DE60202601T2

DE60202601T2 - Demultiplexer für optische zeitmultiplexierte Signale

Info

Publication number: DE60202601T2
Application number: DE60202601T
Authority: DE
Inventors: Frederic Seguineau; Olivier Leclerc
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: US6839159B2; DE60202601D1; ATE287159T1; EP1381178A1; CN1496047A; US20040109229A1; EP1381178B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Demultiplexer für ein optisches Zeitmultiplex-(OTDM)-Digitalsignal, das eine Signal-Wellenlänge λ_S hat und mit einer Bitrate B gesendet wird, der ein aktives optisches Raman-Medium enthält, eine Pumpquelle zur Erzeugung eines periodischen optischen Pumpsignals, das eine Pump-Wellenlänge λ_P und eine Periodizität von B/n hat, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2 ist, und einen Koppler zur Kopplung des Digitalsignals und des Pumpsignals in das aktive optische Raman-Medium, wobei die Tatsache genutzt wird, dass ein aktives optisches Raman-Medium eine nichtlineare Raman-Verstärkungsfunktion zeigt, die exponentiell von der Leistung des Pumpsignals abhängt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Demultiplexen eines optischen Digitalsignals, das die Bitrate B hat, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Erzeugung eines periodischen optischen Pumpsignals, das eine Periodizität von B/n hat, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2 ist, und
– Kopplung des Digitalsignals und des Pumpsignals in ein aktives optisches Raman-Medium, wobei die Tatsache genutzt wird, dass ein aktives optisches Raman-Medium eine nichtlineare Raman-Verstärkungsfunktion zeigt, die exponentiell von der Leistung des Pumpsignals abhängt.

Ein solcher Demultiplexer und ein solches Verfahren werden in EP 0 843 435 A2 offen gelegt.
In einem typischen OTDM-System erzeugt eine optische Impulsquelle auf der Senderseite einen Impulszug mit einer Kanal-Bitrate B_C, die gleich der Basis-Rate elektronischer Datenströme ist, die in das OTDM-System eingespeist werden. Zurzeit ist die höchste verfügbare elektronische Basisrate 40 GBit/s. Der von der Impulsquelle erzeugte optische Impulszug wird in n optische Zweige gekoppelt, in denen Modulatoren von den elektrischen Datenströmen angesteuert werden. Jeder Modulator prägt dem Impulszug den eintreffenden Datenstrom auf und erzeugt dadurch ein optisches Datensignal mit der Kanalbitrate B_C. Die n optischen Datensignale, die n verschiedene Kanäle repräsentieren, werden durch einen Verzögerungsleitungs-Multiplexer auf einer Bit-für-Bit-Basis (Bit-Verschachtelungs-TDM) oder auf einer Paket-für-Paket-Basis (Paket-Verschachtelungs-TDM) verschachtelt. Der Multiplexer erzeugt ein gemultiplextes optisches Datensignal mit einer Multiplex-Bitrate B_M = n × B_C. Das gemultiplexte Signal wird dann in ein Übertragungsmedium eingespeist, zum Beispiel in eine optische Einmoden-Faser.
Auf der Empfangsseite wird die Verschachtelung der Kanäle üblicherweise in einem optischen Demultiplexer rückgängig gemacht, da elektronische Bauelemente nicht in der Lage sind, Signale mit Bitraten B_M direkt zu verarbeiten. Die gedemultiplexten Signale mit der Kanal-Bitrate B_C werden schließlich durch optoelektronische Bauelemente zur weiteren Verarbeitung in elektrische Signale zurückgewandelt.
In OTDM-Übertragungssystemen mit extrem hoher Datenrate, die Bitraten von über 40 GBit/s haben, sind die Impulsdauern extrem kurz. Bei einem 160-Gbit/s-System ist der Zeitschlitz für ein einzelnes Bit nur 6,25 ps breit. In Systemen, die RZ-(Return to Zero)-Impulse benutzen, d.h. Impulse, die in jedem Zeitschlitz auf den Leistungspegel Null zurückkehren, ist die Breite eines Impulses sogar noch kürzer, nämlich ungefähr die Hälfte der Breite eines Zeitschlitzes.
Solche extrem kurzen Impulsdauern stellen sehr hohe Ansprüche an Demultiplexer, die eine der Schlüsselkomponenten in OTDM-Übertragungssystemen sind. Demultiplexer werden nicht nur für Übertragungssysteme als solche benötigt, sondern auch für die Einrichtungen zur Messung der Bitfehlerrate (BER), die für die Entwicklung und den Test von Übertragungssystemen verwendet werden. Demultiplexer, die in der Lage sind, Impulse in optischen Übertragungssystemen mit extrem hohen Bitraten zu trennen, erfordern sehr kurze Zeitfenster, ein hohes Extinktionsverhältnis und eine schwache Polarisations-Abhängigkeit.
