DE60029934T2 - Optische übertragungssysteme unter einschluss signalvariierender vorrichtungen und verfahren - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen optische signalvariierende Vorrichtungen, die für steuerbar variierende optische Signalcharakteristika sorgen. Genauer bezieht sich die Erfindung auf optische Übertragung, einschließlich optischer Verstärker und Dämpfungsglieder, die steuerbare Verstärkungs-, Verlust- und Transparenzintensitätsvariationsprofile für die Verwendung in optischen Kommunikationssystemen haben.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die kontinuierliche Entwicklung von digitaler Technologie hat für elektronischen Zugang zu einer breiten Fülle an Information bereitgestellt. Der gesteigerte Zugang zu Information hat ein gewachsenes Interesse geschürt, Information schnell zu erhalten und zu verarbeiten. Dieses Bedürfnis hat wiederum einen Bedarf an elektronischen Informationsverarbeitungsvorrichtungen (Computer) und Übertragungsnetzwerken und -systemen, die die Verarbeitungsvorrichtung verbinden (Telefonleitungen, Kabelfernsehensysteme (CATV), lokale, weitbereichs- und Stadtgebietsnetzwerke (LAN, WAN und MAN)) mit schnellerer und größerer Kapazität vorangetrieben.
  • Als Reaktion auf diesen Bedarf haben sich Telekommunikationsunternehmen optischen Kommunikationssystemen zugewandt, um Übertragungskapazitäten mit wesentlich größerer Informationsbandbreite als herkömmliche elektrische Kommunikationssysteme bereitzustellen. Frühe optische Übertragungssysteme, bekannt als Systeme mit Raummultiplexverfahren (SDM), übertrugen ein Informationssignal unter Verwendung einer einzelnen Wellenlänge in separaten Wellenleiter, d. h. eine optische Faser. Zeitmultiplexen (TDM) mehrerer Informationssignale auf eine einzelnen Wellenlänge in einer bekannten Folge, die beim Empfang getrennt werden können, hat die Übertragungskapazität von optischen Systemen weiter gesteigert.
  • Das kontinuierliche Wachstum herkömmlicher Kommunikationssysteme und das Aufkommen des Internets als Mittel, um auf Daten zuzugreifen, hat den Bedarf an Kommunikationsnetzwerken mit größerer Kapazität weiter gesteigert. Telekommunikationsunternehmen haben sich Wellenlängen-Multiplex-Verfahren (WDM) zugewandt, um die Kapazität von ihren bestehenden Systemen weiter zu steigern.
  • Bei WDM-Übertragungssystemen werden Mehrzahlen von unterschiedlichen TDM- oder SDM-Informationssignalen unter der Verwendung von elektromagnetischen Wellen übertragen, die verschiedene Wellenlängen im optischen Spektrum aufweisen, d. h. fernes UV bis fernes Infrarot. Die Mehrzahlen an informationstragenden Wellenlängen werden zu einem mehrfachen optischen Wellenlängensignal kombiniert, das in einem einzelnen Wellenleiter übertragen wird. Auf diese Weise können WDM-Systeme die Übertragungskapazität von bestehenden SDM/TDM-Systemen um einen Faktor steigern, der der Anzahl der Wellenlängen entspricht, die in dem WDM-System verwendet werden.
  • Optische WDM-Systeme wurden ursprünglich nicht eingesetzt, teilweise auf Grund der hohen Kosten von Ausrüstung zur Regeneration/Verstärkung von elektrischen Signalen, die notwendig sind, um eine Signaldämpfung für jede optische Wellenlänge in dem System zu kompensieren. Allerdings beseitigte die Entwicklung von Erbium-dotierten Glasfaserverstärkern (EDFA) den Bedarf an Ausrüstung zur Regeneration/Verstärkung von elektrischen Signalen, um eine Signaldämpfung in vielen Systemen zu kompensieren, und die damit verbundenen Kosten. Daher wurden WDM-Systeme kosteneffektive Mittel, um optische Netzwerkskapazität zu steigern.
  • Erbiumdotierte Glasfaserverstärker ("EDFA") können theoretisch verwendet werden, um Signale in einem Wellenlängenverstärkungsbereich zu verstärken, der annähernd von 1500 nm bis 1600 nm reicht. Allerdings verstärken EDFAs jede optische Signalwellenlänge innerhalb des Bereichs nicht gleich. Die Unterschiede bei einer Verstärkung können zu einer Dämpfung von einigen Signalen und/oder Signalverlust oder -verzerrung auf Grund von hochverstärktem Rauschen führen. Daher variiert die Leistung von EDFAs in einem Übertragungssystem in Abhängigkeit von der Anzahl von Wellenlängen und der Wellenlängen, die in dem System verwendet werden.
  • Eine geeignete Auswahl von den Wellenlängen und Verstärkerleistungen, die in einem System verwendet werden, kann die EDFA-Variationen (Verstärkungsungleichmäßigkeiten) minimieren. Zum Bespiel beschränken derzeit viele WDM-Systeme die Wellenlängen, die in dem System verwendet werden, auf zwischen 1540 nm und 1560 nm, ein Bereich, in dem EDFAs optische Signale vergleichbar verstärken. Wie es erwartet werden könnte, schränkt ein Begrenzen von Systemauslegungen nur auf die Wellenlängen, die durch EDFAs vergleichbar verstärkt werden, die Zahl der Wellenlängen und die Informationsübertragungskapazität vom WDM-System stark ein.
  • Die Anzahl von Wellenlängen in dem System kann bis zu einem gewissen Maß erhöht werden, wenn nur eine geringe Anzahl Verstärker in dem System verwendet wird. Ein größerer Bereich von Wellenlängen kann mit weniger strenger Anforderung an gleichmäßige Verstärkung verwendet werden, da kumulative Verstärkungsvariationen gering verstärkte Signale über eine geringe Anzahl von Verstärkern im Allgemeinen nicht verdecken werden.
  • Zusätzlich zur Wellenlängenabhängigkeit ist eine EDFA-Leistung auch eine Funktion von der dem EDFA zugeführten Verstärkungsleistung. Daher müssen EDFAs allgemein mit einem begrenzten Leistungsbereich betrieben werden, um Verstärkungsvariationen in dem System zu minimieren. Die Verstärkungsleistungsbeschränkungen wiederum erhöhen die Anzahl von Verstärkern in einem System, in dem der erlaubbare Abstand zwischen EDFAs begrenzt wird, d. h. die Spannweite.
  • Beim Diskutieren der Signalintensitätsvariation von EDFAs und anderen Vorrichtungen, wird die Gleichmäßigkeit von Verstärkungs- oder Verlustprofilen über einem Wellenlängenbereich allgemein als Flachheit des Profils bezeichnet. Ein perfekt flaches Profil ist ein Verstärkungs-, Verlust- und Transparenzprofil, das über den gesamten interessierenden Wellenlängenbereich einen konstanten Wert aufweist.
  • Durch EDFA-Wellenlängenvariationen eingeführte WDM-Systembeschränkungen haben die Aufmerksamkeit darauf gerichtet, EDFA-Konfigurationen bereitzustellen, die die Variationen kompensieren und eine gleichmäßige Verstärkung für einen größeren Bereich an Wellenlängen und über einen größeren Leistungsbereich bereitstellen. Verschiedene EDFA-Konfigurationen wurden vorgeschlagen, um Verstärkerverstärkungsvariationen zu minimieren. Vergleiche hierzu zum Bespiel US-Patente Nr. 5,406,766, 5,541,766, 5,557,442, 5,636,301 und 5,696,615; Sugaya et al., Optical Amplifiers and Their Applications, Technical Digest OSA 1995 v. 18, S. 158–161/FC3-1; Jacobovitz-Veselka et al., Optical Amplifiers and Their Applications, Technical Digest OSA 1995 v. 18, S. 162–165/FC3-1; Park et al., Electronics Letters, 5. März 1998, Bd. 34, Nr. 5, Online-Nr. 19980346; und Dung et al., Electronics Letters, 19. März 1998, v. 34, Nr. 6, Online-Nr. 19980446.
  • Andere Verstärkerkonfigurationen haben EDFAs in Kombination mit einem Raman-Verstärker verwendet, um das Verstärkungsprofil von einem EDFA statisch zu variieren. Vergleiche hierzu zum Bespiel Masuda et al., OSA 1997, S. 40–3/MC3-1, Masuda et al., Electronics Letters, v34, n13, Online-Nr. 19980935 (25. Juni 1998) und US-Patent Nr. 5,083,874, erteilt an Aida et al. Es ist ebenso vorgeschlagen worden, EDFAs zu entfernen und Verstärkerkonfigurationen zu verwenden, die nur Raman-Verstärker verwenden. Jedoch haben die vollständigen Raman-Konfigurationen bis heute nicht die Verstärkerverstärkungsprofilflachheit wesentlich verbessert und mögen immer noch eine Verstärkungsentzerrung benötigen, um das Verstär kungsprofil, wie bei Rottwitt et al., "An A92 nm Bandwidth Raman Amplifier", OFC 98, S. 72/CAT-1 diskutiert, abzuflachen.
