DE602005001187T2

DE602005001187T2 - Parametrische Vorrichtung mit mehreren Pumpquellen ohne Idler-Verbreiterung

Info

Publication number: DE602005001187T2
Application number: DE602005001187T
Authority: DE
Inventors: Andrew Roman Chraplyvy; Alan H. Gnauck; Robert Meachem Jopson; Stojan Radic
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: EP1640793A1; JP4832836B2; JP2006091876A; US7145715B2; CN100451801C; DE602005001187D1; CN1752835A; EP1640793B1; US20060061853A1

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Multipumpenparametervorrichtungen und insbesondere eine Multipumpenparametervorrichtung ohne Idlersignalverbreiterung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Parametrische Prozesse bei einer hoch nichtlinearen Faser (HNLF – highly nonlinear fiber), die bei parametrischer Verstärkung, Wellenlängenkonvertierung, ultraschneller optischer Abtastung und Mehrkanalstrafmilderung verwendet wird, erfordern eine optische Pumpquelle mit einem Hochleistungsdauerstrich (cw – continuous wave). Anwendungen, die eine optische Pumpquelle mit einem hohen Dauerstrich erfordern, verwenden in der Regel eine spektrale Verbreiterung, um den Schwellwert der SBS (Stimulated Brillouin Scattering) zu erhöhen. Bei parametrischen Architekturen jedoch verursacht eine spektrale Verbreiterung der Pumpe auch eine übermäßige Idlerspektrumsverbreiterung und Polarisationsabhängigkeit. Ein Artikel von K.K.Y. Wong, M.E. Marhic, K. Uesaka und L.G. Kazovsky, "Polarization-independent and flat-gain CW two-pump fiber optical parametric amplifier and wavelength converter", im Technical Digest OFC 2002, Referat TuS5, beschäftigt sich mit dem Problem des Heraufsetzens des SBS-Schwellwerts und der Polarisationsempfindlichkeit in optischen parametrischen Verstärkern.
Eine einzigartige Charakteristik einer parametrischen Zwei-Pumpen-Interaktion in HNLF ermöglicht multispektrales Schalten, das durch herkömmliche Einrichtungen mit einer Pumpe nicht erreicht werden kann. Wenngleich beim Vorantreiben der Technik des parametrischen Designs bisher signifikanter Fortschritt erzielt worden ist, müssen eine Reihe praktischer Probleme immer noch gelöst werden. Das Auftreten von Brillouin-Streuung stellt ein Haupthindernis zu höherer parametrischer Leistung dar, da es die nutzbaren Pumpleistungen und folglich die verfügbare parametrische Verstärkung/Effizienz begrenzt. Bei parametrischen Faseranwendungen, die einen Dauerstrich (cw) mit hoher optischer Leistung erfordern, muß SBS (stimulierte Brillouin-Streuung) unterdrückt werden. Üblicherweise geschieht dies durch Frequenzmodulation, digitale Phasenmodulation oder analoge Phasenmodulation des cw-Lichts, um die Trägerkomponente zu unterdrücken und das Pumpspektrum zu verbreitern. Frequenzmodulation des Pumplichts erfolgt in der Regel durch wiederholtes Dithern der Frequenz des Quellasers. Digitale Phasenmodulation erfolgt mit Hilfe eines externen (separate Einrichtung) Phasenmodulators, der repetitiv von einem Elektroniksignal wie etwa einem PRBS (pseudorandom bit stream) in der Regel mit recht hohen Datenraten (> 1 Gb/s) angesteuert wird. Analoge Phasenmodulation erfolgt mit Hilfe eines externen Phasenmodulators, der repetitiv von einem aus mehreren Oberschwingungen bestehenden Elektroniksignal angesteuert wird.
Wenngleich Anwendungen, die eine hohe optische Dauerstrichleistung erfordern, eine spektrale Pumpverbreiterung verwenden, um den Brillouin-Schwellwert heraufzusetzen, bewirkt dies bei parametrischen Architekturen mit einer Pumpe eine übermäßige Idlerspektralverbreiterung, was eine fundamentale Beeinträchtigung verursacht. Diese grundlegende Begrenzung kann prinzipiell in der Zwei-Pumpen-Architektur vollständig beseitigt werden durch entgegengesetzte Phaseneinstellung der Modulation der Pumpen, wenn PRBS oder eine Pumpphasenmodulation oder Frequenzmodulation mit mehreren Oberschwingungen verwendet wird. Wenn bei einer derartigen Anordnung die Phase einer Pumpe heraufgesetzt wird, wird die Phase der anderen Pumpe herabgesetzt und umgekehrt, wodurch eine konstante optische mittlere Pumpfrequenz beibehalten wird, ein Zustand, der die Idlerverbreiterung eliminiert. Für eine digitale Phasenmodulation wird die Phase der beiden Pumpen durch separate Phasenmodulatoren moduliert, die synchron von einer PRBS-Sequenz beziehungsweise ihrer komplementären Sequenz PRBS oder durch irgendeine andere geeignete Sequenz zusammen mit ihrer komplementären Sequenz angesteuert werden.
Ein parametrischer Faserverstärker ist ein Beispiel für eine Anwendung, die hohe cw-Leistung erfordert, bei der eine Hochleistungspumpe ein oder mehrere Eingangssignale verstärkt und einen oder mehrere Idler bei neuen Wellenlängen erzeugt. Wenn die Phasenmodulation verwendet wird, um das Pumpspektrum zu verbreitern, um SBS zu unterdrücken, hat es jedoch die unerwünschte Folge, daß die Idler eine Verbreiterung erfahren. Dies kann die Idler in verschiedenen Übertragungs- und Filterungsumfeldern verschlechtern. Im US-Patent 5,386,314 wurde eine Technik zum Verhindern einer Idlerverbreiterung in parametrischen Faserverstärkern offenbart. Dieses Patent offenbarte, daß die Verzerrungseffekte, die aus einer Pumpenmodulation resultieren, die verwendet wird, um den SBS-Schwellwert anzuheben, durch Verwendung der gleichen Modulation aber mit entgegengesetzten Vorzeichen an den beiden Pumpensignalen eliminiert werden kann. Infolgedessen wird das phasenkonjugierte Mischprodukt aus dem Eingangssignal und den beiden modulierten Pumpstrahlen nicht die niederfrequente Verzerrung aufweisen, die normalerweise eine SBS-Unterdrückung durch Pumpmodulation begleitet.
In jüngerer Zeit offenbart der Artikel von S. Radic, C.J. McKinstrie, R.M. Jopson, J.C. Centanni, A.R. Chraplyvy, C.G. Jorgensen, K. Brar und C. Headley, "Selective Suppression of Idler Spectral Broadening in Two-Pump Parametric Architectures", IEEE Photon.
Technol. Lett, V. 15, S. 673, 1. Mai 2003, daß zwar eine gleichphasige Pumpenmodulation die Verwendung eines einzelnen Phasenmodulators gestattet, die entgegengesetzte Pumpenphaseneinstellung inhärent zwei synchronisierte Phasenmodulatoren erfordert. Die elektrooptischen Antworten von zwei nominell identischen Hochgeschwindigkeitsphasenmodulatoren, die von nominell identischen Elektronikverstärkern angesteuert werden, sind jedoch niemals genau gleich. Diese Unterschiede bei den elektronischen und elektrooptischen Antworten können zu einer Verschlechterung des oder der Idler führen, weil die Pumpen nicht perfekt in Gegenphase arbeiten.
