertragungsstrecke (F) und
- eine dem Netzwerkanalysator (NWA) nachgeordnete Auswerteeinheit (AE) , die eine Verschiebung der Übertragungskennlinie | S211 bei verschiedenen
Eingangslichtleistungen des modulierten Lichtes ermittelt und daraus den nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten (n2) bestimmt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Mittel zur Einstellung der optischen Eingangs1eistung ein Teiler (T) mit einstellbaren Teilungsverhältnissen ist, wobei ein Teil der optischen Lichtleistung des modulierten Lichtes an den Eingang der Ubertragungsstrecke (F) und der verbleibende Anteil der optischen Lichtleistung des modulierten Lichtes an den Eingang einer Auswerteeinheit (AE) weitergeleitet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am Eingang des Teilers (T) ein optischer Abschwächer (OA) angeordnet ist .
4. Anordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen einem Ausgang des Teilers (T) und einem Eingang der Auswerteeinheit (AE) eine Meßeinheit (LM) zur Ermittlung der Lichtleistung (Pmβan) angeordnet ist.
5.Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in die Ubertragungsstrecke (F) ein dispersives Element (DE) eingefügt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Modulator (M) ein Mach-Zender-Modulator ist, dessen Betriebspunkt durch ein Stellelement (VBIAS) so eingestellt wird, daß die Ausgangsleistung um 3 dB gegenüber der maximalen Ausgangsleistung abgesenkt ist .
7. Anordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen Modulator (M) und Teiler (T) ein optischer Faserverstärker (OFV) angeordnet ist,
8. Anordnung nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nach dem dispersiven Element (DE) ein weiterer optischer Faserverstärker (OFV) , ein optisches Filter (OF) , eine Photodiode (PD) sowie ein HF-Verstärker angeordnet ist.
9. Verfahren zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex- Koeffizienten von einer optischen Ubertragungsstrecke (F) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß von einer Übertragungskennlinie der Übertragungsfunktion (|S21|) der optischen Ubertragungsstrecke (F) die Minima (f ) bei einer Eingangslichtleistung (Pmean) des optischen Signals ermittelt werden, daß die Eingangslichtleistung (Pmean) des optischen Signals verändert wird, daß mit den Datenpaaren gebildet aus einer Verschiebung
(tan (φChιr) ) der Minima bei Veränderung der Eingangslicht- leistung (Pmean ) eine Gerade durch ein Linearfit gebildet und deren Steigung (s) ermittelt wird, daß gemäß der Gleichung n2= s/2 /Leff'λ-AeffV2/π der nichtli- neare Brechungsindex-Koeffizient (n2) ermittelt wird, wobei die Abkürzungen Leff : die effektive Länge und Aeff : die effektive Durchschnittsfläche des nichtlinearen Lichtwellenleiters sind.
10. Verfahren zur Bestimmung des nichtlinearen Brechungsindex-Koeffizienten von einer optischen Ubertragungsstrecke (F), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das die Übertragungsfunktion (|S21|) durch Simulation nachge- bildet und der nichtlineare Brechungs-Koeffizient (n2) ermittelt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10047901A1 (de) * 2000-09-27 2002-05-02 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Fasernichtlinerarität einer Lichtleitfaser in einer Datenübertrgungsstrecke
US6678041B2 (en) 2000-07-10 2004-01-13 Advantest Corporation Optical characteristic measuring apparatus, the method thereof and recording medium
DE102004047021B3 (de) * 2004-09-28 2006-08-10 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Dispersion einer optischen Übertragungsstrecke
DE102012104246A1 (de) * 2012-05-16 2013-10-10 Deutsche Telekom Ag Netzwerkanalysator als teil eines optischen spektroskops

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0348235A2 (de) * 1988-06-24 1989-12-27 Nippon Telegraph and Telephone Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Beurteilen einer optischen Faser mit Brillouin Verstärkung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0348235A2 (de) * 1988-06-24 1989-12-27 Nippon Telegraph and Telephone Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Beurteilen einer optischen Faser mit Brillouin Verstärkung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAMIHIRA Y ET AL: "NONLINEAR COEFFICIENT MEASUREMENTS FOR DISPERSION SHIFTED FIBRES USING SELF-PHASE MODULATION METHOD AT 1.55MUM", ELECTRONICS LETTERS, vol. 30, no. 14, 7 July 1994 (1994-07-07), pages 1171/1172, XP000461191 *
VOGEL E M ET AL: "NONLINEAR OPTICAL PHENOMENA IN GLASS", PHYSICS AND CHEMISTRY OF GLASSES, vol. 32, no. 6, 1 December 1991 (1991-12-01), pages 231 - 254, XP000238180 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6678041B2 (en) 2000-07-10 2004-01-13 Advantest Corporation Optical characteristic measuring apparatus, the method thereof and recording medium
DE10047901A1 (de) * 2000-09-27 2002-05-02 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Fasernichtlinerarität einer Lichtleitfaser in einer Datenübertrgungsstrecke
DE10047901C2 (de) * 2000-09-27 2003-04-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Fasernichtlinerarität einer Lichtleitfaser in einer Datenübertragungsstrecke
DE102004047021B3 (de) * 2004-09-28 2006-08-10 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Dispersion einer optischen Übertragungsstrecke
DE102012104246A1 (de) * 2012-05-16 2013-10-10 Deutsche Telekom Ag Netzwerkanalysator als teil eines optischen spektroskops
EP2664903A3 (de) * 2012-05-16 2014-01-15 Deutsche Telekom AG Netzwerkanalysator als Teil eines optischen Spektroskops

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