  • Die oben zitierten hinsichtlich der Verstärkung abgeflachten Konfigurationen sind allgemein statisch konfiguriert, damit sie einen Wellenlängenbereich haben, der bei einer Variation von 3 dB (~Faktor von 2) in dem Verstärkungsprofil definiert ist und eine Variation von ±1 dB zwischen Wellenlängen hat. Die hinsichtlich der Verstärkung abgeflachten Verstärker sorgen für eine Verbesserung im Vergleich zu konventionellen EDFAs bezüglich der Anzahl an Verstärkern, Verstärkerleistungsbereiche und Spannweiten, bevor das Signal regeneriert werden muss. Die hinsichtlich Verstärkung abgeflachten optischen Verstärker führen nichtsdestotrotz übermäßiges Verstärkerrauschen und Verstärkungsungleichmäßigkeiten ein, die die Zahl von optischen Verstärkern beschränken, die in einem WDM-System vor einer Signalregeneration verwendet werden können.
  • Ein Abflachen der Verstärkung bei optischen Verstärkerkonfigurationen wird allgemein unter der Verwendung von Filtern und/oder Dämpfungsgliederung durchgeführt, um die Signalintensität der Wellenlängen auf einem spezifizierten Wert zu verringern. Zum Bespiel werden bei vielen Ausführungen die optischen Signale auf eine Intensität verstärkt, die höher ist als der Verstärkerausgangswert ist und die Filter und Dämpfungsglieder werden verwendet, um das Verstärkungsprofil durch Senken der optischen Signalintensität abzuflachen. Diese Verfahren tendieren dazu, das Rauschen in dem Signal mit einer korrespondierenden Verringerung in der Ausgangsleistung der Vorrichtung zu steigern.
  • Optische Filter und Dämpfungsglieder werden oft als separate optische Vorrichtungen in das System integriert, können aber auch in Vollfaservorrichtungen vorhanden sein, wie zum Bespiel ein Bragg-Gitterfilter und ein Vollfaserdämpfer, die in der Übertragungsfaser enthalten sind. Vergleiche hier zu beispielsweise die US-Patente Nr. 4,728,170, 5,095,519, 5,633,974, 5,651,085 und 5,694,512. Die Filter und Dämpfungsglieder können in Abhängigkeit von der Konfiguration variabel oder festgelegt sein. Der Verstärker, Filter und Dämpfungsglieder sind statisch konfiguriert, um das Verstärkungsprofil abzuflachen.
  • Dokument WO 9820587 beschreibt eine hochangetriebene optische Pumpe mit großer Leistung, die wenigstens zwei Unter-Pumpen aufweist. Jede Unter-Pumpe generiert Licht bei verschiedenen Wellenlängen. Die Ausgänge der Unter-Pumpen sind mit einer entfernten Pumpfaser gekoppelt. Diese hochangetriebene optische Pumpe großer Leistung ermöglicht es im Gegensatz zu einer Pumpe mit einer einzelnen Wellenlänge, die Leistung zu erhöhen, die zu der entfernt gelegenen Pumpfaser übertragen wird.
  • Dokument "75-nm 3-dB gain-band optical amplification with erbium-doped fluoride fiber amplifiers and distributed Raman amplifiers" Masuda et al., beschreibt einen erbiumdotierten Fluoridfaserverstärker mit teilweise abgeflachter Verstärkung und einen verteilten Raman-Verstärker. Der Raman-Verstärker besteht aus einer 85-km streuungsverschobenen Faser (Übertragungsfaser) und einer geeigneten 1505-nm Fabry-Perot Laserdiodenpumpe.
  • Dokument EP 0734105 beschreibt einen optischen Faserverstärker, der einen stabilen Betrieb einer Pumplichtquelle garantiert und eine Restpumpleistung verwendet, um eine Verbesserung im Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen.
  • Da der Bedarf an Übertragungskapazität fortlaufend steigt, besteht ein wachsendes Bedürfnis an Systemen, die längere Entfernungen überspannen und eine größere Anzahl von informationstragenden Wellenlängen/Kanälen bereitstellen. Allerdings hat es sich als schwierig erwiesen, die nicht lineare Verstärkung von EDFA-Konfigurationen mit selektiver Wellenlängenfilterung und Dämpfung ins Gleichgewicht zu bringen, um Verstärkerkonfigurationen mit abgeflachter Verstärkung bereitzustellen, die diesen Bedarf erfüllen.
  • Folglich besteht Bedarf besonders an optischen Verstärkern und Dämpfungsgliedern und signalvariierenden Vorrichtungen im Allgemeinen, die eine verbesserte Steuerung des Spektralintensitätsprofil von optischen Signalen in den optischen Systemen bereitstellen. Die verbesserten signalvariierenden Vorrichtungen stellen Systeme mit größerer Kapazität, größerer Vielseitigkeit und für größere Entfernungen bereit.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung richten sich an die oben genannten Schwierigkeiten von bekannten optischen Vorrichtungen und Systemen. Ein optisches System der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrzahl von optischen Verarbeitungsknoten in optischer Kommunikation über wenigstens eine signalvariierende Vorrichtung. Die signalvariierende Vorrichtung umfasst eine optische Faser, die geeignet ist, eine Raman-Streuung/Verstärkung in einem Signalwellenlängenbereich zu ermöglichen, und eine Pumpenergiequelle, um Pumpenergie in einer Mehrzahl von Pumpwellenlängen bereitzustellen. Die Pumpquelle stellt ausreichende Pumpenergie in jeder Pumpwellenlänge bereit, um eine Raman-Streuung/Verstärkung in der optischen Faser innerhalb des Signalwellenlängenbereichs anzuregen.
  • Die signalvariierende Vorrichtung kann als eine verteilte Vorrichtung ausgeführt sein, die einen Abschnitt oder das Gesamte einer optischen Übertragungsfaser verwendet, die sich zwischen zwei optischen Knoten erstreckt, zum Bespiel zwischen einem optischen Sender und einem optischen Empfänger. Die signalvariierende Vorrichtung kann ebenso als eine zusammengefasste oder konzentrierte Vorrichtung ausgeführt sein, die in der optischen Übertragungsfaser an diskreten Stellen zwischen den optischen Knoten angeordnet ist.
  • Die Pumpwellenlängen sind so gewählt, dass die kombinierte Raman-Verstärkung, die aus der Pumpenergie resultiert, die von jeder Pumpwellenlänge zugeführt wird, ein gewünschtes Signalvariationsprofil in dem Signalwellenlängenbereich produziert. Zusätzlich kann die von wenigstens einer der Pumpwellenlängen bereitgestellte Pumpenergie dynamisch variiert werden, um ein kontrolliertes Signalintensitätsvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich in der optischen Faser herzustellen. Bei einer Ausführungsform können vier Pumpwellenlängen, die in 10–30 nm Intervallen beabstandet sind, verwendet werden, um eine Intensitätsverstärkung und eine Flachheitssteuerung bis über 30 nm bis zu innerhalb ±0,2 dB bereitzustellen.
  • Ebenso ist bei einer Ausführungsform eine erbiumdotierte Faser in der signalvariierende Vorrichtung aufgenommen, um eine mehrstufige signalvariierende Vorrichtung bereitzustellen. Die erbiumdotierte Faser und der gesteuerte Raman-Abschnitt mit mehreren Wellenlängen der signalvariierenden Vorrichtung können gemeinsam betrieben werden, um dem optischen Signal ein gewünschtes Intensitätsprofil zu verleihen.
  • Die Auslegung und Länge der in Verbindung mit der Pumpquelle verwendeten optischen Faser kann angepasst werden, um für Flexibilität beim Betrieb des Systems zu sorgen. Beispielsweise kann eine konzentrierte oder zusammengefaßte signalvariierende Vorrichtung mit großer Verstärkung unter Verwendung einer Faser mit kleinem Kern bereitgestellt werden, zum Bespiel eine streuungskompensierte oder streuungsverschobene Faser. Die zusammengefasste Vorrichtung sorgt weiter für einen größeren Bereich, über den die signalvariierende Vorrichtung auf Grund ihres höher gelegenen Verlustes als Dämpfungsglied verwendet werden kann.