Somit besteht ein anhaltender Bedarf nach dem Reduzieren oder Eliminieren von SBS in parametrischen Faseranwendungen, um SBS ohne Verschlechtern des oder der Idler zu eliminieren.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt, auf die der Leser nun verwiesen wird. Bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Gemäß der Vorrichtung und dem Arbeitsverfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Multipumpenphasenmodulatorvorrichtung offenbart, die zum Eliminieren von SBS ohne Verschlechtern des oder der Idler nur einen Phasenmodulator verwendet. Da nur ein Phasenmodulator verwendet wird, ist es viel leichter, der resultierenden Modulation an den Pumpen genau das entgegengesetzte Vorzeichen zu geben, und somit werden die Phasenverzerrungseffekte, die aus einer zum Anheben des SBS-Schwellwerts verwendeten Phasenmodulation resultieren, viel leichter eliminiert. Insbesondere umfaßt bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Multipumpenphasenmodulatorvorrichtung:
Mittel zum Empfangen von mehreren Pumpsignalen optischer Wellenlänge;
einen Einphasenmodulator zum Phasenmodulieren der mehreren Pumpsignale zum Ausbilden von phasenmodulierten mehreren Pumpsignalen unter Verwendung eines Modulationssignals mit einer vorbestimmten Modulationsperiode;
einen wellenlängenselektiven Signalsplitter zum Trennen der phasenmodulierten mehreren Pumpsignale in mindestens zwei Wellenlängengruppen;
gekennzeichnet durch:
eine Verzögerungsvorrichtung zum Verzögern einer ersten Wellenlängengruppe um die vorbestimmte Modulationsperiode relativ zu den anderen Wellenlängengruppen und einen Combiner zum Kombinieren der verzögerten ersten Wellenlängengruppe mit anderen Wellenlängengruppen zum Ausbilden eines kombinierten modulierten Mehrpumpensignals.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt eine Multipumpenphasenparametervorrichtung die Multipumpenphasenmodulatorvorrichtung wie oben beschrieben, weiterhin gekennzeichnet durch:
eine Parametervorrichtung zum Empfangen des kombinierten modulierten Mehrpumpensignals und zum Verstärken eines Eingangssignals S und zum Ausgeben eines Signals ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend ein verstärktes Eingangssignal und einen oder mehrere Idler, von der Parametervorrichtung erzeugt.
Weitere Ausführungsformen beinhalten die Verwendung der Multipumpenphasenparametervorrichtung als Teil eines optischen Schalters, eines Probenentnehmers, eines Zubringersignalextrahierers und eines Regenerators.
Ein Merkmal der Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Betreiben einer Parametervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
Empfangen mehrerer Pumpsignale optischer Wellenlänge;
Verwenden eines Einphasenmodulators zum Phasenmodulieren der mehreren Pumpsignale zum Ausbilden von mehreren phasenmodulierten Pumpsignalen unter Verwendung eines Modulationssignals mit einer vorbestimmten Modulationsperiode;
Trennen der phasenmodulierten mehreren Pumpsignale in mindestens zwei Wellenlängengruppen;
Verzögern einer ersten Wellenlängengruppe um die vorbestimmte Modulationsperiode relativ zu anderen Wellenlängengruppen und
Kombinieren der verzögerten ersten Wellenlängengruppe mit den anderen Wellenlängengruppen zum Ausbilden eines kombinierten modulierten Mehrpumpensignals.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine eingehendere Würdigung der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung, die angesichts der beiliegenden Zeichnungen gelesen werden sollte. Es zeigen:
1 die Ausgabewellenformen der verschiedenen Verstärkungsbänder einer Multipumpenparametervorrichtung mit ein- und ausgeschalteten Pumpen,
2 die verallgemeinerte Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung nach dem Stand der Technik, die eine Pumpenmodulation in Gegen- und Gleichphase beinhaltet,
3 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Multipumpenparametervorrichtung einschließlich einer Verzögerung-und-Anpassung-Pumpphasenmodulationsvorrichtung unter Verwendung eines Phasenmodulators,
4 eine zweite Ausführungsform der Multipumpenparametervorrichtung mit einem separaten Verstärker für jedes Pumpsignal;
5 eine dritte Ausführungsform der Multipumpenparametervorrichtung unter Verwendung eines Dispersionskompensationsmoduls,
6 eine verallgemeinerte Ausführungsform der Multipumpenparametervorrichtung, die für die Ausführungsformen optischer Schalter, Probennehmer, Zubringersignalextrahierer und Regenerator der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
7 ein veranschaulichendes Pumpenmodulationssignal, das in dem Zubringersignalextrahierer verwendet wird,
8 ein Beispiel des Ausgabespektrums für einen Regenerator mit einem Einzel-Wellenlängen-Eingangssignal.
In der folgenden Beschreibung stellen identische Elementbezeichnungen in verschiedenen Figuren identische Elemente dar. Außerdem bezieht sich die erste Ziffer in den Elementbezeichnungen auf die Figuren, in denen sich dieses Element das erste Mal befindet (zum Beispiel befindet sich 112 zuerst in 1).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung unter Verwendung eines Phasenmodulators. Eine Multipumpenparametervorrichtung wird ausgebildet durch Kombinieren der Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung mit einer parametrischen Verstärkervorrichtung. Unsere Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung kann mit zwei oder mehr Pumpen verwendet werden. Der Zweckmäßigkeit der Darstellung halber werden jedoch nur die Ausführungsformen mit zwei Pumpen und drei Pumpen beschrieben. Es ist zu verstehen, daß vier oder mehr Pumpen verwendende Ausführungsformen eine einfache Erweiterung der beschriebenen Ausführungsformen mit zwei Pumpen und drei Pumpen sind.
Ausführungsform mit zwei Pumpen
Anfänglich werden nur der Zwei-Pumpen-Phasenmodulator und die Zwei-Pumpen-Parametervorrichtungen beschrieben. Somit werden in der folgenden Beschreibung der 1-8 nur die Pumpsignale P₁ (λ₁) und P₂ (λ₂) und die assoziierten Schaltungen beschrieben. Man beachte in dieser Beschreibung, daß der Ausdruck "Pumpsignal" austauschbar mit dem Ausdruck "Pumpe" verwendet wird. Der Einsatz des dritten Pumpsignals P₃ (λ₃) und der für die Drei-Pumpen-Ausführungsform erforderlichen zusätzlichen Schaltungen, wie in 3-6 gezeigt, wird in der Drei-Pumpen-Ausführungsformsektion der Anmeldung beschrieben.
In 1 sind die Ausgangssignale einer Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung mit vier Primärbändern 1–, 1+, 2–, 2+ gezeigt. Die Darstellung 100 zeigt das resultierende Ausgangssignal 102 einer Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung als Reaktion auf ein Eingangssignal S, wenn die Pumpen P1 und P2 ausgeschaltet sind. In einem derartigen Zustand gibt es, da die Pumpen P1 und P2 ausgeschaltet sind, keine Verstärkung durch die Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung, und das Ausgangssignal 102 ist das durch den Verlust in der Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung gedämpfte Eingangssignal S. Die Darstellung 101 zeigt das Ausgangssignal 112, wenn beide Pumpen eingeschaltet sind. Wenn beide Pumpen P1 und P2 eingeschaltet sind, dann wird wie gezeigt das Eingangssignal S (einschließlich einem oder mehreren f1–f9) verstärkt und zusätzliche Idlersignalbänder I1–I3 erzeugt. In diesem Beispiel wird angenommen, daß sich das Eingangssignal S in dem als 1+ bezeichneten Band befindet und mehrere Frequenzen f1–f9 bei verschiedenen Amplituden enthält.
Wie gezeigt weist das Ausgangssignal einer Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung vier Primärbänder auf, einschließlich innere Bänder (1+ und 2–) und äußere Bänder (1– und 2+). Die inneren Bänder sind jene Bänder (1+ und 2–), die sich zwischen den beiden Pumpwellenlängen befinden, und die äußeren Bänder (1– und 2+) sind jene, die sich nicht dazwischen befinden, aber außerhalb der beiden Pumpwellenlängen P₁ und P₂ liegen. Eine Signalverstärkung eines Eingangssignals S wird von der Erzeugung von zwei konjugierten Idlern und einem nicht-konjugierten Idler begleitet. Wenn, wie durch 110 gezeigt, das Signal S sich in dem inneren Band 1+ befindet, erzeugt es einen konjugierten Idler I1 und einen nicht-konjugierten Idler I3 in den Idlern 1– bzw. 2+ des äußeren Bandes und einen konjugierten Idler I2 in dem inneren Band 2–. Wenn, wie durch 120 gezeigt, sich das Signal S im äußeren Band 1– befindet, erzeugt es einen konjugierten Idler I1 und einen nicht-konjugierten Idler I2 in den Idlern 1+ und 2– des inneren Bandes und einen konjugierten Idler I3 in dem Idler 2+ des äußeren Bandes. Wenngleich das Signal S so gezeigt ist, daß es mehrere Wellenlängen f1–f9 enthält, kann das Signal allgemeiner eine oder mehrere Wellenlängen enthalten. Man beachte, daß, wenn das Eingangssignal S an die anderen Bänder 2– und 2+ angelegt wird, es ähnliche Ausgangssignalspektren erzeugen würde, wenn die Pumpen P₁ und P₂ eingeschaltet sind.