Bis heute gibt es mehrere Lösungen zur Realisierung solcher Demultiplexer mit extrem hoher Bitrate.
Eine Lösung ist die Verwendung eines Elektro-Absorptions-Modulators, der in der Lage ist, ein kurzes Zeitfenster mit hohem Extinktionsverhältnis zu erzeugen, wenn ein gewünschter Kanal vom eintreffenden Impulszug getrennt wird. Elektro-Absorptions-Modulatoren sind Halbleiter-Bauelemente, die einen Absorber-Bereich haben, dessen Eigenschaften durch das Umschalten eines elektrischen Feldes geändert werden können, das an den Absorber-Bereich angelegt wird. Das elektrische Feld kann schnell genug geändert werden, um Schaltraten von bis zu 40 GHz zu ermöglichen.
Diese Bauelemente haben jedoch eine ihnen eigene hohe Einfügungsdämpfung, typischerweise von mehr als 10 dB. Diese Dämpfung muss von Verstärkern kompensiert werden, die ASE-Störungen (Amplified Spontaneous Emission, verstärkte spontane Emission) zum Signal hinzufügen. Weiterhin besteht wegen der dem Modulator eigenen Übertragungsfunktion immer ein Kompromiss zwischen einem hohen Extinktionsverhältnis auf der einen Seite und einem kurzen Zeitfenster auf der anderen Seite. Schließlich erfordern Elektro-Absorptions-Modulatoren, die zum Demultiplexen von Datensignalen mit extrem hohen Bitraten verwendet werden, zahlreiche teure Bauelemente, die schwierig herzustellen, mit Gehäuse zu versehen und zu optimieren sind.
Eine weitere Lösung zur Realisierung eines Demultiplexers für extrem hohe Bitraten ist die Verwendung eines Spiegels mit nichtlinearer optischer Schleife (NOLM), der als die Faser-Version eines Sagnac-Interferometers betrachtet werden kann. Ein Zwei-auf-Zwei-Richtkoppler teilt einen Daten-Impulszug in zwei Impulszüge auf, die sich in einer gemeinsamen Faser-Schleife in entgegengesetzter Richtung ausbreiten. Taktgepulste Intensitätsänderungen erzeugen Phasenmodulationen im nichtlinearen optischen Umfeld der Faser, welche die Folge des Kerr-Effektes sind. Diese Phasenmodulationen ändern die Phasenbeziehung der paarweise entgegengesetzt laufenden Impulse. Bei Rückkehr zum Richtkoppler werden die kombinierten Impulse zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Kopplers entsprechend ihrer Interferenzeigenschaften umgeschaltet. Konstruktiv interferierende Impulse werden zurück durch den Eingang des Kopplers reflektiert, während destruktiv interferierende Impulse durch den Ausgang des Kopplers übertragen werden.
NOLMs haben praktisch keine Geschwindigkeitsbegrenzung, haben aber wegen der langen Faserstrecken, die in der Faser-Schleife verwendet werden, den Nachteil intrinsischer Instabilitäten. Darüber hinaus ist es schwierig, eine Polarisationsunabhängigkeit des Bauelementes zu erreichen. Schließlich sind für das Demultiplexen mit NOLMs extrem kurze optische Taktimpulse erforderlich, die den Kerr-Effekt in der Schleife verursachen.
Im oben erwähnten EP 0 843 435 A2 wird ein Zeit-Demultiplex unter Verwendung der selektiven Raman-Verstärkung vorgeschlagen. Ein erster und ein zweiter optischer Signalpfad werden an ein aktives optisches Raman-Medium gekoppelt. An den ersten optischen Signalpfad wird das gemultiplexte Signal angelegt, das zu demultiplexen ist. An den zweiten optischen Signalpfad wird ein Pumpsignal angelegt. Die Teile des gemultiplexten Signals, die mit den optischen Pump-Impulsen synchronisiert sind, werden durch eine Raman-Verstärkung verstärkt. Das resultierende Signal durchläuft einen Schwellwertdetektor, der Impulse unter einem Intensitäts-Schwellwert herausfiltert.
Angesichts des oben gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen Demultiplexer für ein OTDM-Digitalsignal bereitzustellen, wie anfangs erwähnt, der stabil arbeitet und eine geringe Einfügungsdämpfung und ein schmales Zeitfenster hat.