  • Mehrstufig konzentrierte und/oder verteilte signalvariierende Raman-Vorrichtungen können auch verwendet werden, um das Profil entweder mit getrennten oder gemeinsamen Pumpquellen weiter anzupassen. Zum Bespiel kann eine erste konzen trierte Raman-Stufe eine Faser mit kleinem Kern verwenden, um für eine wirksame Raman-Verstärkung der Signalwellenlängen zu sorgen. Eine zweite konzentrierte Raman-Stufe kann eine Faser mit größerem Kern verwenden, um die Signalleistung weiter zu verstärken, wobei der Umfang von nicht linearen Wechselwirkungen zwischen den Signalwellenlängen verringert wird, die in einer einzelnen Stufe mit Fasern mit kleinem Kern auftreten können. Die zweite konzentrierte Raman-Stufe kann auch eine Faser verwenden, die einen geringeren Verlust in dem Bereich von 1400–1520 nm aufweist, um ein effizienteres Raman-Pumpen von den mehrfachen eine gemeinsame Quelle verwendenden Stufen zu ermöglichen. Zusätzlich können die ersten und zweiten Raman-Stufen Fasern verwenden, die verschiedene chromatische Streuungscharakteristika haben, um den Umfang von nicht linearer Wechselwirkung zwischen den Signalwellenlängen weiter zu reduzieren.
  • Verteilte signalvariierende Vorrichtungen können unter Verwendung der sich zwischen den optischen Knoten erstreckenden optischen Übertragungsfaser bereitgestellt werden, um das in der Übertragungsfaser auftretende Signalvariationsprofil zu steuern. Auch können verschiedene optische Fasertypen, einschließlich dotierter Fasern, in verschiedenen Abschnitten verwendet werden, um eine vorhandene Übertragungsfaser zu ersetzen, um unterschiedliche verteilte signalvariierende Profile bereitzustellen. Die konzentrierten und verteilten signalvariierenden Raman-Vorrichtungen können alleine oder in Kombination verwendet werden, um dem System gewünschte Signalvariationsprofilcharakteristika statisch oder dynamisch zu verleihen.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein verteilter Raman-Verstärker mit einer oder mehreren ersten Pumpquellen verwendet werden, wobei sich Pumpenergie in der Übertragungsfaser ausbreitet, um die sich entgegengesetzt ausbreitenden Signalwellenlängen zu verstärken, um ein erstes signalvariierendes Profil bereitzustellen. Eine konzentrierte signalvariierende Raman-Vorrichtung kann mit dem verteilten Raman-Verstärker in Reihe angeordnet sein, wobei eine oder mehrere zweite Pumpquellen verwendet werden, um ein zweites signalvariierendes Profil bereitzustellen. Die ersten und zweiten signalvariierenden Profile wirken zusammen, um ein gewünschtes signalvariierendes Gesamtprofil zu erzeugen. Zusätzlich kann ein EDFA verwendet werden, um ein drittes signalvariierendes Gesamtprofil zu dem signalvariierenden Gesamtprofil beizusteuern.
  • Ein verteilter Raman-Verstärker kann auch verwendet werden, um Pumpenergie zu einem oder mehreren entfernt angeordneten konzentrierten oder verteilten Raman-Verstärkern und/oder dotierten Verstärkungsfasern bereitzustellen. Zum Bespiel kann die Pumpquelle gewählt sein, um ein erstes signalvariierendes Profil in dem verteilten Raman-Verstärker und ein zweites signalvariierendes Profil in der entfernt angeordneten erbiumdotierten Faser herzustellen. Die Pumpleistung und/oder die Wellenlänge der Pumpenergiequellen kann variiert werden, um signalvariierende Einzel- oder Gesamtprofile zu steuern. Pumpenergie kann auch unter Verwendung einer oder mehrerer getrennter Fasern verwendet den entfernt angeordneten signalvariierenden Vorrichtungen zugeführt werden. Solche Fasern können aus reinem SiO2 bestehen, um Verlust und nicht lineare Umwandlung des Pumplichts zu minimieren.
  • Zusätzliche Verstärkungs- und Verstärkungsprofilsteuerung kann in Raman-Verstärkerstufen hergestellt werden, indem eine oder mehrere Pumpen bei niedrigeren Raman-Wellenlängen aufgenommen werden, die die Aufgabe haben, zusätzliche Pumpenergie für die höheren Raman-Pumpen-Wellenlängen bereitzustellen. Die Pumpquelle kann zahlreiche Konfigurationen verwenden, um das Maß an Interferenz, beispielsweise Nebensprechen, das zwischen den Raman-Pumpen-Wellenlängen stattfindet, als auch die Signal-Wellenlänge zu verringern.
  • Daher stellen die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Steuerung der Signalintensität über einem Bereich von Wellenlängen in optischen Übertragungssy stemen bereit. Demgemäß spricht die vorliegende Erfindung die zuvor genannten Probleme an und stellt signalvariierende Vorrichtungen, Verfahren und optische Systeme bereit, die für eine verbesserte Steuerung der optischen Signalcharakteristika in dem System sorgen. Diese Vorteile und andere werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Figuren, in denen gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und worin:
  • 1–2 optische Kommunikationssysteme der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 3–5 signalvariierende Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 6–7 entfernt liegende Pumpausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 8 beispielhaft gesamte, verteilte Raman- und entfernte Erbium-Verstärkungsprofile zeigt, wobei entfernt liegende Pumpausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
  • 9–10 eine alternative Pumpe zeigen, die Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kombiniert;
  • 11(a–b) (a) Raman-Verstärkungsprofile über einen 30 nm Bereich als Funktion der Verstärkung und (b) verschiedene Raman-Verstärkungsprofile zeigen; und
  • 12–13 Raman-Verstärkungsprofile über 35 bzw. 100 nm basierend auf einer Summierung von experimentiellen Daten unter Verwendung von signalvariierenden Vorrichtungen mit einzelner Pumpwellenlänge zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die optischen Systeme 10 der vorliegenden Erfindung werden allgemein mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, nur um vorliegende Ausführungsformen zu veranschaulichen, und nicht, um diese einzuschränken.
  • 1 zeigt ein optisches System 10, das eine signalvariierende Vorrichtung 12 umfasst, die zwei optische Verarbeitungsknoten 14 optisch verbindet, um eine optische Verbindung 15 zu bilden. Wie in 2 gezeigt, umfassen die optischen Verarbeitungsknoten 14 im Allgemeinen wenigstens einen Sender 16 zum Übertragen optischer Signale in wenigstens einer informationstragenden Wellenlänge oder Kanal oder wenigstens einen optischen Signalempfänger 18 zum Empfang der optischen Signale.
  • Wie es auf dem Gebiet bekannt ist, umfasst der Sender 16 wenigstens eine optische Quelle oder Emitter, zum Bespiel Laser, inkohärente Quellen oder andere Quellen, um einen oder mehrere optische Träger bei festgelegten oder einstellbaren Wellenlängen bereitzustellen. Die in das System 10 zu übertragende Information kann verwendet werden, um die Quelle direkt zu modulieren oder um den optischen Träger extern zu modulieren, oder kann zu einer optischen Wellenlänge aufwärts umgesetzt werden, die eine andere als die Wellenlänge des optischen Trägers ist.
  • Auf ähnliche Weise kann der Empfänger 18 direkte oder indirekte, zum Beispiel kohärent, Detektionsausrüstung verwenden, beispielsweise Photodioden und wellenlängenselektive Vorrichtungen, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind, um eine optoelektronische Umwandlung des Signals zu empfangen und durchzuführen. Auf ähnliche Weise kann der optische Empfänger 18 eine festgelegte oder einstellbare Wellenlänge in Abhängigkeit von den Anforderungen des Systems 10 detektieren. Die optischen Verarbeitungsknoten 14 können weiter Addier- und/oder Abfallanschlüsse 20, Schalter 22, Signalverteiler 24 und -kombinierer 26 oder andere signalverarbeitende Vorrichtungen umfassen, wie sie weiter auf dem Gebiet bekannt sind.
  • Das optische System 10 kann mehrere optische Verbindungen 15 umfassen, die über die optischen Verarbeitungsknoten 14 und/oder signalvariierenden Vorrichtungen 12 miteinander verbunden sind. Die optischen Verarbeitungsknoten 14 können als Anschlüsse in dem optischen System 10 dienen oder entlang einer optischen Übertragungsfaser 28, die die Knoten 14 und Vorrichtungen 12 verbindet, dazwischenliegend angeordnet sein.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die signalvariierende Vorrichtung 12 einen in optischer Kommunikation mit den Verarbeitungsknoten 14 stehenden Raman-Verstärkungsabschnitt einer Übertragungsfaser 30, der durch eine Pumpenergiequelle 32 mit Pumpenergie versorgt wird. Die signalvariierende Vorrichtung 12 kann als verteilte Vorrichtung ausgeführt sein, bei der die Raman-Verstärkungsübertragungsfaser 30 einen wesentlichen Abschnitt oder das Gesamte der optischen Übertragungsfaser 28 umfasst, die sich zwischen Knoten 14, beispielsweise als optischer Sender 16 und optischer Empfänger 18 und/oder Vorrichtungen 12, erstreckt. Die signalvariierende Vorrichtung 12 kann auch als eine zusammengefaßte oder konzentrierte Vorrichtung ausgeführt sein, die in der optischen Übertragungsfaser 28 an diskreten Stellen zwischen den optischen Knoten 14 angeordnet ist.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass konzentrierte Vorrichtungen 12 der vorliegenden Erfindung analog zu der bekannten EDFA-Konstruktion hergestellt werden können. Zum Bespiel werden die konzentrierten Vorrichtungen 12 durch Wickeln einer optischen Faser von ausreichender Länge, um für den gewünschten Signalvariationsbereich, zum Bespiel Verstärkung, inner halb einer diskreten Vorrichtung bereitzustellen, um eine Spule hergestellt, um die Größe der Vorrichtungen 12 zu steuern.