Wie angemerkt erzeugt die Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung phasenkonjugierte Kopien des Eingangssignals oder nicht-konjugierte Kopien des Eingangssignals. Wie durch 110 und 120 gezeigt, werden in Abhängigkeit davon, in welchem Band sich das Eingangssignal befindet, ein oder mehrere verschiedene der Idler I1, I2, I3 relativ zu dem Eingangssignal S konjugiert oder nicht-konjugiert sein. Folglich kann das Ausgangssignal von der Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung als das Signal S oder eines der Idlersignale I1, I2, I3 ausgewählt werden, weshalb das Ausgangssignal eine gespiegelte Version (wellenlängenverschoben und konjugiert) oder eine parallelverschobene Version (wellenlängenverschoben und nicht-konjugiert) des Signalspektrums S sein kann.

Die unten stehende Tabelle fast die Idlerphaseneinstellung in verschiedenen Ausgangsbändern für ein Eingangssignal S in verschiedenen Bändern zusammen. Wie gezeigt gibt die erste Spalte das Eingangsband an, die zweite Spalte das Ausgangssignalband und die dritte Spalte die Idlerphaseneinstellung. Die erste Reihe zeigt ein Eingangsband 1–, wenn das Eingangssignal S eine Frequenz unter der Frequenz des Pumpsignals P1 aufweist. Das Eingangsband 1+ ist, wenn das Eingangssignal S eine Frequenz über der des Pumpsignals P1 aufweist, aber unter dem Mittelwert der Frequenzen der Pumpsignale P1 und P2. Das Eingangsband 2– ist, wenn das Eingangssignal S eine Frequenz über dem Mittelwert der Frequenzen von Pumpsignal P1 und P2 und unter dem von Pumpsignal P2 aufweist. Schließlich ist das Eingangsband 2+, wenn das Eingangssignal S eine Frequenz über der von Pumpsignal P2 aufweist. Die verschiedenen Reiheneinträge in der unten stehenden Tabelle zeigen für ein gegebenes Eingangssignal-S-Band, welches Ausgangsband verwendet werden sollte, um ein Ausgangssignal zu erhalten, das zu dem Eingangssignal S entweder ein nicht-konjugiertes oder ein konjugiertes ist.

Eingangs-S-Band	Ausgangsband	Idlerphaseneinstellung
1–	1+	konjugiert
1–	2–	nicht-konjugiert
1–	2+	konjugiert
1+	1–	konjugiert
1+	2–	konjugiert
1+	2+	nicht-konjugiert
analog:
2–	2+	konjugiert
2–	1+	konjugiert
2–	1–	nicht-konjugiert
2+	2–	konjugiert
2+	1+	nicht-konjugiert
2+	1–	konjugiert

Wenn sich unter Bezugnahme auf das Beispiel 110 das Eingangssignal S im Band 1+ befindet, dann sind die resultierenden drei Idlerbänder I1, I2 und I3. Wie gezeigt ist Idler I3 ein nicht-konjugiertes Signal 111 im Band 2+ und sind die Idler I1 und I2 in den Bändern 1– bzw. 2– erhaltene konjugierte Signale. Somit weist der nicht-konjugierte Idler 111 Signale f1'–f9' auf, die die gleiche relative Wellenlängenamplitudenverteilung f1'–f9' wie das Eingangssignal S aufweisen, während die konjugierten Idler I1 und I2 die umgekehrten Spektralverteilungen f1''–f9'' bzw. f1''–f9''' wie das Eingangssignal S aufweisen. Wenn unter Bezugnahme auf 110 für ein Eingangssignal S im Band 1+ ein nicht-konjugiertes Ausgangssignal erwünscht ist, dann wird das Idlersignal I3 im Band 2+ auf das Ausgangssignal ausgewählt, und wenn ein konjugiertes Ausgangssignal erwünscht ist, dann wird entweder Idlersignal I1 oder I3 in den Bändern 1– bzw. 2– ausgewählt. Wenn das Ausgangssignal, z.B. I3, wie gezeigt eine nicht-konjugierte Kopie des Eingangssignals S ist, dann variieren die Wellenlängenamplitudenverteilung 112 (f1–f9) des Eingangssignal S und die Spektralverteilung 111 (f1'–f9') des Ausgangssignals I3 auf die gleiche Weise. Wenn das Ausgangssignal, z.B. I2, eine konjugierte Kopie des Eingangssignals S ist, variiert die Spektralverteilung 112 (f1–f9) des Eingangssignals S und des Ausgangssignals I2, d.h. 113, auf umgekehrte Weise.
Wenn sich unter Bezugnahme auf das Beispiel 120 das Eingangssignal S im Band 1– befindet, dann befinden sich die resultierenden drei Idlerbänder I1, I2 und I3 jeweils in den Bändern 1+, 2– und 2+. Wenn das Eingangssignal S sich in Band 1– befindet, kann somit ein nicht-konjugiertes Ausgangssignal 113 unter Verwendung von Idler I2 im Band 2– bzw. das konjugierte Ausgangssignal kann unter Verwendung von Idler I1 oder Idler I3 in den Bändern 1+ bzw. 2+ erhalten werden.
Unter idealen Bedingungen, wie durch Beispiele 110 und 120 von 1 gezeigt, sind die Idlerspektren I1, I2, I3 gespiegelte oder parallelverschobene Kopien des Signalspektrum S. In der Praxis jedoch verbreitert die Pumpphasenmodulation, die zum Erhöhen des Brillouin-Schwellwerts erforderlich ist, notwendigerweise die Idler-Spektren. Eine asynchrone Pumpphasenmodulation führt zu einer übermäßigen spektralen Verbreiterung aller drei Idler-Wellen. Es wurde in dem US-Patent 5,386,314 gezeigt, daß gegenphasige Pumpmodulation verwendet werden kann, um eine unbeeinträchtigte Idler-Welle zu erzeugen: Das Innenbandsignal erzeugt einen unbeeinträchtigten Innenband-Idler, wohingegen das Außenbandsignal einen unbeeinträchtigten Außenbandidler erzeugt. Gleichphasige Pumpmodulation wurde in dem bereits angeführten Artikel von Radic et al. verwendet, um eine unbeeinträchtigte Idler-Erzeugung in dem äußeren (inneren) Band zu demonstrieren, wenn das Signal das innere (äußere) Band belegt.
In 2 ist eine Darstellung der in dem bereits erwähnten Artikel von Radic et al. beschriebenen verallgemeinerten Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt, die sowohl eine gleichphasige als auch eine gegenphasige Pumpmodulation gestattet. Wie gezeigt ist ein Eingangssignalband 201 zusammen mit dem kombinierten phasenmodulierten Pumpsignal 202 von der Phasenmodulationsschaltung 203 über Koppler C1 zur Parametervorrichtung 250 gekoppelt. Die Parametervorrichtung 250 enthält einen Koppler C1, einen aus einer hoch-nichtlinearen Faser (HNLF) ausgebildeten Parameterverstärker, einen Bandsplitterkoppler C2 und ein fakultatives wellenlängenselektives Filter F. Das Signal von der HNLF wird vom Koppler C2 in ein Ausgangssignal 204 (das fakultativ vom Filter F gefiltert wird) und ein Überwachungssignal 205 aufgeteilt. Das Steuersignal FS wird verwendet, um das Filter F zu steuern, um das gewünschte Wellenlängenband (1–, 1+, 2– oder 2+) des Ausgangssignals OUT 204 zu wählen.