Dieses Ziel wird durch den Demultiplexer und das Verfahren erreicht, wie zu Beginn erwähnt, worin die Signal-Wellenlänge λ_S kleiner als die Pump-Wellenlänge λ_P ist, so dass das Digitalsignal in Zeitschlitzen gedämpft wird, die mit dem Absorptions-Fenster der Raman-Verstärkungsfunktion zusammenfallen.
Der neue Demultiplexer nutzt die Tatsache, dass ein aktives optisches Raman-Medium einen nichtlinearen Raman-Verstärkungs-Frequenzgang zeigt, der exponentiell von der Leistung des Pumpsignals abhängt. Die Raman-Verstärkungs-(oder Absorptions-) -Funktion, die man bei hohen Pumpleistungen erhält, kann sich somit sehr von der anfänglichen Form bei kleinen Pumpleistungen unterscheiden. Durch sorgfältige Auswahl der Eigenschaften des aktiven optischen Raman-Mediums, insbesondere bezüglich der Größe des effektiven Bereichs und der Dotierstoff-Konzentration und durch Justierung der Pumpleistung der Pumpquelle ist es möglich, die zeitliche Breite des Verstärkungs-/Absorptions-Fensters des Mediums an die zeitliche Breite der Zeitschlitze des gemultiplexten Signals anzupassen. Der neue Demultiplexer erlaubt es somit, sogar ein OTDM-Signal mit 160 GBit/s direkt auf ein Signal mit 10 GBit/s zu demultiplexen.
Das optische Raman-Medium kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das eine stark nichtlineare Reaktion auf hohe optische Intensitäten zeigt, zum Beispiel eine stark nichtlineare Faser mit Dispersionsverschiebung (HNL-DSF), die einen hohen Raman-Wirkungsgrad hat.
Die Signalform des Pumpsignals unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Eine sinus- oder gaußförmige Signalform wird jedoch bevorzugt, weil diese Signalformen einfach mit herkömmlichen Pumpquellen, wie z.B. Halbleiter-Lasern, erreicht werden können.
Gemäß der Erfindung wird die Signal-Wellenlänge λ_S kleiner als die Pump-Wellenlänge λ_P gewählt, und das gedemultiplexte Signal wird dadurch gedämpft. Ein spezieller Kanal kann dann vom gedemultiplexten Signal getrennt werden, indem (nacheinander) die Zeitschlitze eliminiert werden, die den restlichen Kanälen zugewiesen sind.
Eine bevorzugte Ausführung des neuen Demultiplexers umfasst abstimmbare Verzögerungs-Mittel zur Abstimmung der Phasenbeziehung zwischen dem Pumpsignal und dem Digitalsignal. Die Bereitstellung solcher abstimmbarer Verzögerungs-Mittel erlaubt die Auswahl eines gewünschten Kanals aus einem eintreffenden OTDM-Signal durch Verzögerung des Pumpsignals auf eine solche Weise, dass die maximale Verstärkung (oder Absorption) mit der Phase der Zeitschlitze des gewünschten Kanals übereinstimmt.
In diesem Zusammenhang wird es speziell bevorzugt, wenn das Verzögerungs-Mittel zwischen der Pumpquelle und dem Koppler angeordnet wird. Dies ist vorteilhaft, weil das Verzögerungs-Mittel nicht wellenlängen-empfindlich sein muss, wie es der Fall sein würde, wenn es zwischen dem Koppler und dem aktiven optischen Raman-Medium angeordnet würde.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführung enthält der neue Demultiplexer ein optisches Filter, das einen Sperrbereich hat, der eine Pump-Wellenlänge λ_P enthält, und das in Ausbreitungsrichtung der Signale hinter dem aktiven optischen Raman-Medium angeordnet ist. Ein solches optisches Filter verhindert effektiv, dass das Pumpsignal vom Demultiplexer ausgegeben wird.
Es muss verstanden werden, dass die oben erwähnten und die unten noch zu erläuternden Eigenschaften nicht nur in den jeweiligen gezeigten Kombinationen verwendet werden können, sondern auch in anderen Kombinationen oder gesondert, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die obigen und weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Demultiplexers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Graph ist, der die Pumpleistung einer Pumpquelle zeigt, wie z.B. in 1 gezeigt, sowie den Zeitverlauf der Raman-Verstärkung, die im aktiven Raman-Medium erzielt wird. Dieser Graph dient jedoch nur zu Illustrationszwecken und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung;
3a eine Illustration eines gemultiplexten Impulszuges in Verbindung mit 2 zeigt;
3b eine Illustration eines gedemultiplexten Impulszuges in Verbindung mit 2 zeigt;
4 eine Verstärkungsfunktion des aktiven optischen Raman-Mediums zeigt;
5 ein schematisches Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen der Pump-Wellenlänge und der Signal-Wellenlänge zeigt;
6 eine ähnliche Darstellung wie 5 zeigt, aber für eine Ausführung der Erfindung, in der die Raman-Netto-Absorption zum Demultiplexen eines Digitalsignals verwendet wird;
8a eine schematische Darstellung eines gemultiplexten Impulszuges wie in 3a ist; und
8b eine schematische Darstellung eines gedemultiplexten Impulszuges gemäß der Erfindung ist.