  • Wie in 3 gezeigt, kann eine Steuerung 34 in die Vorrichtung 2 aufgenommen und konfiguriert sein, um die über eine oder mehrere der Pumpwellenlänge zugeführte Pumpenergie dynamisch zu steuern. Eine dynamische Steuerung der Pumpenergie ermöglicht es, die Leistung der Vorrichtung 12 zu variieren, wenn Signalübertragungswechsel entweder der Vorrichtung 12 nach- oder vorgelagert stattfinden. So stellt die dynamische Steuerung die Möglichkeit bereit, den Betrieb der Vorrichtungen 12 in Antwort auf Kommunikationssystem/umgebungsbedingte Variationen, die unvermeidbar von Zeit zu Zeit auftreten, kontinuierlich oder periodisch zu modifizieren. Die Vorrichtungen 12 erlauben es, die signalvariierenden Profile sowohl on-line als auch off-line zu kontrollieren, zum Bespiel während Installation, Wartung, Reinigung etc.
  • Bei einem Aspekt der Erfindung ist die Pumpquelle 32 konfiguriert, zufällig beabstandeten Pumpwellenlängen zu kombinieren, wie in 3 gezeigt. Gitter-stabilisierte Laser 32m können verwendet werden, um Pumpwellenlängen bereitzustellen, die als Paare kombiniert sind, wobei eingegossene DWDM-Koppler 36 Verbindungsstücke verwendet werden. Die gepaarten Pumpwellenlängen können weiter mit beliebig beabstandeten Pumpwellenlängen unter Verwendung eines dichroitischen Filters 38 kombiniert werden. Alternativ können Polarisationskombinatoren 39 verwendet werden, um zwei Pumpwellenlängen mit orthogonalee Polarisationen zu kombinieren, die weiter mit anderen Wellenlängen unter Verwendung des dichroitischen Filter 38 kombiniert werden können. Die Verwendung von Polarisationskombinatoren 39 sorgt für eine zusätzliche Steuerung der Pumpenergiepolarisation und die daraus resultierende Pumpenergieumwandlung in den Raman-Verstärkern.
  • Die Kombination der eingegossenen Koppler 36 des dichroitischen Filters 38 und der Polarisationskombinatoren 39 in der vorliegenden Erfindung sorgt für eine erhöhte Flexibilität beim Kombinieren von Wellenlängen und der Steuerung von Verstärkerverstärkungsprofilen. Es ist ersichtlich, dass zusätzliche Wellenlängen durch Kaskadierung der Laser und wellenlängenkombinierenden Anordnungen hinzugefügt werden können.
  • Die Pumpenergie wird unter Verwendung der Kombinatoren 26 wie zum Beispiel Wellenlängenmultiplexer in die optische Übertragungsfaser 28 eingebracht. Andere wellenlängenselektive oder nicht selektive Koppler, Zirkulatoren, Verbreiter, Reflektoren und andere auf dem Gebiet bekannte Kombinationsvorrichtungen können verwendet werden, um die Pumpenergie einzubringen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann die optische Raman-Verstärkungsfaser 30 gewählt werden, um eine Raman-Streuung/Verstärkung über einen Bereich von Übertragungssignalwellenlängen zu ermöglichen, die optische Signalwellenlängen λs1–λsn umfassen, wenn die Faser 30 unter der Verwendung von in einem Pumpwellenlängenbereich bereitgestellter Pumpenergie angeregt wird. Die meisten silizium-basierten Fasern, einschließlich der meisten Übertragungsfasern, ermöglichen eine Raman-Verstärkung in einem großen Bereich von Wellenlängen; daher wird im Allgemeinen eine zusätzliche Faser 30, die in die Vorrichtung 12 aufgenommen ist, gewählt, um jede vorhandene Faser zu ergänzen, wie später diskutiert. Von einer geeigneten Pumpwellenlängenwahl wird erwartet, dass eine Raman-Verstärkung über den transparenten Übertragungswellenlängenbereich der optischen Faser bereitgestellt werden kann, der für siliziumbasierte Fasern derzeit von etwa 1240 bis 1650 nm reicht.
  • Zum Bespiel liegt bei dem Übertragungssignalwellenlängenbereich von 1520 nm bis 1620 nm der korrespondierende Pumpwellenlängenbereich bei etwa 1420 nm bis 1520 nm. Ähnlich liegt bei dem Übertragungssignalwellenlängenbereich von 1250 nm bis 1350 nm der korrespondierende Pumpwellenlängenbereich bei 1150 nm bis 1250 nm. Daher kann mehr als ein Signalwellenlängenbereich in dem optischen System übertragen werden. Die Signalwellenlängenbereiche können mit den Pumpwellenlängen verschachtelt sein, um ein System mit mehrfachen Signalwellenlängenbereichen bereitzustellen, wie oben beschrieben. Es wird ebenso erwartet, dass Änderungen des optischen Faserübertragungssignalwellenlängenbereichs von der vorliegenden Erfindung durch eine geeignete Wahl von Pumpwellenlängen berücksichtigt werden können.
  • Die Vorrichtungen 12, die verschiedene Signalvariationsprofile aufweisen und verschiedene Pumpwellenlängen verwenden, können in Kombination mit dem System 10 verwendet werden. Die optische Faser 30, die in der signalvariierenden Vorrichtung 12 verwendet wird, kann die gleiche wie die Übertragunsfaser 28 in dem System 10 oder ein anderer Typ von einer optischen Faser mit verschiedenen Eigenschaften sein. Die Länge und Typ einer in dem System 10 verwendeten Faser kann angepasst werden, um für Flexibilität beim Betrieb des Systems zu sorgen.
  • Zum Bespiel ist das Maß einer Raman-Streuung in der Faser teilweise von der Größe des Kerns der optischen Faser abhängig. Zusätzlich steigt der Verlust in der Faser an, wenn die Größe des Kerns abnimmt. Daher kann eine konzentrierende oder zusammengefasste Hochverstärkungs/Verlustsignalvariierende Vorrichtung unter Verwendung einer Faser mit kleinem Kern bereitgestellt werden. Auch kann manche Faserkernzusammensetzung, wie beispielsweise Kern mit erhöhten Germania-Konzentrationen, für breitere Raman-Verstärkungsvariationsprofile sorgen. Zusätzlich können Fasern gewählt werden, um andere Charakteristika, d. h. chromatische Streuung, den optischen Signalen aufzuerlegen, die sich von denen der Übertragungsfaser unterscheiden können.
  • Bei wenigstens einer Ausführungsform wird eine Streuungskompensationsfaser ("DCF") mit kleinem Kern, wie sie von Lucent Technologies oder Sumitomo Electric Company hergestellt wird, als Raman-Verstärkungsfaser in einer konzentrierten signalvariierenden Vorrichtung 12 verwendet. Die konzentrierte DCF-Vorrichtung 12 sorgt für einen größeren Bereich, über dem die signalvariierende Vorrichtung als Dämpfungsglied, ein Verstärker oder eine transparente Verbindung auf Grund der starken Dämpfungs-/Hochverstärkungscharakteristika der DCF verwendet werden kann. Umgekehrt kann eine herkömmliche Übertragungsfaser mit einer Mode verwendet werden, um eine verteilte signalvarrierende Vorrichtung 12 mit geringer Verstärkung bereitzustellen, um eine Steuerung in einem kleineren Intensitätsvariationsbereich (Verstärkung/Verlust) zu ermöglichen.
  • Unter Verwendung der Vorrichtung 12 können auch nicht lineare Intensitätsprofile bereitgestellt werden. Die Vorrichtung 12 kann schon von sich aus nicht lineare oder nicht linear betriebene Komponenten umfassen, wie beispielsweise einen oder mehrere dotierte Faserverstärker etc., um ein insgesamt lineares Intensitätsprofil oder verschiedene nicht lineare Profile herzustellen. Zum Bespiel kann eine erbiumdotierte Faser 40 in der Übertragungsfaser enthalten sein und unter Verwendung von Wellenlängen λpe1–λpei, die von einer oder mehreren Erbium-Pumpquellen 42i zugeführt werden, optisch gepumpt werden. Die erbiumdotierte Faser 40 kann als verteilter oder konzentrierter Bereich in Kombination mit dem Raman-Abschnitt von der signalvariierenden Vorrichtung ausgeführt sein, um eine mehrstufige signalvariierende Vorrichtung 12 bereitzustellen, wie in 4 und 5 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass verschiedene EDFA-Konfigurationen, zum Bespiel wie die im Hintergrund diskutierten, bei ein erbiumdotierte Faser umfassenden Ausführungsformen verwendet werden können.