Die Phasenmodulationsschaltung 203 enthält zwei phasenmodulierte Quellen 210 und 220 mit fast identischen Antworten, deren Ausgangssignale im Koppler C_p 230 verknüpft werden und zu den gegenphasigen modulierten Pumpsignalen 202 werden. Die phasenmodulierte Quelle 210 enthält ein Pumpsignal λ₁, das über einen Polarisationscontroller PC₁ an einen Phasenmodulator PM1 gekoppelt ist, der von einer Wellenform D₁ moduliert wird. Das Ausgangssignal des Phasenmodulators PM1 wird in einer Verzögerungsschaltung τ₁ verzögert und über den Polarisationscontroller PC₂ an den Koppler 230 gekoppelt. Die phasenmodulierte Quelle 220 ist ähnlich dem Phasenmodulator 210 und enthält ein Pumpsignal λ₂, das über einen Polarisationscontroller PC₂ an einen Phasenmodulator PM₂ gekoppelt ist, der von einer Wellenform D₂ moduliert wird. Im Idealfall ist der Phasenmodulator PM₂ identisch mit PM₁. Man beachte, daß die Polarisation der Pumpen λ₁ und λ₂ orthogonal gehalten wird.
Die Wellenform D₂ ist entweder eine identische oder komplementäre Wellenform zur Wellenform D₁. Das Ausgangssignal des Phasenmodulators PM₂ wird in der Verzögerungsschaltung τ₂ verzögert und über den Polarisationscontroller PC₄ an den Koppler 230 gekoppelt. Die Zweipumpenparametervorrichtung von 2 gestattet somit eine willkürliche, unbeeinträchtigte Idler-Erzeugung unter Verwendung von zwei Phasenmodulatoren 210 und 220, die entweder durch identische oder komplementäre Wellenformen D₁ und D₂ angesteuert werden. Die Verzögerungsschaltungen τ₁ und τ₂ werden justiert, um die Operation der Phasenmodulatoren 210 und 220 zu synchronisieren.
Unerwünschterweise erfordert die synchronisierte Pumpenmodulationstechnik von 2 eine präzise Wegabgleichung, und die beiden Phasenmodulatoren in 210 und 220 sollten fast identische Antworten aufweisen. Letztere Anforderung kann prinzipiell für eine gleichphasige Operation umgangen werden, indem nur unter Verwendung eines Phasenmodulators gepumpt wird; eine chromatische Dispersion in verschiedenen Komponenten kann jedoch einen präzise gleichphasigen Betrieb verhindern. Unglücklicherweise erfordert der gegenphasige Betrieb immer noch zwei separate Modulatoreinrichtungen mit fast identischen Antworten.
In 3 veranschaulicht unsere neuartige Mehrpumpen-Parametervorrichtung (einschließlich unserer neuartigen Zwei-Pumpen-Phasenmodulatorvorrichtung), die eine unter Verwendung eines einzelnen Phasenmodulators implementierte Verzögerung-und-Anpassung-Pumpenphasenmodulationstechnik verwendet. Da nur ein Phasenmodulator verwendet wird, werden die Phasenverzerrungseffekte, die von einer Phasenmodulation resultieren, mit der der SBS-Schwellwert angehoben wird, leichter eliminiert durch Verwendung der gleichen Modulation, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen, an den beiden Pumpsignalen λ₁ und λ₂. Wie gezeigt enthält die Zwei-Pumpen-Phasenmodulatorvorrichtung eine phasenmodulierte Quelle 340, eine Verzögerung-und-Anpassungseinheit 330 und eine Parametervorrichtung (Verstärker) 250. Die Verwendung eines einzelnen Phasenmodulators 302 überwindet die präzise Wegabgleichung, die von der in 2 gezeigten Anordnung nach dem Stand der Technik benötigt wird, die einen separaten Phasenmodulator sowohl für gleichphasige als auch gegenphasige Pumpmodulation erforderte. Sie eliminiert auch die Anforderung, zwei Phasenmodulatoren mit fast identischen Antworten zu haben. Wie gezeigt, werden zwei Pumpsignale λ₁ und λ₂ über Polarisationscontroller PC₁ und PC₂ gekoppelt und in einem Combinerkoppler (C_p1) 301 gekoppelt. Es sei angemerkt, daß eine polarisationserhaltende Faser für die Polarisationscontroller PC₁ und PC₂ substituiert werden kann. Zudem erfordert der Betrieb unserer neuartigen Multipumpenparametervorrichtung (einschließlich unserer neuartigen Zwei-Pumpen- Phasenmodulatorvorrichtung) keine zwei Pumpsignale, z.B. λ₁ und λ₂, die orthogonal polarisiert sind. Sie können gleich polarisiert sein oder eine gewisse andere Polarisationsbeziehung wie etwa eine zufällige aufweisen.
Das kombinierte Pumpsignal wird von einem Phasenmodulator (PM) 302 moduliert, der unter Verwendung einer periodischen elektrischen Wellenform D1D2 angesteuert wird, entsprechend einem vorbestimmten Phasenmuster, das beiden Pumpsignalen (λ₁ und λ₂) aufgeprägt werden soll. Als Veranschaulichung wird ein BERT (bit error rate test set) 310 verwendet, um die vorbestimmten Phasenmuster D1 und D2 zu erzeugen, bei denen es sich um pseudozufällige Bitsequenzen (PRBSs) handeln kann. Der BERT 310 kann auf wohlbekannte Weise unter Verwendung von Schieberegistern implementiert werden. Ein derartiger BERT ist in verschiedenen 2^N-1 Bitgrößen erhältlich, wobei N 7, 10, 15, 23, usw. beträgt. Da ein Verzögerungselement 306 in der Regel unter Verwendung einer Faserlänge implementiert wird, wird N ausgewählt durch Bestimmen der praktischen Länge der Faser, die benötigt wird, um das Verzögerungselement 306 zu implementieren, wobei auch die gewünschten spektralen Charakteristiken der modulierten Pumpsignale berück sichtigt werden. Es sei angemerkt, daß, wenngleich unsere Zwei-Pumpen-Phasen-Konjugator-Vorrichtung bevorzugt vorbestimmte Phasenmuster D1 und D2 verwendet, die ein digitales PRBS-Signal verwenden, in anderen Ausführungsformen digitale Nicht-PRBS-Signale oder analoge Signale verwendet werden können.
Die periodischen elektrischen Wellenformteilmuster (D1, D2) weisen identische Dauern auf (τ_D1 = τ_D2 = τ_D1D2/2). Die modulierte Pumpsignalausgabe des Phasenmodulators 302 wird vom einem bandteilenden Element (C_P2) 303, in ein modulierte λ₁-Signal und ein moduliertes λ₂-Signal demultiplexiert.
Das modulierte λ₁-Signal wird durch den Polarisationscontroller PC_3A 305 geschickt, der dazu verwendet werden kann, eine gewünschte Polarisationsbeziehung zwischen den modulierten λ₁- und λ₂-Signalen zu erzielen. Das modulierte λ₂-Signal wird durch ein Verzögerungselement 306 geschickt, das das Signal um die Zeit τ verzögert. Wie in einem späteren Absatz erörtert wird, wird das τ-Verzögerungselement 306 so gewählt, daß es der Dauer des Modulationsteilmusters entspricht: τ = τ_D1 = τ_D2 = τ_D1D2/2. Das τ-Verzögerungselement 306 kann unter Verwendung einer Länge einer Einmodenfaser SMF (Single Mode Fiber) implementiert werden.
Die verzögerten modulierten λ₁- und λ₂-Pumpsignale werden zu einem modulierten Mehrpumpensignal von einem Combinerkoppler (C_p3) 307 kombiniert, und zwar vor der Einfügung in den Verstärker 308, der das kombinierte Signal verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 308 ist an die Parametervorrichtung 250 gekoppelt. Wie bereits in 2 erörtert, enthält die Parametervorrichtung 250 in der Regel eine hoch-nichtlineare Faser (HNLF), kann aber auch unter Verwendung eines beliebigen nichtlinearen optischen Elements implementiert werden. Die Parametervorrichtung 250 empfängt auch ein Eingangssignal S zusammen mit den kombinierten modulierten λ₁- und λ₂-Pumpsignalen und erzeugt das Ausgangssignal OUT. Wenn das Eingangssignal S an die Parametervorrichtung 250 angelegt wird, wenn keine der Pumpen λ₁ und λ₂ vorliegt, wird das Ausgangssignal OUT eine gedämpfte Version 102 des Eingangssignals S ohne Idler I1–I3 sein (wie in 100 in 1 gezeigt). Wenn jedoch unter Bezugnahme auf 1 beide der Pumpen λ₁ und λ₂ vorliegen, 110, und das Eingangssignal S an die Parametervorrichtung 250 angelegt wird, kann ihr Ausgangsfilter F verwendet werden, um das Wellenlängenband des Ausgangssignals OUT so auszuwählen, daß es eine verstärkte Version 112 des Eingangssignal S oder ein beliebiger der veranschaulichend als 114, 113 und 111 gezeigten Idler I1–I3 ist. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 erörtert, hängt die Auswahl eines bestimmten Ausgangssignals OUT aus den Wellenlängenbändern (1–, 1+, 2–, 2+) davon ab, ob das Ausgangssignal OUT eine gespiegelte oder parallelverschobene Version des Eingangssignalspektrums S sein soll. In diesem Beispiel ist das ausgewählte Ausgangssignal OUT von der Parametervorrichtung 250 eines, das SBS eliminiert hat, ohne die Idlersignale I1–I3 zu verschlechtern.