1 zeigt schematisch einen Multiplexer, der für die vorliegende Erfindung benutzt wird und der als Ganzes mit 10 bezeichnet wird. Demultiplexer 10 umfasst einen optischen Eingang 12, in den ein optisches Zeitmultiplex-(OTDM)-Digitalsignal P_S, das eine Signal-Wellenlänge λ_S und eine Bitrate B hat, eingekoppelt werden kann. Demultiplexer 10 enthält weiterhin einen optischen Ausgang 14, an dem ein gedemultiplextes optisches Signal P_S mit der Wellenlänge λ_S in eine andere optische Komponente gekoppelt werden kann.
Zwischen Eingang 12 und Ausgang 14 ist ein aktives optisches Raman-Medium angeordnet, das in dieser Ausführung eine aktive Raman-Faser 16 von der Art ist, wie sie in Raman-Faserverstärkern verwendet wird. Das zugrunde liegende physikalische Prinzip der Raman-Verstärkung ist der Effekt der stimulierten Raman-Streuung. Dies ist ein nichtlinearer optischer Prozess, der bei hohen optischen Intensitäten auftritt und die Kopplung von Licht, das sich durch das nichtlineare Medium ausbreitet, mit Schwingungsmoden des Mediums umfasst. Die Verstärkung wird durch eine Energieübertragung von der Pumpstrahlung zur Signalstrahlung verursacht.
Die aktive Raman-Faser 16 ist vorzugsweise eine stark nichtlineare Faser mit Dispersionsverschiebung (HNL-DSF), die einen hohen Raman-Wirkungsgrad hat, d.h. einen kleinen effektiven Bereich und/oder eine effiziente Dotierung, um die erforderliche Länge der optischen Faser 16 und die Pumpleistung zu verringern. Besonders geeignet sind die neuen Fasern mit Löchern, wie sie aus dem Beitrag von J. Nilsson et al. mit dem Titel "Continuous Wave Pumped holey Fiber Raman Laser", USC 2002, Seite 315–317 bekannt sind. Solche Fasern mit Löchern erlauben es, die chromatische Dispersion so abzustimmen, dass sich das Pumpsignal und das Digitalsignal mit gleicher Geschwindigkeit ausbreiten. Es können auch chalkogenide Fasern und sogar Standard-Fasern mit Dispersionsverschiebung als aktive Raman-Faser 16 verwendet werden.
Demultiplexer 10 enthält weiterhin eine Pumpquelle 18 zur Erzeugung eines periodischen optischen Pumpsignals P_P, das eine Pump-Wellenlänge λ_P und eine Periodizität von B/n hat, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2 ist. Die Pumpquelle 18 kann zum Beispiel ein Neodym- oder Ytterbium-Faser-Laser, ein Raman-Laser oder ein beliebiger anderer Einmoden-Laser sein. Ein Koppler 20 wird zwischen Eingang 12 und Pumpquelle 18 einerseits und der aktiven Raman-Faser 16 andererseits angeordnet, um das Digitalsignal P_S, das in Eingang 12 eingespeist wird, und das Pumpsignal P_P, das von der Pumpquelle 18 erzeugt wird, in die aktive Raman-Faser 16 zu koppeln.
Ein optisches Filter 22 ist zwischen der aktiven Raman-Faser 16 und dem Ausgang 14 angeordnet. Das optische Filter 22 hat einen Sperrbereich, der die Pump-Wellenlänge λ_P enthält, so dass die Strahlung der Wellenlänge λ_P aus dem gedemultiplexten Signal P_S beseitigt wird. Das optische Filter 22 ist nur optional, man kann zum Beispiel darauf verzichten, wenn das Pump-Signal P_P, das von der Pumpquelle 18 erzeugt wird, die weitere Übertragung und/oder Verarbeitung des gedemultiplexten Signals nicht stört, oder wenn das Pumpsignal P_P in der aktiven Raman-Faser 16 durch Raman-Streuung fast vollständig beseitigt wird.