  • Vorrichtungen 12 mit mehreren konzentrierten/zusammengefassten Raman-Stufen können in die Übertra gungsfaser 28 eingebracht werden, um das signalvariierende Profil weiter anzupassen. Zum Bespiel kann eine erste konzentrierte Raman-Faserstufe 121 eine Faser mit kleinem Kern, wie zum Bespiel eine DCF, verwenden, um für eine wirksame Raman-Verstärkung der Signalwellenlängen zu sorgen. Eine zweite konzentrierte Raman-Faserstufe 122 kann eine Faser mit größerem Kern verwenden, um für eine zusätzliche Signalverstärkung zu sorgen, während im Vergleich zu Fasern mit kleinem Kern das Maß von nicht linearen Wechselwirkungen verringert wird. Die zweite konzentrierte Raman-Stufe kann auch eine Faser mit geringem Verlust in dem Bereich von 1420–1510 nm verwenden, wie zum Bespiel eine AllWave Faser, die von Lucent Technologies verkauft wird. Die Verwendung einer Faser mit geringem Verlust sorgt für einen erhöhten Pumpwirkungsgrad, so dass beide Stufen unter Verwendung einer gemeinsamen Raman-Pumpquelle wirksamer gepumpt werden können. Alternativ kann die Pumpquelle 32 ausgelegt sein, um verschiedene Raman-Pumpwellenlängen bereitzustellen, um die ersten und zweiten Stufen zu pumpen.
  • Zusätzlich können die ersten und zweiten Raman-Stufen Fasern verwenden, die verschiedene chromatische Streuungscharakteristika aufweisen. Der Wechsel bei Faserstreuungscharakteristika wird dazu neigen, das Maß von nicht linearer Wechselwirkung, die zwischen den sehr hochverstärkten Signalwellenlängen auftritt, zu reduzieren.
  • Andere optische Komponenten einschließlich verstärkungsprofilvariierende Komponenten können in den Vorrichtungen 12 aufgenommen sein. Wie in 5(b) gezeigt, können wellenlängenselektive Reflektoren 44, wie zum Bespiel Bragg-Gitter, aufgenommen sein, um überschüssige Pumpenergie zurück in die optische Faser 30 oder Erbium-Abschnitte 40 zu reflektieren. Verstärkungsabflachende Filter 46 können ebenso aufgenommen sein, um dem optischen Signal ein festgelegtes oder variables Verstärkungsprofil zu verleihen. Optische Isolatoen 48 sind vorgesehen, um diskrete Reflexionen von dem verstärkungsabflachenden Filter 46 zu beseitigen. Auch kann die Vorrichtung 12 so ausgelegt sein, um es der lokalen Steuerung 34 zu ermöglichen, von einem Netzwerkmanager 50 Information zur Aufsichtsführung und/oder Überwachung, d. h. Service, über eine optische Wellenlänge λsc zu übertragen und zu empfangen, wie in 5(b) gezeigt.
  • Auch ist es ferner ersichtlich, dass die Vorrichtungen 12 in mehrere Stufen aufgeteilt werden können, zum Bespiel Vor- und Nach-Verstärkungsstufen. Signalverarbeitung, wie zum Bespiel Hinzufügen/Entfernen oder Schalten von Kanälen etc. und/oder Steuern akkumulierten Rauschens und/oder Verstärkungsprofilvariationen kann zwischen den Stufen, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, durchgeführt werden.
  • Die Pumpenergiequelle 32 stellt der Faser 30 Pumpenenergie in einer Mehrzahl von Pumpwellenlängen λp1–λpm innerhalb des Pumpwellenlängenbereichs bereit. Die Pumpenergie kann entweder entgegengesetzt zu der Faser 30 und/oder in gleicher Richtung gemeinsam mit den optischen Signalwellenlängen λs1–λsn, die in das System 10 übertragen werden, der Faser 30 zugeführt werden. Eine entgegengesetzte Ausbreitung der Raman-Wellenlängen erster Stokes'scher Ordnung relativ zu den Signalwellenlängen vermindert allgemein eine Signalwellenlängenverschlechterung auf Grund von Interferenzen, d. h. Nebensprechen, zwischen der Pumpenergie und dem optischen Signal. Auch kann die Pumpenergie, die über jede Pumpwellenlänge zugeführt wird, gesteuert werden, um Selbst-Pumpen, das zwischen den Pumpwellenlängen auftreten kann, zu kompensieren. Auch ist es wünschenswert, Pumpwellenlängen derart zu wählen, dass die Pumpenergie, die durch jede Pumpwellenlänge zugeführt wird, relativ gleichförmig ist, d. h. innerhalb ±10% der durchschnittlichen Pumpenergie je Pumpwellenlänge.
  • Zusätzlich kann die Pumpquelle 32 die Pumpenergie an einer oder mehreren Stellen entlang der Faser 30 zuführen, wie in 5(a) gezeigt. Bei wenigstens einer Ausführungsform wird Pumpenergie separat zu jeder Stufe der Vorrichtung 12 ausgehend von einer Stelle an der Faser 30 und entgegen gerichtet zu den übertragenen optischen Signalen zugeführt.
  • Die Pumpquelle 32 kann jede Quelle von Pumpenergie sein, die ausreicht, um eine Raman-Verstärkung in den Übertragungswellenlängenbereichen des Systems 10 zu induzieren. Typischerweise umfasst die Pumpquelle 32 eine oder mehrere Pumplaser des bekannten Typs und kann auch andere kohärente und inkohärente, breit- und schmalbandige Quellen umfassen. Die Anzahl von Lasern und anderen Pumpenergiequellen, die in der Pumpquelle 32M verwendet werden, hängt von den Übertragungswellenlängenbereich ab, über die die signalvariierende Vorrichtung betrieben wird.
  • Die Pumpwellenlängen, die in Erbium-Faserstufen der Vorrichtungen 12 verwendet werden, können so gewählt sein, um Pumpenenergie in dem 980 nm Bereich nur für Erbium-Verstärkung oder in dem 1480 nm Bereich sowohl für Raman- als auch Erbium-Verstärkung bereitzustellen. Man wird erkennen, dass Pumpwellenlängen in dem 980 nm Bereich verwendet werden können, um eine Raman-Verstärkung bereitzustellen, indem aufeinanderfolgende Stokes-Größenordnungen in der Vorrichtung 12 gepumpt werden, wie es hier diskutiert ist.
  • Die Pumpquelle 32 kann lokal oder entfernt gelegen von der signalvariierenden Vorrichtung angeordnet sein, wie in 6 und 7 gezeigt. Die signalvariierenden Vorrichtungen 12 können derart konfiguriert sein, dass die restliche Pumpenergie von einem verteilten Raman-Verstärker zugeführt wird, um eine oder mehrere konzentrierte oder verteilte signalvariierende Raman-Vorrichtungen 12 und/oder dotierte Faser zu pumpen. Zum Bespiel werden Abschnitte der Übertragungsfaser durch korrespondierende Abschnitte einer dotierten Faser und/oder anderen Fasertypen ersetzt, um verteilte signalvariierende Vorrichtungen 12 bereitzustellen. Bei diesen Konfigurationen kann restliche Pumpenergie von dem verteilten Raman-Verstärker verwendet werden, um die Signalvariationsprofile der entfernt gelegen verteilten Vorrichtungen 12 zu pumpen und zu steuern.
  • 8 zeigt ein Diagramm der Signalvariationsprofile, die die Übertragungsfaser 28 verwenden, um einen verteilten Raman-Verstärker zu bilden, der Pumpenergie zu einem entfernt angeordneten Abschnitt von einer in die Übertragungsfaser 28 gespleißten Erbium-Faser 40 bereitstellt. Kurve A zeigt das entfernte gelegene Erbium-Verstärkungsprofil. Kurven B und C zeigen das beabsichtigte und das erreichte Raman-Verstärkungsprofil. Kurve D zeigt das Gesamterstärkungsprofil für den Erbium- und den Raman-Verstärkungsabschnitt. Wie ersichtlich, können die Pumpwellenlängen und durch die Pumpquelle 32 bereitgestellte Energie so gewählt werden, dass komplementär nicht lineare Verstärkungsprofile in der Übertragungsfaser 28 und der Erbium-Faser 40 bereitgestellt werden. Das daraus resultierende Gesamtprofil ist im wesentlichen gleichförmig. Wie es erwartet werden würde, kann das Gesamtprofil variiert werden, um andere Profile bereitzustellen, wie es gewünscht sein kann. Zum Bespiel kann das Verstärkungsprofil geneigt sein, um so höhere Biegeverluste bei größeren Wellenlängen auszugleichen.