Das in 3 verwendete gleichphasige oder gegenphasige Pumpverfahren wird realisiert unter Verwendung einer einfachen Musterwahl: D1 = D2 (gleiche Phaseneinstellung) wie durch 312 gezeigt oder D1 = D2 (entgegengesetzte Phaseneinstellung) wie durch 311 gezeigt. Als Veranschaulichung kann das Modulationsteilmuster eine PRBS-Sequenz sein, die zu Wörtern D1 und D2 einer vorbestimmten Anzahl von Bits ausgebildet ist. Das D1-Wort ist eine PRBS-Sequenz, und das D2-Wort ist eine komplementäre PRBS-Sequenz. Die Sequenz abwechselnder Wörter D1 und D2 (311 bei D1 = D2 und 312 bei D1 = D2) werden in den Phasenmodulator 302 eingegeben.
Die τ-optische Verzögerung 306, wird in das modulierte λ₂-Pumpssignal eingeführt, nachdem es von Element C_P2 303 demultiplexiert ist, ist idealerweise genau die Länge der Zeit der D1- oder D2-Sequenz (auch als die Modulationsperiode bezeichnet). Somit ist die τ-Verzögerung von Element 306 die Flug- oder Ausbreitungszeit (nL/c), die der Länge L der Fasersektion entspricht, die verwendet wird, um die τ-Verzögerung zu implementieren, und ist idealerweise gleich der Dauer des Modulationsteilmusters (τ_D1 = τ_D2). Hier ist c/n die Gruppengeschwindigkeit in der Faser von Signalen mit Wellenlänge λ₂. Die gleich- und gegenphasige Pumpmodulation entspricht komplementären (D1 = D2 ) und verketteten (D1 = D2) Wellenformen. Insbesondere verwenden beide Verfahren ein von dem Mustergenerator erzeugtes 2^N-1 Bit langes PRBS-Wort: das komplementäre Verfahren wiederholt das PRBS-Wort und sein Komplement, wohingegen das verkettete Verfahren einfach das PRBS-Wort wiederholt. Die physische Länge L der Faserverzögerung (τ) wird von der Dauer des PRBS-Wortes bestimmt: L = (2N-1)xc/nf,wobei N die PRBS-Ordnung ist, c/n die Gruppengeschwindigkeit der verzögerten Pumpe (λ₂) und f die Phasenmodulationsfrequenz ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, anstatt die Länge der Faser präzise zu justieren, die in der τ-optischen Verzögerung 306 zum Anpassen der Musterlänge und Pumpengruppengeschwindigkeit verwendet wird, die erforderliche optische Verzögerung 306 mit einer Genauigkeit von weniger als etwa 1 cm (äquivalent einer Verzögerung von etwa 50 ps) justiert oder voreingestellt. Die präzise Verzögerung wird dann erreicht durch Abstimmen (oder justieren) der Phasenmodulationsfrequenz f (Bitrate) des BERT-Mustergenerators 310. Diese Prozedur gestattet, daß ein großer Längenfehler (~cm) bei der Länge der für die τ- optische Verzögerung 306 verwendeten Faser durch eine kleine Frequenzverstimmung selbst für eine kurze PRBS-Länge (N = 7) kompensiert wird: eine 10-GHz-Pumpenmodulation erfordert eine Justierung von etwa +/– 40 MHz für jeden Zentimeter der Faserverzögerungsfehlanpassung. Noch wichtiger erfordert dieses Verfahren kein präzises Wissen über die verzögerte Pumpengruppengeschwindigkeit.
Wenn ein gegenphasiges Pumpverfahren verwendet wird (d.h. D1 = D2 ), wird die τ-optische Verzögerung 306 gesetzt (und der BERT-Mustergenerator 310 kann, falls verwendet, justiert werden), um zu bewirken, daß das D2-modulierte λ₁-Signal zur gleichen Zeit an Combiner 307 wie das D1-modulierte λ₂-Signal ankommt. Somit ist die Modulation des λ₁-Signals das Komplement der Modulation des λ₂-Signals. Das Nettoergebnis ist, daß die beiden modulierten λ₁- und λ₂-Pumpsignale genau in Gegenphase in den Parameterverstärker 309 eintreten (d.h., wenn λ₁ mit D1 moduliert wird, wird λ₂ mit D2 moduliert, und umgekehrt), und weil die modulierten λ₁- und λ₂-Pumpsignale beide mit der gleichen Modulator-/Ansteuerelektronik 302 moduliert wurden, gibt es keine Fehlanpassung zwischen dem modulierten λ₁- und λ₂-Pumpsignal aufgrund verschiedener Frequenzantworten von elektronischen/elektrooptischen Elementen der Vorrichtung von 3. Wegen der komplementären Modulation der λ₁- und λ₂-Pumpsignale (d.h. D1 = D2 ) besteht das Ergebnis darin, daß bei Erhöhung der Phase der modulierten λ₁-Pumpe die Phase der anderen modulierten λ₂-Pumpe abnimmt und umgekehrt, wodurch eine konstante mittlere optische Pumpfrequenz aufrechterhalten wird, ein Zustand, der Idler-Verbreiterung eliminiert. Folglich ist der Effekt von SBS auf das Ausgangssignal OUT eliminiert oder reduziert, und es gibt keine Verschlechterung bei den Idler-Signalen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung so beschrieben worden ist, daß sie ein digitales Signalmuster D1, D2 zur Modulation der Pumpsignale verwendet, versteht sich, daß ein analoges Signal als das Modulationssignal verwendet werden kann. Ein derartiges analoges Modulationssignal, das vier Frequenzen enthält, ist beschrieben worden in einem Artikel mit dem Titel "529 km unrepeatered transmission at 2.488 GBit/s using dispersion compensation, forward error correction, and remote post- and pre-amplifiers pumped by diode-pumped Raman lasers", von P.B. Hansen, L. Eskilden, S.G. Grubb, A.M. Vengsarkar, S.K. Korotky, T.A. Strasser, J.E.J. Alphonsus, J.J. Veselka, D.J. DiGiovanni, D.W. Peckham, E.C. Beck, D. Truxal, W.V. Cheung, S.G. Kosinski, D. Gasger, P.F. Wysocki, V.L. da Silva, J.B. Simpson, Electronics Letters, Band 31, Ausgabe 17, 17. August 1995, Seiten 1460–1461. Bei einer Ausführungsform sind diese Frequenzen um einen groben Faktor von drei beabstandet, beispielsweise 50 MHz, 150 MHz, 450 MHz und 1350 MHz, und ihre Amplitude ist so justiert, daß die optische Leistung hinter dem Phasenmodulator in jedem der beiden optischen Phasenmodulationsseitenbänder dem Träger am nächsten gleich der Leistung in dem Träger ist. Bei einer Ausführungsform könnten die exakten Frequenzen so gewählt sein, daß man gegebenenfalls eine gegenphasige Pumpmodulation oder eine gleichphasige Pumpmodulation erhält.
