DE4028180A1 - Solitonen-uebertragung mit grossen raman-verstaerkungsperioden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Solitonen-Übertragung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Anord­ nung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus IEEE Journal of Quantum Electronics, VOL. QE-22, NO. 1 vom Januar 1986, Seiten 157-173 (L.F. Mollenauer et al) sowie aus Laser und Optoelektronik Nr. 4/1987, Seiten 393-400, insbe­ sondere Seiten 393-395 (F. Mitschke), ist ein Verfahren zur Solitonen-Übertragung in Lichtwellenleitern bekannt, bei der die Dämpfung der übertragenen Solitonen durch Absorption im Lichtwellenleiter durch eine Raman-Verstärkung ausgeglichen werden kann. Dabei wird zusätzlich zum Solitonen-Signal ein Dauerstrichlicht etwas kürzerer Wellenlänge in die Faser ein­ gespeist, wobei die Verstärkung der Signalphotonen von der Intensität des Pumplichts abhängt. Entsprechend der Abb. 2 in der letztgenannten Veröffentlichung (F. Mitschke) ist die Raman-Verstärkung in Glasfasern sehr breitbandig, wobei ein deutliches Maximum bei etwa 13 THz auftritt. Um diesen Fre­ quenzabstand ist also die Ramanpumpwelle gegenüber dem Signal­ licht nach höheren Frequenzen versetzt. Die Ramanpumpwelle ist dabei räumlich periodisch in den Lichtwellenleiter einzuspei­ sen, der Abstand zweier Einspeisepunkte ist die Verstärkungs­ periode. Dabei ist eine möglichst große Verstärkungsperiode an­ zustreben. Diese ist jedoch durch die Tatsache begrenzt, daß die Ramanverstärkung abhängig von der Intensität der Pumpwelle ist und diese aufgrund der Faserdämpfung zwischen den Ein­ speisepunkten abnimmt. Die Dämpfung des Solitons ist also nur im Mittel, nicht lokal kompensiert. Dies führt zu Impulsverzer­ rungen, wie bei Mollenauer (siehe oben) und Hauff (Proceedings of the Conference on Nonlinear Optics, Stouffer Waiohai Beach, Hawaii, July 1990) angegeben wird. Weiterhin wird die Möglich­ keit, Wellenlängenmultiplex zur Erhöhung der Datenraten einzu­ setzen, stark eingeschränkt, da in einer nicht dämpfungsfreien Faser die Solitonen verschiedener Wellenlängen wechselwirken.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also in der Vergrößerung der Verstärkungsperioden zur Verbesserung der Übertragungsmöglich­ keiten durch Erhöhung des Bandbreiten-Entfernungs-Produkts der Solitonen-Übertragungsstrecke.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Solitonen-Übertragung der eingangs erwähnten Art gelöst, das durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Der Vor­ teil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Vermeidung der Impulsverzerrung, da sich Solitonen in einer näherungsweise effektiv dämpfungsfreien Faser ungestört und verzerrungsfrei ausbreiten, sowie der Vermeidung der Solitonen-Welchselwirkung bei Wellenlängenmultiplex. Dadurch ergeben sich höhere Übertra­ gungsraten und größere Verstärkungsperioden. Im Hinblick auf eine Realisierung zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 und eine leicht realisierbare Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Patentansprüchen 5 bis 7 näher beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen symmetrischen Einspeisepunkt für zwei Ramanpump­ wellen mit vier Lasern und

Fig. 2 eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 1 mit nur zwei Lasern.