  • Wie in 6 gezeigt, kann ein Abschnitt des optischen Signals einschließlich der Signalwellenlängen für eine Analyse aus der Übertragungsfaser 28 abgegriffen werden. Charakteristika der Signalwellenlängen können unter Verwendung einer Analyseeinrichtung 43 bestimmt werden, wie zum Bespiel eine Analysevorrichtung für das optische Spektrum und ein abstimmbarer Empfänger 18 und eine Bit-Fehlerraten-Testvorrichtung. Die Signalcharakteristika können von der Steuerung 34 verwendet werden, um die Pumpenergie zu variieren, die von Pumpquellen 32l –32m zugeführt wird, um so eine gewünschte Profil/Systemleistung aufrechtzuerhalten. Die Variation der Pumpenergie wird das gesamte signalvariierende Profil durch Variieren der Profile sowohl der entfernt gelegenen signalvariierenden Vorrichtung 12 als auch des verteilten Raman- Verstärkers ändern, der die entfernt gelegenen Vorrichtungen 12 versorgt.
  • Zusätzlich kann ein oder mehrere wellenlängenselektierende Reflektoren 44 in der Nähe der entfernt gelegenen signalvariierenden Vorrichtung 12 angeordnet sein. So kann überschüssige Pumpenergie reflektiert werden, um eine zusätzliche Verstärkung in dem verteilten Raman-Abschnitt und/oder den entfernt gelegenen signalvariierenden Vorrichtungen in Abhängigkeit von der Position der Reflektoren 44 bereitzustellen.
  • Wie weiter in 7 gezeigt, kann eine zusätzliche Verstärkungs- und Verstärkungsprofilsteuerung in Raman-Verstärkerstufen und entfernt gepumpten, dotierten Faserstufen hergestellt werden, indem eine oder mehrere Pumpen bei Raman-Wellenlängen mit höheren Stokes'schen Ordnungen aufgenommen werden, um Raman-Pump-Wellenlängen mit geringer Stokes'scher Ordnung zu verstärken. Bei Raman-Verstärkern nimmt die Pumpenergie mit der in der Faser zurückgelegten Entfernung ab, bis sie ein Niveau erreicht, an dem nur eine sehr geringe Raman-Verstärkung von der Signalwellenlängen erfolgt. Jedoch kann Pumpenergie bei Raman-Wellenlängen mit größerer Stokes'scher Ordnung (1320–1420 nm etc.) in die Faser eingebracht werden, um die Raman-Wellenlängen mit niedrigerer Stokes'scher Ordnung (1420–1520 nm etc.) zu verstärken, was wiederum die Signalwellenlängen (1520–1620 nm etc.) verstärkt. Wenn die sich gemeinsam ausbreitenden Raman-Wellenlängen durch wenigstens jede andere Raman-Wellenlänge gestaffelt sind und sich angrenzende Stokes'sche Ordnungen entgegengesetzter Richtung ausbreiten, sollte Übersprechen zwischen den Wellenlängen die Signalwellenlängen nicht sonderlich beeinflussen.
  • Eine beispielhafte Raman-Wellenlängepumpenanordnung ist in 7 gezeigt. Pumplaser 32n führen Raman-Wellenlängen in den Stokes'schen Ordnungen (2i – 1), die sich entgegengesetzt zu dem Signalwellenlängenbereich ausbreiten, und Raman- Wellenlängen in den Stoke'sche Ordnungen 2i zu, die mit den Signalwellenlängen von Werte i bis 1 zu einem beliebigen Wert zusammen ausbreiten. Für eine Signalwellenlänge in dem Bereich von 1520 bis 1620 nm würden die ersten und zweiten Raman-Wellenlängenbereiche 1420–1520 nm bzw. 1320–1420 nm betragen, was i = 1 entspricht.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann Information auf einer Wellenlänge in eine Richtung übertragen werden, während Pumpenergie in derselben Wellenlänge in die andere Richtung bereitgestellt wird. Beispielsweise könnte in neueren Fasern, die einen geringeren Verlust in dem Bereich von 1400 nm aufweisen, Information bei 1450 nm in eine Richtung übertragen werden und für eine Raman-Verstärkung zugeführte Pumpenergie in dem Bereich von 1550 nm in die andere Richtung. Bei einer Zuordnung derselben Wellenlänge zur Verwendung in beide Richtungen müssen mögliche Signalverschlechterungen auf Grund einer Rayleigh-Rückstreuung berücksichtigt werden.
  • Die Pumpwellenlängen bei den verschiedenen Stokes'schen Ordnungen sind so gewählt, dass die kombinierte Raman-Verstärkung, die aus der Pumpenergie resultiert, die durch jede Pumpwellenlänge zugeführt wird, ein gewünschtes Raman-Verstärkungs-Signalvariationsprofil in den Signalübertragungs-Wellenlängenbereichen erzeugt. Das Raman-Verstärkungs-Signalvariationsprofil kann in Abhängigkeit von einer speziellen Anwendung der Vorrichtung 12 gleichförmig oder nicht gleichförmig, linear oder nicht linear sein. Bei optischen Breitbandsystemen, d. h. ein Signalwellenlängenbereich > 30 nm, kann das signalvariierende Profil der Vorrichtungen 12 verwendet werden, um Verlustvariation der Signalwellenlängen, wie zum Bespiel Biegeverlustvariationen etc., zu kompensieren.
  • Die Anzahl von bei der Vorrichtung 12 verwendeten Pumpwellenlängen und Wellenlängenabständen kann variiert werden, um für eine Raman-Verstärkung über einen Bereich von Wellenlängen zu sorgen. Die Pumpwellenlängen λp1–λpm, sind im All gemeinen so gewählt, dass sie für eine ausreichende Überlappung der Raman-Verstärkungsprofile sorgen, um eine Steuerung der Raman-Verstärkung bei einer oder mehreren Wellenlängen in dem Übertragungs-Signalwellenlängenbereich bereitzustellen.
  • Zusätzlich kann die Pumpenergie, die durch wenigstens eine von den Pumpwellenlängen bereitgestellt wird, steuerbar variiert werden, um das Signalvariationsprofil über dem Wellenlängenbereich in der optischen Faser zu ändern. Auch kann die gesamte Pumpenergie, die über alle Pumpwellenlängen bereitgestellt wird, konstant gehalten oder entsprechend variiert werden, während die von den einzelnen Pumpwellenlängen bereitgestellte Pumpenergie variiert wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Wahl einer Wellenlänge so vorgenommen werden kann, dass die signalvariierenden Charakteristika der Vorrichtung 12 an eine spezielle Systemkonfiguration angepasst werden können.
  • Typischerweise sind die Pumpwellenlängen λp1–λpm so gewählt, dass das gesamte Signalvariationsprofil über den Bereich der Wellenlängen im Wesentlichen gleichförmig ist. Ein Fachmann wird erkennen, dass eine Verringerung der Abstandsintervalle der Pumpwellenlängen für eine verbesserte Kontrolle der Gleichförmigkeit des Intensitätsprofils sorgen kann. Zum Bespiel könnte Pumpenergie in schmalen Spektralbereichen zugeführt werden, um die Verstärkung in den Signalwellenlängen zu maximieren, was die Verstärkung der Rauschwellenlänge zwischen den Signalen minimiert. Jedoch muß die erhöhte Gleichmäßigkeit und Steuerung mit dem Aufwand zusätzliche Wellenlängen in der Vorrichtung 12 zu verwenden und erlaubbaren gesamten Leistungsanforderungen ausgeglichen werden. Umgekehrt kann eine optische Breitbandquelle verwendet werden, um Pumpenergie über einen großen Spektralbereich von Wellenlängen bereitzustellen, um dadurch die erforderliche Anzahl von Pumpen zu minimieren.
  • Wenn eine Mehrzahl von Pumpwellenlängen verwendet werden, ist es im Allgemeinen notwendig, eine kaskadierte kombi nierende Anordnung zu verwenden. Wenn die Anzahl kaskadierter, kombinierte Anordnungen erhöht wird oder der Bereich von Wellenlängen variiert wird, kann es notwendig werden, andere Anordnungen zu verwenden, um den mit dem Kombinieren der Pumpenergie verbundenen Verlust zu reduzieren. Solche Alternativen können ein Prisma 52 und Linsen 54, Kombinatoren oder einen Zirkulator 56/Gitter 44, Multiplexer, wie in 9 und 10 gezeigt, umfassen. 9(a & b) zeigen die Verwendung eines einzelnen Prismas 52, um eine Mehrzahl von Pumpwellenlängen zu kombinieren. Die Mehrzahl von Pumpwellenlängen sind unter Verwendung von entweder einer oder mehreren Linsen 54 unter einem geeigneten Winkel in das Prisma 52 hineinfokussiert, das die Mehrzahl von Pumpwellenlängen zu einem einzelnen Strahl kombiniert, der in die optische Faser 30 in der Vorrichtung 12 oder die Übertragungsfaser 28 ausgegeben wird. Der Unterschied zwischen den Einfallswinkeln wird auf der Grundlage der Brechungsindizies des Prisma für jede Wellenlänge bestimmt.