Die Eliminierung der Idler-Verbreitung hängt von der Ausrichtung der Pumpmodulationen an einem Punkt innerhalb des Parameterverstärkers ab, in der Regel bei dem HNLF. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Ausrichtung davon differieren, daß die Pumpmodulationen bei dem Combinerkoppler (D_P3) 307 ausgerichtet sind, wie in vorausgegangenen Absätzen erörtert. Eine derartige Differenz kann aus dem Vorliegen einer chromatischen Dispersion entstehen, insbesondere wenn die Pumpen verstärkt werden, oder aus einem zusätzlichen Aufteilen der Wege der Pumpen. Wenn eine derartige Differenz vorliegt, kann eine Pumpmodulation an jedem gewünschten Punkt durch geeignete Wahl der Länge der in der τ-optischen Verzögerung 306 verwendeten Faser und der Phasenmodulationsfrequenz f (Bitrate) des BERT-Mustergenerators 310 ausgerichtet werden.
Das Verändern einer Pumpwellenlänge verschiebt jedoch den Punkt, an dem die Pumpmodulationen ausgerichtet sind. Bewirkt wird dies durch eine chromatische Dispersion zwischen diesem Punkt und dem Phasenmodulator 302. Wenn beispielsweise die Vorrichtung 50 Meter einer standardmäßigen Einmodenfaser mit einer chromatischen Dispersion von 16 ps/nm enthält, ändert sich die Pumpmodulationsausrichtung um 0,8 ps für jeden Nanometer an Änderung in der Wellenlänge einer der Pumpen λ₁ oder λ₂. Diese Dispersion verursacht auch eine Verzerrung in der den Pumpen auferlegten Phasenmodulation. Beide Probleme können durch Dispersionskompensation gemildert werden. Die Dispersionskompensation wird am zweckmäßigsten von einer dispersionskompensierenden Faser bereitgestellt, doch sind andere Mittel zum Kompensieren einer Dispersion wohlbekannt. Um eine durch chromatische Dispersion verursachte Verzerrung vollständig zu eliminieren, sollte jede Pumpe kompensiert werden, damit man eine Nettodispersion von Null zwischen dem Modulator und dem gewünschten Ausrichtungspunkt erhält. Dies kann durch separates Kompensieren jeder Pumpe in den Wegen zwischen dem bandteilenden Element 303 und dem Combinerkoppler 307 bewerkstelligt werden, wo sie von den anderen Pumpen demultiplexiert wird. Es wird im allgemeinen wirtschaftlicher sein, den größten Teil der Dispersionskompensation an Stellen wie etwa zwischen Combiner 307 und Verstärker 308 bereitzustellen, wo die Pumpen kombiniert werden. Wenn diese Kompensation nicht ausreicht, können kleine zusätzliche Justierungen an der Kompensation separat für jede Pumpe in den Wegen zwischen dem bandteilenden Element 303 und dem Combinerkoppler 307 oder anderen Wegen, wo die Pumpen demultiplexiert werden, erfolgen. Bei sehr kurzen Pumpmodulationsmusterlängen kann die Differentialverzögerung selbst durch Dispersionskompensation bereitgestellt werden, wodurch die Notwendigkeit für separates Demultiplexieren und Remultiplexieren der Pumpen entfällt.
4 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines separaten Verstärkers für jedes Pumpsignal. Somit ersetzen für die Zwei-Pumpsignal-Anordnung zwei Verstärker 401 und 402 den in 3 verwendeten einen gemeinsamen Verstärker 308. Eine Zwei-Verstärker-Anordnung ist wünschenswert, wenn kein einzelner Verstärker beide Pumpfrequenzen abdecken kann oder wenn ein Verstärker unzureichende optische Leistung liefert. Die Gesamtpumpleistung kann doppelt so groß sein, wenn zwei Verstärker verwendet werden, wenn der Combiner 307 frequenzselektiv ist.
Der Verstärker 401 verstärkt das modulierte λ₁-Pumpsignal, und der Verstärker 402 verstärkt das modulierte λ₂-Pumpsignal. Bei dieser Anordnung ist die Verzögerung 306 so eingestellt, daß Differentialverzögerungen wie die relative Pumpphaseneinstellung (zwischen λ₁ und λ₂), verursacht durch das verwendete Phasenmodulationsmuster, faserchromatische Dispersion und Weglängendifferenzen in Sektion 430 korrigiert werden (einschließlich Verzögerungsdifferenzen zwischen Verstärkern 401 und 402). In 4 ist der Ausgang des Combiners 307 an die Parametervorrichtung 250 gekoppelt.
Wie für 3 beschrieben wurde, ist das Verzögerungselement 306 so eingestellt, daß es der Dauer des Modulationsteilmusters τ= τ_D1 = τ_D2 = τ_D1D2/2 oder einem ungradzahligen ganzzahligen Vielfachen davon an einem gewissen Punkt in der Vorrichtung entspricht, oftmals an einem Punkt innerhalb des parametrischen Verstärkers wie etwa dem Eingang zu HNLF. 4 kann auch durch eine einfache Wahl des Musters entweder für ein gleichphasiges oder gegenphasiges Pumpverfahren verwendet werden: D1 = D2 (Gleichphaseneinstellung) wie durch 312 gezeigt, oder D1 = D2 (Gegenphaseneinstellung) wie durch 311 gezeigt.
5 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des Multipumpenphasenkonjugators, der ein Dispersionskompensationsmodul (DCM) 501 verwendet. In 5 wird die chromatische Dispersion durch Verwendung eines DCM 501 korrigiert, der unter Verwendung einer dispersionskompensierenden Faser implementiert sein kann. Ein derartiger Phasenkonjugator kann verwendet werden, um einige oder alle der Effekte der chromatischen Dispersion und/oder optischer nichtlinearer Effekte in dem Multipumpenphasenkonjugator umzukehren. Der DCM 501 würde alle die in 330 von 3 gezeigten Elemente zusätzlich zu einer Spule dispersionskompensierender Faser enthalten, die in beiden der Wegen verwendet wird, die die Wellenlängen λ₁ und λ₂ zurücklegen. Somit wird in 3 und 4 die DCM-501-Fähigkeit bereitgestellt durch Hinzufügen einer dispersionskompensierenden Faser an einer oder mehreren Stellen wie etwa in dem Weg zwischen PM 302 und Splitter 303, in jedem Weg von Splitter C 303, in jedem Weg zu Verstärkern 308, 401 und 402 oder in dem Weg vom Combiner 307. Man beachte, daß der DCM 501 verwendet werden kann, um Änderungen an den Pumpwellenlängen λ₁ und λ₂ zu gestatten. Insbesondere kann der DCM 501 den Ausführungsformen von 3 und 4 hinzugefügt werden, so daß die erforderliche Verzögerung nicht durch gleiche und entgegengesetzte Änderungen bei den Pumpwellenlängen beeinflußt wird. Gleiche und entgegengesetzte Änderungen bei Pumpwellenlängen sind fast genau das, was benötigt wird, um die Pumpwellenlängen λ₁ und λ₂ abzustimmen, wenn die Parametervorrichtung 309 aus einer Faser besteht. Der Fachmann versteht, daß der DCM 501 ausgelegt werden kann, die Phaseneinstellung zu korrigieren, wenn die Pumpenabstimmung Änderungen bei den Pumpwellenlängen λ₁ und λ₂ erfordert, die nicht genau gleich und entgegengesetzt sind. Es versteht sich außerdem, daß die Faser, die die tatsächliche Dispersionskompensation für den DCM 501 liefert, irgendwo zwischen Modulator 302 und Parametervorrichtung 308 plaziert werden kann.
6 veranschaulicht eine verallgemeinerte Ausführungsform der Multipumpenmodulationsvorrichtung 600, die sich zum Erläutern weiterer Arbeitsfunktionen eignet, die von der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Wie gezeigt enthält die Zwei-Pumpen-Modulationsvorrichtung 600 eine einzelne Phasenmodulatoreinheit 340, eine dispersionskompensierende Einheit 601 und einen Intensitäts- oder Amplitudenmodulator 602. Durch die Hinzufügung der Parametervorrichtung 250 zu der Zwei-Pumpen-Modulationsvorrichtung 600 entsteht eine Zwei-Pumpen-Parametervorrichtung. Die einzelne Phasenmodulatoreinheit 340 und die Parametervorrichtung 250 arbeiten auf die zuvor erörterte Weise. Die dispersionskompensierende Einheit 601 kann unter Verwendung der zuvor erörterten Vorrichtungen 330, 430 und 501 implementiert werden.