Der in der Fig. 1 dargestellte Einspeisepunkt ist für eine Si­ gnal- bzw. Solitonenwellenlänge von 1,65 µm, eine erste Raman­ pumpwelle mit einer Wellenlänge von 1,55 µm und eine zweite Ramanpumpwelle mit einer Wellenlänge von 1,45 µm ausgebildet. Die Wellenlängen wurden dabei so gewählt, daß auch bei einem für die Raman-Verstärkung optimalen Frequenzabstand zwischen Solitonensignal und erster Ramanpumpwelle sowie zwischen erster und zweiter Ramanpumpwelle letztere noch ausreichend Frequenz­ abstand zu den Dämpfungsmaxima der verwendeten Glasfasern auf­ weist. Der vollkommen symmetrische Aufbau des Einspeisepunktes ermöglicht eine bidirektionale Arbeitsweise, zu diesem Zweck sind auf der linken Seite ein erster Eingangsanschluß E1 für ein von links nach rechts zu übertragendes Solitonensignal und auf der rechten Seite ein zweiter Eingangsanschluß E2 für ein in Gegenrichtung zu übertragendes Solitonensignal vorgesehen. Diese Eingangsanschlüsse sind gleichzeitig die Ausgangsanschlüs­ se A2 bzw. A1 für das Solitonensignal der jeweiligen Gegen­ richtung. Die Eingangsanschlüsse sind jeweils mit dem ersten Anschluß eines ersten bzw. zweiten Eingangs-Wellenlängenmulti­ plexers WDM11, WDM12 verbunden. Bei diesen Wellenlängenmulti­ plexern handelt es sich um Faserschmelzkoppler für die genannten Wellenlängenbereiche, die dadurch hergestellt werden, daß zwei Glasfasern an einer Berührungstelle miteinander verschmolzen und während des Verschmelzens die Verbindungsstelle durch Aus­ einanderziehen verjüngt wird. Während des Auseinanderziehens wird Licht mit der vorgesehenen Arbeitswellenlängen in die Fasern eingekoppelt. An den Faserausgängen können dann Kopplungssprünge während des Auseinanderziehens beobachtet werden, erfahrungsgemäß ist ein derartiger Wellenlängenmulti­ plexer nach 11 Kopplungssprüngen optimal eingestellt, so daß dann das Auseinanderziehen beendet wird. Damit hat jeder Wellenlängenmultiplexer vier Anschlüsse, die den beiden Paaren der Faserenden entsprechen. Die Eingangsanschlüsse E1 bzw. E2 sind dabei mit derjenigen Faser verbunden, an deren anderem Ende ein erster bzw. vierter Laser L1, L4 angeschlossen ist. Die zweite Faser der Eingangswellenlängenmultiplexer ist auf der dem Eingangsanschluß E1 bzw. E2 unmittelbar benachbarten Seite nicht beschaltet, auf der anderen Seite stellt der Faseranschluß den Ausgangsanschluß des betreffenden Wellen­ längenmultiplexers WDM11, WDM12 dar. Diese Anschlüsse sind mit Eingangsanschlüssen von Zwischen-Wellenlängenmultiplexern WDM21, WDM22 verbunden, bei denen es sich um einfache Wellen­ längenmultiplexer mit 200 nm Kanalabstand handelt. Die Wellen­ längenmultiplexer WDM11, WDM12 sind als Faserschmelzkoppler aufgebaut, wobei durch die gewählten Glasfasern eine Überkopp­ lung nur für das Solitonensignal mit einer Wellenlänge von 1,65 µm und das zweite Ramanpumpsignal mit einer Wellenlänge von 1,45 µm erfolgt, die erste Ramanpumpwelle mit einer Wellenlänge von 1,55 µm aber nicht überkoppelt wird. An das andere Ende der mit dem Eingangsanschluß der betreffenden Zwischen-Wellen­ längenmultiplexer verbundenen Faser ist ein zweiter bzw. drit­ ter Laser L2, L3 angeschlossen. Das dem jeweiligen Eingangsan­ schluß benachbarte Ende der anderen Faser der Zwischen-Wellen­ längenmultiplexer ist nicht beschaltet, während das andere Ende dieser Fasern, also die Ausgangsanschlüsse der beiden Zwischen- Wellenlängenmultiplexer miteinander verbunden sind und dadurch die beiden Hälften des Pumpwellen-Einspeisepunktes miteinander verbinden. Ein derartig aufgebauter Einspeisepunkt hat den Vor­ teil, daß Laser mit vergleichsweise niedriger Laserleistung verwendet werden können, dafür sind aber vier einzelne Laser vorzusehen. Der mit dem ersten Eingangs-Wellenlängenmultiplexer verbundene erste Laser L1 erzeugt ebenso wie der mit dem zwei­ ten Eingangs-Wellenlängenmultiplexer verbundene vierte Laser L1 die erste Ramanpumpwelle mit einer Wellenlängen von etwa 1,55 µm.

Die mit den Zwischen-Wellenlängenmultiplexer verbundenen zweiten bzw. dritten Laser L2, L3 erzeugen die zweite Raman­ pumpwelle mit einer Wellenlänge von etwa 1,45 µm.

Zur Erhöhung der Pumpwellenleistung kann in die Verbindung zwischen Laser und jeweiligen Anschluß der Wellenlängenmulti­ plexer ein Zusatzverstärker, beispielsweise in Form eines be­ kannten erbiumdotierten Faserverstärkers eingeschaltet werden. Bei Verwendung von Lasern mit großen in die verwendeten Mono­ mode-Fasern bzw. Monomode-Fasern mit geringer Dispersion ein­ koppelbaren Laserleistungen kann entweder auf den ersten und zweiten oder den dritten und vierten Laser verzichtet werden. Damit ergibt sich die Anordnung nach der Fig. 2, bei der der Aufbau der Wellenlängenmultiplexer beibehalten wurde, die vom ersten Laser L1 erzeugte erste Ramanpumpwelle aber dem Ein­ gangsanschluß eines ersten Leistungskopplers LK1 und entspre­ chend die vom zweiten Laser L2 erzeugte zweite Ramanpumpwelle dem Eingangsanschluß eines zweiten Leistungskopplers LK2 zuge­ führt wird. Bei diesen Leistungskopplern LK1 handelt es sich um handelsübliche symmetrische Faserkoppler. Der andere Eingangs­ anschluß dieser Faserkoppler, also das dem Eingangsanschluß be­ nachbarte Ende der anderen Faser, ist nicht beschaltet, das Ende dieser Faser ist der Ausgang des betreffenden Leistungs­ kopplers. Die Ausgänge des ersten Leistungskopplers LK1 sind dabei - miteinander vertauschbar - mit denjenigen Anschlüssen der Eingangs-Wellenlängenmultiplexer verbunden, an die bei der Anordnung nach der Fig. 1 der erste bzw. vierte Laser L1, L4 angeschlossen sind. Analog sind die - ebenfalls miteinander vertauschbaren - Ausgänge des zweiten Leistungskoppler LK2 mit denjenigen Anschlüssen der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer WDM21, WDM22 verbunden, an die bei der Anordnung nach der Fig. 1 der zweite bzw. dritte Laser L2, L3 angeschlossen sind. Zur Erhöhung der Pumpwellenleistung können ebenfalls in die Ver­ bindung zwischen die Laser und die Leistungskoppler Zusatzver­ stärker, beispielsweise die genannten erbiumdotierten Faserver­ stärker, eingeschaltet werden.