  • Der Unterschied bei den Brechungsindizes für jede Wellenlänge kann verwendet werden, um den Brechungswinkel des Prismas für jede Wellenlänge zu berechnen. Der Brechungsindex in dem Prisma wird berechnet als: n(λ) = (A + Bλ2/(λ2 – C) + Dλ2/(λ2 – E))1/2 und θ(λ) (radians) = asin(n(λ)·sin(α)),wobei α = 22π/180, θ der Brechungswinkel ist, λ die Pumpwellenlänge ist und A–E Prismenkonstante sind.
  • Beispielsweise kann ein AgGaSe2 Prisma (A–E = 3,9362, 2,9113, 0,1507, 1,7954, 1600) verwendet werden, um zwei Pumpwellenlängen bei 1480 bzw. 1470 nm zu kombinieren. Die Pumpwellenlängen werden in das Prisma unter Winkeln übertragen, die sich um etwa 0,136 Grad unterscheiden, um ein kombiniertes aus dem Prisma 52 austretendes Signal zu erzeugen. Ein Fachmann wird erkennen, dass kombinierende Prismen 52 auch kaskadiert sein können, ähnlich wie Koppler und andere Multiplexvorrichtungen, um zusätzliche Pumpquellen zu kombinieren.
  • Ein Zirkulator 56 und ein Gitter 44, gezeigt in 10, sind typischerweise teurer als Koppleranordnungen. Jedoch können die Zirkulator/Gitter-Vorrichtungen, wenn die Anzahl der Pumpquellen 32m erhöht wird, den mit dem Pumpkombinieren verbundenen Verlust reduzieren. Die Zirkulatoren 56 können mit einer Mehrzahl von Anschlüssen und korrespondierenden Gittern versehen sein, um die Pumpwellenlängen zu kombinieren. Ein oder mehrere Zirkulatoren 50 können ebenfalls kaskadiert sein, um für ein wirksameres Kombinieren der Pumpwellenlängen zu sorgen.
  • Die in 3 gezeigte Konfiguration wurde verwendet, um weiter die Vorteile von der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren. Bei einem Beispiel wurden vier Pumpwellenlängen 1450, 1460, 1485 und 1495 nm unter Verwendung von zwei 10 nm DWDM-Koppler und eines dichroitischen Filters kombiniert, das es ermöglicht, die ungleichmäßig beabstandeten Wellenlängen wirksam zu kombinieren. Die kombinierten Pumpwellenlängen werden dem DCF zugeführt, um eine Raman-Verstärkung in dem Übertragungssignalwellenlängenbereich von 1555 bis 1585 nm bereitzustellen.
  • Wie in 11(a) gezeigt, können im Wesentlichen flache Raman-Verstärkungs-Signalvariationsprofile (±0,16 dB) über einen Bereich von 30 nm für Verstärkungen, die von 1 bis 8 dB reichen, erzeugt werden. Zusätzlich kann die von den Pumpwellenlängen der Vorrichtung 12 zugeführte relative Leistung variiert werden, um nicht lineare Profile zu erzeugen, die im Allgemeinen über dem Signalwellenlängenbereich ansteigen oder abfallen, wie in 11(b) gezeigt.
  • Experimentelle Verstärkungsprofile wurden für eine Anzahl von zusätzlichen Pumpwellenlängen ermittelt. Basierend auf den Versuchsergebnissen wurden Simulationen mit signalvariierenden Raman-Vorrichtungen über 35 nm breite (1530–1565 nm) und 100 nm breite (1530–1630 nm) Signalwellenlängenbereiche durchgeführt. Die vorausgesagte Leistung von ±0,12 dB und ±0,342 dB über die Wellenlängenbereiche von 35 nm und 100 nm, wie in 12 (Kurve a) bzw. 13 gezeigt, gibt an, dass die signalvariierende Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung über einen großen Bereich von Wellenlängen verwendet werden können, um zahlreiche Kanäle aufzunehmen. 12 (Kurven B und C) zeigt auch Beispiele von linearen und nicht linearen Profilen, die durch Variieren der relativen Leistung bei den verschiedenen Pumpwellenlängen erzeugt werden können. Es wird auch erwartet, dass die Anzahl an Pumpen und der Pumpwellenlängenabstände weiter variiert werden können, um für einen Bereich von Signalvariationsprofilen über breiten und schmalen Wellenlängenbereich bereitzustellen.
  • Die signalvariierenden Vorrichtungen 12 der vorliegenden Erfindung können in einer, zwei oder drei der signalvariierenden Betriebsarten, Verstärkung, Dämpfung und Verlustfreiheit, betrieben werden. Beim Steuern der Pumpleistung kann eine signalvariierende Vorrichtung kontinuierlich zwischen den drei Betriebsarten gewechselt werden. Zusätzlich kann das Intensitätsverstärkungs/Verlustprofil in jeder signalvariierenden Vorrichtung 12 eingestellt werden, um die Charakteristika der optischen Signale, die die signalvariierende Vorrichtung 12 verlassen, dynamisch zu steuern. Auch ist es möglich, die signalvariierende Vorrichtung 12 gleichzeitig in mehr als einer Betriebsart zu betreiben. Zum Bespiel kann die signalvariierende Vorrichtung als Verstärker über einem Teil des Signalwellenlängenbereichs betrieben werden und als Dämpfungsglied und/oder verlustfreie Verbindung über den verbleibenden Teil des Signalwellenlängenbereichs. Der Betrieb mit mehreren Betriebsarten der signalvariierenden Vorrichtung 12 kann verwendet werden, um optische Signale zu kompensieren, die in die signalvariierende Vorrichtung 12 mit einem nicht linearen Intensitätsprofil gelangen.
  • Unterschiedlich signalvariierende Vorrichtungen 12 können in dem System 10 enthalten sein, die mit unterschiedlichen Pumpwellenlängen und Leistungen betrieben werden, um ein kumulatives Signalvariationsprofil bereitzustellen, das sich von den Signalvariationsprofilen jeder Vorrichtung 12 unterscheidet. Zum Bespiel können die Pumpwellenlängen, die bei verschiedenen Vorrichtungen 12 verwendet werden, variiert werden, um Ungleichmäßigkeiten von Signalvariationsprofilen einzelner Vorrichtungen zu kompensieren und ein kumulatives Signalvariationsprofil bereitzustellen, das im Wesentlichen gleichmäßiger als die einzelnen Vorrichtungsprofile ist.
  • Vorrichtungen 12 der vorliegenden Erfindung sorgen für Flexibilität bei der Steuerung des optischen Systems 10, da der Leistungspegel, d. h. Verstärkungs- und/oder Dämpfungsniveau, variiert werden können, ohne dabei das signalvariierende Profil zu ändern. Eine Steuerung der einzelnen Vorrichtungen kann, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, durchgeführt werden. Alternativ können die Vorrichtungen 12 entlang der Übertragungsfaser 28 als eine oder mehrere Gruppen gesteuert werden, um für zusätzliche Stabilität in dem System 10 zu sorgen. Ein Beispiel für ein solches optisches Steuerungssystem ist in US 6 115 174 offenbart.
  • Im Unterschied zu bekannten Systemen erfordert es die vorliegende Erfindung nicht, dass eine Anzahl von nicht linearen Vorrichtungen koordiniert und kontrolliert wird, um lineare Intensitätsvariations-(Verstärkung/Verlust)-Profile bereitzustellen. Statt dessen stellt die vorliegende Erfindung ein optisches System bereit, das eine Vorrichtung mit kontinuierlichem Signalvariationsübergang umfasst, die für eine verbesserte Steuerung der Charakteristika von optischen Signalen sorgt, die in dem System übertragen werden.
  • Fachleute werden erkennen, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen bei spezifischen Aspekten der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne sich dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Es ist vorge sehen, dass die vorausgegangene Beschreibung und die folgenden Ansprüche solche Modifikationen und Variationen abdecken.

Claims (29)

  1. Optisches Übertragungssystem, mit: einer Mehrzahl von optischen Verarbeitungsknoten (14), die konfiguriert sind, über optische Signale in einem Signalwellenlängenbereich optisch zu kommunizieren; und einer Mehrzahl von signalvariierenden Vorrichtungen (12), die positioniert sind, ein zwischen den Verarbeitungsknoten (14) verlaufendes optisches Signal zu variieren, wobei die Mehrzahl von signalvariierenden Vorrichtungen (12) aufweist eine erste signalvariierende Vorrichtung an einer ersten Stelle mit einer optischen Faser (30), der ausgehend von einer ersten Pumpquelle optische Energie in einer ersten Gruppe von Pumpwellenlängen bereitgestellt wird, um eine Raman-Verstärkung mit einem ersten Signalvariationsprofil in den optischen Signalen über dem Signalwellenlängenbereich zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst eine zweite signalvariierende Vorrichtung an einer zweiten Stelle entfernt von der ersten Stelle und konfiguriert, um ein zweites Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich bereitzustellen, wobei die ersten und zweiten Signalvariationsprofile ein kumulatives Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich bereitstellen, das sich von jedem der ersten und zweiten Signalvariationsprofile unterscheidet.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem die erste Quelle konfiguriert ist, wenigstens eine der Pumpenergie, die von wenigstens einer der Pumpwellenlängen übertragen wird, und wenigstens eine der Pumpwellenlängen zu variieren, um wenigstens das erste Signalvariationsprofil zu steuern.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem die erste Pumpquelle Pumpwellenlängen aufweist, die gewählt sind, um für ein im Wesentlichen gleichmäßiges Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen.