Die in 6 gezeigte Zwei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung kann als ein Schalter verwendet werden, in dem Pumpamplitudensteuerschaltungen zum Ein- oder Ausschalten (z.B. über Schalter 621 und 622) der Pumpen P₁ und P₂ oder alternativ durch Ein- oder Ausschalten des Pumpintensitätsmodulationssignals 612 verwendet werden. Mit dem Steuersignal FS des wellenlängenselektiven Filters F wird dann das Ausgangsband (1–, 1+, 2– oder 2+) des Ausgangssignals OUT gewählt. Wenn beide Pumpen P1 und P2 ausgeschaltet sind und das Ausgangsband wie in 100 gezeigt auf das gleiche Wellenlängenband wie das Eingangssignalband gesetzt ist, dann ist die Ausgabe OUT ein gedämpftes oder Resteingangssignal 102 von 1. Wenn jedoch, wie in 100 gezeigt, beide Pumpen P1 und P2 ausgeschaltet sind und das Ausgangsband auf ein anderes Wellenlängenband als das Eingangssignalband gesetzt ist, würde das Ausgangssignal OUT Null sein. Wenn beide Pumpen P1 und P2 eingeschaltet sind und das Ausgangsband auf das gleiche Wellenlängenband wie das Eingangssignalband gesetzt ist, wie in 101 gezeigt, dann ist die Ausgabe OUT das verstärkte Eingangssignal 112 von 1. Und wenn beide Pumpen P1 und P2 eingeschaltet sind und das Ausgangsband auf ein anderes Wellenlängenband als das Eingangssignalband gesetzt ist, dann ist die Ausgabe OUT eine verstärkte und wellenlängenverschobene Kopie des Eingangssignals 112 (z.B. 111) oder eine wellenlängenverschobene konjugierte Version (z.B. 114 oder 113).
Die in 6 gezeigte Zwei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung 600 kann auch als eine Probenentnehmerschaltung verwendet werden, wenn beide Pumpen P1 und P2 eingeschaltet sind. In einer derartigen Anordnung ist der Koppler C2 der Parametervorrichtung 250 in 2 ein Bandsplitter, mit dem ein Signalband zur Verwendung als das Abtastsignal (Monitorsignal) verwendet wird. Das Monitorsignal ist eine wellenlängenverschobene Kopie des Ausgangssignals OUT. Das Abtast- oder Monitorsignal kann so ausgewählt sein, daß es eine nicht-konjugierte Version oder eine konjugierte Version des Ausgangssignals OUT ist, und zwar je nach dem gewählten Wellenlängenband. In jedem Fall liefert das Monitorsignal einen Abtastwert des die Parametervorrichtung 250 durchlaufenden Signals.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zwei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung 600 auch als Zubringersignalextrahierer verwendet werden, wenn beide Pumpen P1 und P2 eingeschaltet sind. Der Zubringersignalextrahierer wird verwendet, um jedes n-te Bit eines binären Eingangssignals S als das Ausgangssignal OUT zu extrahieren. Der Zubringersignalextrahierer enthält einen Pumpintensitätsmodulator 602, der mit dem Pumpintensitätsmodulationssignal 612 die Intensität des kombinierten modulierten Zwei-Pumpensignals von der dispersionskompensierenden Einheit 601 moduliert. Die Bitprobenentnehmerschaltung 611 wird zum Abtasten des Eingangssignals S zum Wiederherstellen des Takts des Eingangssignals S verwendet, um ein Pumpintensitätsmodulationssignal 612 mit einem Impuls alle n Bit zu erzeugen. Die Bitprobenentnehmerschaltung 611 wird vom Steuersignal 613 gesteuert, um auszuwählen, welches Bit von dem Zubringersignalextrahierer extrahiert werden soll. Die Bitprobenentnehmerschaltung 611 kann als eine optoelektronische Schaltung implementiert sein. Bei diesem Zubringersignalextrahierer kann gegebenenfalls der Koppler C2 verwendet werden, um das extrahierte Ausgangssignal OUT als ein Monitorsignal abzutasten.
Wenn als Veranschaulichung n = 4, wird das Pumpintensitätsmodulationssignal 612 bei jedem vierten Bit des Eingangssignals S eingeschaltet, wie in 7 gezeigt. Das Pumpintensitätsmodulationssignal 612 ermöglicht, daß die Parametervorrichtung 250 die Pumpen P1 und P2 verwendet, um jedes vierte Bit des Eingangssignals S, das das Ausgangssignal OUT wird, zu verstärken. Wieder wird das Band des Ausgangssignals OUT von Filter F ausgewählt. Man beachte, daß, wenn das Eingangssignal S eine Vielzahl von Eingangssignalwellenlängen f1–f9 enthält (wie durch 112 in 1 gezeigt), sie die gleiche Taktphase aufweisen müssen, um eine gleichzeitige Zubringersignalextrahierung aller Wellenlängen zu ermöglichen, beispielsweise f1–f9.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die in 6 gezeigte Zwei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung auch als ein Regenerator verwendet werden. Ein Regenerator verwendet im allgemeinen eine einzelne Wellenlänge (z.B. f9 von 112 in 1) als das Eingangssignal S. Das Ausgangssignal OUT des Regenerators weist zusätzliche Wellenlängen 801 und 802 auf, die in 1 nicht gezeigt sind. Zusätzliche Wellenlängen können aus einem Mischen höherer Ordnung entstehen, beispielsweise im quadrierten Signal und einer Pumpe. Ein beispielhaftes Ausgangssignal-OUT-Spektrum ist in 8 gezeigt, wo nur die Bänder 1+ und 2– gezeigt sind. Der Ausgangsfilter F ist so abgestimmt, daß er die für die Regeneration nützlichen Signale durchläßt, wie etwa f2+ oder f3+. Man beachte, daß die Amplitude von f2+ hoch genug liegen muß, damit man ein gutes Signal-Rauschverhältnis erhält, so daß das Ausgangssignalspektrum eine Regeneration des Spektrums des Eingangssignals S ist. Die ideale Transferfunktion des Ausgangssignalspektrums gegenüber dem Eingangssignalspektrum ist eine Treppenstufe in der Mitte zwischen einer Null und einer Eins. In diesem Fall ist das Ausgangssignal Null für Eingaben zwischen 0 und 1/2, und das Ausgangssignal ist 1 für Eingangsleistungen über 1/2.
Drei-Pumpen-Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 3-6 werden die Verwendung des dritten Pumpsignals P₃ (λ₃) und der für die Drei-Pumpen-Ausführungsform erforderlichen zusätzlichen Schaltungen erörtert. Man beachte, daß die Ausgabewellenformen der verschiedenen Verstärkungsbänder für die Drei-Pumpen-Ausführungsform in 1 nicht dargestellt worden ist, da das Ausgangsspektrum komplizierter ist als das in 1 gezeigte. Durch den Einsatz von mehr als zwei Pumpen kann man zusätzliche Flexibilität bei der Wahl einer Ausgangsfrequenz für eine gegebene Eingangssignalfrequenz erhalten. Beispielsweise werden unter Bezugnahme auf 1 P1 und P2, die auf Signal S in 110 wirken, I3 erzeugen. Mit einer geeigneten Dispersionskurve in der in 2 gezeigten HNLF und geeigneten Polarisierungen könnte eine auf I3 wirkende gleichzeitige dritte Pumpe P3 ein Konjugat zu dem Idler I3 bei einer Frequenz außerhalb des in 1 gezeigten Bereichs erzeugen. Um eine übermäßige Verbreiterung des resultierenden Konjugats zu vermeiden, muß die Phasenmodulation von P1, P2 und P3 geeignet gewählt werden, in diesem Fall sollte die Modulation von P3 und P2 gleichphasig sein und die von P1 sollte gegenphasig zu ihnen sein. Unter Bezugnahme auf 3 enthält die Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung eine einzelne Phasenmodulatoreinheit 340 (mit dem zusätzlichen dritten Pumpsignal P₃ (λ₃), Polarisationscontroller PC₃ und einer Verzögerung-und-Anpassung-Einheit 330 (mit der zusätzlichen Schaltung 321). Es sei angemerkt, daß bei drei Wellenlängen λ₁-λ₃ und nur zwei Phasenzuständen (Gleich- und Gegenphase) immer mindestens zwei Wellenlängen gleich- oder gegenphasig sein müssen. Natürlich können alle drei Wellenlängen gleichphasig sein. Die zusätzliche Schaltung 321 kann eine Verzögerung enthalten, die der von PC₃ entspricht, wenn λ₁ und λ₃ gleichphasige Signale und λ₂ ein gegenphasiges Signal sein sollen. Somit ist der Betrieb der Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung für Wellenlänge λ₃ der gleiche wie der zuvor für Wellenlänge λ₁ beschriebene.