Bei Verwendung von Monomode-Faser (SMF) als Übertragungsmedium ist mittels der beschriebenen Anordnungen eine vollständige Kompensation der Faserdämpfung über eine Entfernung von etwa 100 km möglich. Bei Verwendung von speziellen Monomode-Fasern mit abgeflachter Dispersion (DFSMF) ist eine weitere Ver­ größerung der Verstärkungsperiode möglich, wobei bei Verwendung von Solitonen mit einer vollen Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 16-17 ps Verstärkungsperioden von weit über 120 km möglich sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Solitonen-Übertragung in Monomode-Lichtwellen­ leitern durch Raman-Verstärkung mittels räumlich-periodischer Einspeisung einer Ramanpumpwelle, die einen konstanten ersten Frequenzabstand zum Solitonensignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß räumlich-periodisch eine weitere Ramanpumpwelle (RP2) in den das Solitonensignal führen Lichtwellenleiter eingespeist wird, die einen etwa dem ersten Frequenzabstand entsprechenden zweiten Frequenzabstand zur ersten Ramanpumpwelle (RP1) auf­ weist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Solitonensignal eine Wellenlänge von etwa 1,65 µm, die erste Raman-Pumpwelle (RP1) eine Wellenlänge von etwa 1,55 µm und die zweite Raman-Pumpwellen (RP2) eine Wellenlänge von etwa 1,45 µm aufweist.

3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Raman-Pumpwelle (RP1, RP2) mittels eines Halbleiterlasers mit nachgeschaltetem Verstärker erzeugt werden.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem mit dem Laser verbundenen Verstärker um einen erbiumdotierten Faserverstärker handelt.

5. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Patentan­ sprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Wellenlängenmultiplexer (WDM11, WKM12) vorgesehen sind, die ein miteinander verkoppeltes Glas­ faserpaar enthalten und dabei das Ende einer der Glasfasern als Eingangsanschluß (E1, E2) für die eine Übertragungsrichtung und als Ausgangsanschluß (A2, A1) für die andere Übertragungsrich­ tung dient, daß das andere Ende der mit dem Eingangsanschluß verbundenen Faser mit einem ersten bzw. vierten Laser (L1, L4) verbunden ist, daß das den Eingangsanschlüssen benachbarte Ende der zweiten Glasfaser nicht beschaltet ist und deren anderes Ende jeweils mit dem Eingangsanschluß eines ersten bzw. zweiten Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) verbunden ist, daß diese Zwischen-Wellenlängenmultiplexer ebenfalls als symme­ trische und aus zwei Glasfaser bestehende Faserkoppler aufge­ baut sind, daß das andere Ende der mit dem Eingangsanschluß verbundenen Glasfaser der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) mit einem zweiten bzw. dritten Laser (L2, L3) verbunden ist, daß das dem Eingangsanschluß benachbarte Ende der zweiten Glasfaser der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) nicht beschaltet ist und das andere Ende dieser Glasfasern der beiden Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) miteinander verbunden ist.

6. Anordnung nach Fig. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des ersten und des zweiten Eingangs-Wellen­ längenmultiplexers (WDM11, WKM12) mit Ausgangsanschlüssen eines ersten Faser-Leistungskopplers (LK1) verbunden sind, dessen einer Eingang direkt oder über einen Faserverstärker an einen Ausgangsanschluß des ersten Lasers (L1) angeschlossen ist, daß die Anschlüsse der Zwischen-Wellenlängenmultiplexer (WDM21, WDM22) mit Ausgangsanschlüssen eines zweiten Faser-Lei­ stungskopplers (LK2) jeweils getrennt verbunden sind, dessen Eingangsanschluß mit einem Ausgangsanschluß des zweiten Lasers unmittelbar oder über einen Faserverstärker verbunden ist und daß die zweiten Eingangsanschlüsse des ersten und des zweiten Faser-Leistungskopplers (LK1, LK2) unbeschaltet sind.

7. Anordnung nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und die Zwischen-Wellenlängenmultiplexer in Form an sich bekannter Faserschmelzkoppler aufgebaut sind.