  4. System nach Anspruch 1, bei dem die zweite signalvariierende Vorrichtung wenigstens eine dotierte optische Faser aufweist, die konfiguriert ist, um die optischen Signale optisch zu verstärken; und die erste Pumpquelle ferner konfiguriert ist, Pumpenergie zuzuführen, um optische Signale in der dotierten Faser optisch zu verstärken.
  5. System nach Anspruch 4, bei dem die erste Pumpquelle Wellenlängen aufweist, die gewählt sind, um für ein einstellbares Gesamtverstärkungsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen.
  6. System nach Anspruch 4, bei dem die optische Faser wenigstens einen Bereich einer Übertragungsfaser in dem optischen Übertragungssystem aufweist.
  7. System nach Anspruch 4, bei dem die erste Pumpquelle Pumpwellenlängen aufweist, die gewählt sind, um für ein im Wesentlichen gleichmäßiges Gesamtverstärkungsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen.
  8. System nach Anspruch 4, bei dem die erste Pumpquelle Pumpwellenlängen aufweist, die gewählt sind, um für unterschiedliche Raman- und dotierte Faserverstärkungsprofile über dem wenigstens einen Signalwellenlängenbereich zu sorgen.
  9. System nach Anspruch 4, bei dem die dotierte Faser wenigstens eine Erbium-dotierte Faser aufweist.
  10. System nach Anspruch 9, bei dem die erste Pumpquelle konfiguriert ist, die Pumpwellenlänge zu steuern, um für ein Raman-Verstärkungsprofil zu sorgen, das von der wenigstens einen Erbium-dotierten Faser eingeführte Verstärkungsungleichförmigkeiten im Wesentlichen kompensiert.
  11. System nach Anspruch 4, ferner mit wenigstens einem wellenlängenselektiven Reflektor, der positioniert ist, um einen Teil der Pumpenergie von wenigstens einer Pumpwellenlänge in Richtung auf die erste Pumpquelle hin zurück zu reflektieren.
  12. System nach Anspruch 11, bei dem der wenigstens eine wellenlängenselektive Reflektor wenigstens ein Faser-Bragg-Gitter aufweist, das positioniert ist, um den Teil der wenigstens einen Pumpwellenlänge zu reflektieren, bevor sie die dotierte Faser erreicht.
  13. System nach Anspruch 10, bei dem die erste Pumpquelle konfiguriert ist, Pumpenergie in wenigstens einer Wellenlänge zuzuführen, die von der dotierten Faser nicht absorbiert wird, und um für eine Raman-Verstärkung in der optischen Faser zu sorgen.
  14. System nach Anspruch 11, bei dem die erste Pumpquelle entfernt von optischen Faser angeordnet ist und die Pumpenergie über einen separaten Pumpweg zu der optischen Faser zuführt.
  15. System nach Anspruch 1, bei dem die optische Faser erste und zweite Raman-Fasern aufweist, wobei die erste Raman-Faser andere Raman-Verstärkungscharakteristika als die zweite Raman-Faser aufweist; und die erste Pumpquelle konfiguriert ist, um Pumpenergie in Pumpwellenlängen bereitzustellen, um eine Raman-Verstärkung in den ersten und zweiten Raman-Fasern zu erzeugen.
  16. System nach Anspruch 1, bei dem die erste Raman-Faser optische Fasern aufweist, die einen kleineren Kern als die zweite Raman-Faser haben.
  17. System nach Anspruch 16, bei dem die erste Pumpquelle konfiguriert ist, um für eine gemeinsame Quelle von Pumpenergie für die ersten und zweiten Raman-Fasern zu sorgen.
  18. System nach Anspruch 17, bei dem die zweite Raman-Faser für einen geringen Verlust in dem Bereich von 1420 bis 1510 nm sorgt und Pumpenergie über die zweite Raman-Faser zu der ersten Raman-Faser übertragen wird.
  19. System nach Anspruch 16, bei dem die erste Pumpquelle konfiguriert ist, um der ersten Raman-Faser und der zweiten Raman-Faser unterschiedliche Raman-Pumpwellenlängen bereitzustellen.
  20. System nach Anspruch 1, bei dem die zweite signalvariierende Vorrichtung eine zweite Pumpquelle aufweist, die konfiguriert ist, um in wenigstens einer zweiten Gruppe von Raman-Wellenlängen Pumpenergie bereitzustellen, um für eine Raman-Verstärkung in der ersten Gruppe von Raman-Wellenlängen in der optischen Faser zu sorgen.
  21. System nach Anspruch 20, bei dem sich die zweite Gruppe von Raman-Wellenlängen relativ zu der ersten Gruppe von Raman-Wellenlängen in der optischen Faser entgegengesetzt ausbreitet.
  22. System nach Anspruch 20, bei dem die erste Pumpquelle eine dritte Gruppe von Raman-Wellenlängen aufweist, um für eine Raman-Verstärkung für die erste Gruppe von Raman-Wellenlängen zu sorgen.
  23. System nach Anspruch 1, bei dem ein Bereich der optischen Faser für eine verteilte Raman-Verstärkung sorgt und ein anderer Bereich der optischen Faser für eine konzentrierte Raman-Verstärkung sorgt.
  24. System nach Anspruch 23, ferner mit einem verstärkungsabflachenden Filter, der positioniert ist, wenigstens einen Bereich von wenigstens einem Signalwellenlängenbereich ein Signalvariationsprofil zu geben.
  25. System nach Anspruch 1, bei dem die Pumpwellenlängen gewählt sind, um für ein kumulatives Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen, dass eine Variation von < ±dB aufweist.
  26. System nach Anspruch 1, bei dem die Vorrichtung in wenigstens einer signalvariierenden Betriebsart betreibbar ist, wobei die Betriebsart aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Verstärkung, Dämpfung und verlustloser Übertragung besteht.
  27. System nach Anspruch 1, bei dem die optische Faser geeignet ist, eine Mehrzahl an Signalwellenlängen zu übertragen; und die erste Pumpquelle konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Pumpwellenlängen bereitzustellen, die mit der Mehrzahl von Signalwellenlängenbereichen verschachtelt sind und ausreichend Pumpenergie haben, um eine Raman-Verstärkung in einer Mehrzahl an signalvariierenden Profilen in der Mehrzahl von Signalwellenlängenbereichen zu erzeugen.
  28. System nach Anspruch 1, bei dem die optische Faser konfiguriert ist, eine Raman-Verstärkung in einem Signalwellenlängenbereich zu erzeugen und für eine konzentrierte Verstärkung, Dämpfung und verlustlose Übertragung in der optischen Faser zu sorgen; und die erste Pumpquelle konfiguriert ist, der optischen Faser Pumpenergie in einer Mehrzahl von Pumpwellenlängen be reitzustellen, die ausreichend Pumpenergie aufweisen, um eine Raman-Verstärkung und ein Signalvariationsprofil in dem Signalwellenlängenbereich zu erzeugen, und die Pumpquelle ferner konfiguriert ist, die Pumpenergie in wenigstens einer der Pumpwellenlängen zu steuern, um das Signalvariationsprofil zu variieren und für Verstärkung, Dämpfung und verlustlose Übertragung in der optischen Faser über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen.
  29. Verfahren zum Steuern einer Signalvariation von optischen Signalen in einem optischen Übertragungssystem, mit: Bereitstellen einer ersten signalvariierenden Vorrichtung mit einer optischen Faser (30) der Pumpenergie in einer Mehrzahl von Pumpwellenlängen ausgehend von einer ersten Pumpquelle bereitgestellt wird und die konfiguriert ist, um für eine Raman-Verstärkung mit einem ersten Signalvariationsprofil in optischen Signalen über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst Bereitstellen einer zweiten signalvariierenden Vorrichtung an einer zweiten Stelle entfernt von der ersten Stelle und konfiguriert, um für ein zweites Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu sorgen, wobei die ersten und zweiten Signalvariationsprofile für ein kumulatives Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich sorgen, das sich von jedem der ersten und zweiten Signalvariationsprofile unterscheidet; und Steuern der von der wenigstens einen Pumpwellenlänge erzeugten Pumpenergie, um wenigstens das erste Signalvariationsprofil über dem Signalwellenlängenbereich zu variieren.
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