Alternativ kann es sich bei der zusätzlichen Schaltung 321 um eine Schaltung mit einer Verzögerung gleich τ handeln, wenn λ₃ und λ₂ die gleichphasigen Signale sein sollen und λ₁ ein gegenphasiges Signal sein soll. In diesem Fall wird der Betrieb der Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung für λ₃ der gleiche sein wie der zuvor für λ₂ beschriebene. Man beachte, daß, wenn λ₁ und λ₂ gleichphasig sind, der Bandsplitterkoppler CP₂ veranlaßt werden kann, sowohl λ₁ als auch λ₂ von λ₃ abzuteilen, so daß sowohl λ₁ als auch λ₂ von der gleichen Schaltung von 320 verarbeitet würden, die zuvor nur λ₁ verarbeitete. Auf diese Weise würden die zusätzlichen separaten λ₂-Schaltungen 321 nicht hinzugefügt werden müssen. Wenn analog λ₃ und λ₂ gleichphasig sind, kann der Bandsplitterkoppler CP₂ veranlaßt werden, sowohl λ₂ als auch λ₃ von λ₁ abzuteilen, so daß sowohl λ₂ als auch λ₃ von der Schaltung 306 von 320 verarbeitet würde, die zuvor nur λ₂ verarbeitete. In jedem dieser beiden Fälle würden die zusätzlichen separaten λ₃-Schaltungen 321 nicht hinzugefügt werden müssen.
Die in 4 gezeigte Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung ist im Grunde gleich der in 3 gezeigten Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung, außer daß Einheit 430 Einheit 330 ersetzt. In Einheit 430 von 4 weist der Wellenlängen-λ3-Weg auch einen Verstärker 403 auf, der auf die gleiche Weise wie die Verstärker 401 und 402 verstärkt. Wieder arbeitet die Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 4 im wesentlichen auf die gleiche Weise für λ₃ wie die oben für die Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 3 mit einer Wellenlänge λ₃ beschriebene. Somit hängt der Betrieb davon ab, ob λ₃ gleichphasig oder gegenphasig zu λ₁ bzw. λ₂ ist.
Die in 5 gezeigte Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung enthält auch das zusätzliche dritte Pumpsignal P₃ (λ₃) und Polyrisationscontroller PC₃. Der DCM 501 würde nun alle die in 330 von 3 gezeigten Elemente enthalten, wobei Dispersionskompensation in allen der Wege eingesetzt wird, entlang derer sich die Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ ausbreiten. Wieder ist der Betrieb der Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 5 mit einer Wellenlänge λ₃ im wesentlichen der gleiche wie der oben für die Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 3 mit einer Wellenlänge λ₃ beschriebene. Somit hängt der Betrieb davon ab, ob λ₃ gleichphasig oder gegenphasig zu λ₁ bzw. λ₂ ist.
Die in 6 gezeigte verallgemeinerte Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung enthält auch das zusätzliche dritte Pumpsignal P₃ (λ₃) und Polarisationscontroller PC₃. Wieder ist der Betrieb der Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 6 mit einer Wellenlänge λ₃ im wesentlichen der gleiche wie der oben für die Drei-Pumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung von 3 mit einer Wellenlänge λ₃ beschriebene.
Wenngleich die vorliegende Multipumpen-Phasenkonjugatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung so erörtert worden ist, daß zwei oder drei Wellenlängen verwendet werden, versteht sich, daß sie drei oder mehr Wellenlängen verwenden kann. Was beschrieben worden ist, ist somit für die vorliegende Erfindung veranschaulichend. Dem Fachmann ergeben sich verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung.

Claims

Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung (340), umfassend: Mittel zum Empfangen (301) von mehreren Pumpsignalen (λ₁, λ₂, λ₃) optischer Wellenlänge; einen Einphasenmodulator (302) zum Phasenmodulieren der mehreren Pumpsignale zum Ausbilden von phasenmodulierten mehreren Pumpsignalen unter Verwendung eines Modulationssignals (311, 312) mit einer Modulationsperiode; einen wellenlängenselektiven Signalsplitter (303) zum Trennen der phasenmodulierten mehreren Pumpsignale in mindestens zwei Wellenlängengruppen; gekennzeichnet durch: eine Verzögerungsvorrichtung (306) zum Verzögern einer ersten Wellenlängengruppe um die Modulationsperiode relativ zu anderen Wellenlängengruppen und einen Combiner (307) zum Kombinieren der verzögerten ersten Wellenlängengruppe mit den anderen Wellenlängengruppen zum Ausbilden eines kombinierten modulierten Mehrpumpensignals.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Parametervorrichtung (309) zum Empfangen des kombinierten modulierten Mehrpumpensignals und zum Verstärken eines Eingangssignals S und zum Ausgeben eines Signals ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend ein verstärktes Eingangssignal und einen oder mehrere Idler, von der Parametervorrichtung erzeugt.
Multipumpenparametervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Modulationssignal in konsekutiven Modu lationsperioden entweder abwechselnd komplementär ist oder die gleichen sind.
Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Phasenmodulator ein Modulationssignal verwendet, das eine zu Wörtern ausgebildete Bitsequenz enthält, und die Verzögerungsvorrichtung die erste Wellenlängengruppe relativ zu anderen Wellenlängengruppen um die Modulationsperiode gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wortlänge verzögert.
Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Phasenmodulator ein Modulationssignal verwendet, das eine zu Wörtern ausgebildete Bitsequenz enthält, und die Verzögerungsvorrichtung die erste Wellenlängengruppe relativ zu anderen Wellenlängengruppen um die Modulationsperiode gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wortlänge verzögert, und einen Signalgenerator mit variabler Bitrate zum Erzeugen der Bitsequenz, wo die Bitrate so variiert wird, daß ein ganzzahliges Vielfaches der Wortlänge gleich der Verzögerung der Verzögerungsvorrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß: der wellenlängenselektive Signalsplitter (303), die Verzögerungsvorrichtung (306) und der Combiner (307) Teil eines Dispersionskompensationsmoduls DCM (501) zum Kompensieren der chromatischen Dispersion und/oder optischer nichtlinearer Effekte in den empfangenen Multipumpenwellenlängensignalen bilden.
Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das DCM die chromatische Dispersion und/oder optische nichtlineare Effekte kompensiert, die in mindestens eine der Wellenlängengruppen eingeführt sind.
Multipumpenphasenmodulationsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das DCM chromatische Dispersion und/oder optische nichtlineare Effekte kompensiert, eingeführt in das kombinierte modulierte Multiwellenlängensignal.
Verfahren zum Produzieren eines phasenmodulierten Mehrpumpensignals, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen mehrerer Pumpsignale optischer Wellenlänge; Verwenden eines Einphasenmodulators zum Phasenmodulieren der mehreren Pumpsignale zum Ausbilden von mehreren phasenmodulierten Pumpsignalen unter Verwendung eines Modulationssignals mit einer Modulationsperiode; Trennen der modulierten mehreren phasenmodulierten Pumpsignale in mindestens zwei Wellenlängengruppen; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Verzögern einer ersten Wellenlängengruppe um die vorbestimmte Modulationsperiode relativ zu anderen Wellenlängengruppen und Kombinieren der verzögerten ersten Wellenlängengruppe mit den anderen Wellenlängengruppen zum Ausbilden eines kombinierten modulierten Mehrpumpensignals.
Verfahren zum Betreiben einer Parametervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: Produzieren eines phasenmodulierten Mehrpumpensignals gemäß dem Verfahren von Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Empfangen des kombinierten modulierten Mehrpumpensignals und eines Eingangssignals S an einer Parametervorrichtung und Ausgeben eines Signals ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend ein verstärktes Eingangssignal und einen oder mehrere Idler, von der Parametervorrichtung erzeugt.