In der gezeigten Ausführung enthält Demultiplexer 10 weiterhin einen abstimmbaren optischen Verzögerer 24, der zwischen Pumpquelle 18 und Koppler 20 angeordnet ist. Der abstimmbare optische Verzögerer 24 dient zur Abstimmung der Phasenbeziehung zwischen dem Pumpsignal P_P und dem Digitalsignal P_S, bevor beide Signale in der aktiven Raman-Faser 16 durch Koppler 20 kombiniert werden. Ein solcher abstimmbarer Verzögerer 24 kann durch k-1 feste Verzögerer mit den Verzögerungswerten T/2, T/4,..., T/2^k ^-1 realisiert werden, die durch k optische 2×2-Schalter miteinander verbunden sind, wie es in der Technik bekannt ist.
Da der abstimmbare optische Verzögerer 24 zur Abstimmung der Phasenbeziehung zwischen dem Pumpsignal P_P und dem Digitalsignal P_S bereitgestellt wird, kann er alternativ zwischen dem Eingang 12 und dem Koppler 20 angeordnet werden. Natürlich kann auch ein nicht abstimmbarer optischer Verzögerer benutzt werden, oder auf den Verzögerer kann völlig verzichtet werden. Im letztgenannten Fall muss sichergestellt werden, dass zwischen der Pumpquelle 18 und einer Quelle des Digitalsignals eine Art von Synchronisation aufrecht erhalten werden kann.
Im Folgenden wird die Funktion des Demultiplexers 10 mit Bezug auf die 2 bis 5 detaillierter erklärt. Diese Betriebsart ist jedoch kein Teil der Erfindung, sondern dient nur zum Zweck der Illustration.
2 zeigt als durchgezogene Linie das Pumpsignal P_P über der Zeit t. Das von der Pumpquelle 18 erzeugte periodische optische Pumpsignal P_P wird hier als sinusförmig mit einer Periodizität von T gewählt, so dass PP (t) = PP0 · (1 + m · sinωPt) (1) = PP0 · (1 + m · sin(ωP(t+T))wobei P_P0 und m Konstanten sind, die charakteristisch für die Pumpleistung und die Pumpen-Modulation der Pumpquelle 18 sind, und ω_P die Frequenz des Pumpsignals P_P ist.
Die Frequenz ω_P wird so gewählt, dass ωP = 2πB/n, n ≥ 2 (2)wobei B die Bitrate des gemultiplexten Digitalsignals P_S und n der Demultiplex-Faktor ist, der hier als 2 gewählt wird. Da die Pumpquelle nur ein Taktsignal erfordert, das eine (relativ) kleine Frequenz ω_P = 2πB/n hat, kann die Pumpquelle 18 ein herkömmlicher Halbleiter-Laser sein.
Wenn die Pumpleistung P_P, die in die aktive Raman-Faser 16 über den Koppler 20 eingespeist wird, groß genug ist, zeigt die aktive Raman-Faser 16 einen nichtlinearen Raman-Verstärkungs-Frequenzgang. Nach dem Durchlaufen einer Länge z in der aktiven Raman-Faser 16 ist die Leistung des Digitalsignals durch folgende Gleichung gegeben: PS(z,t) = PS(0)exp (–αz) · exp (CRLeff · PP(t)) (3)
Hierbei ist α der Absorptionsfaktor, C_R der Raman-Wirkungsgrad-Koeffizient, und L_eff ist die effektive Länge der Faser 16.
Wegen der exponentiellen Abhängigkeit des Raman-Verstärkungs-Frequenzgangs ist die Raman-Verstärkungsfunktion G(t) eine stark schwankende periodische Funktion, die in 2 mit gestrichelten Linien gezeigt ist. Diese effektive Verstärkungsfunktion hat periodische Verstärkungs-Fenster, die eine sehr kleine Halbwertsbreite haben, die in 2 mit W bezeichnet ist. Hieraus wird deutlich, dass ein gemultiplextes optisches Signal, das einer solchen Raman-Verstärkung, die durch die Pumpquelle 18 moduliert wird, ausgesetzt wird, starken Änderungen unterworfen wird, die von den Phasenbeziehungen zwischen den Impulsen im Digitalsignal einerseits und den Verstärkungs-Fenstern in der aktiven Raman-Faser 16 andererseits abhängen.
Dieser Aspekt wird in den 3a und 3b in Form einer schematischen Darstellung eines gemultiplexten Signals gezeigt, wie es in Eingang 12 eingespeist wird (3a), und nachdem es in der aktiven Raman-Faser 16 gedemultiplext wurde (3b). Das Digitalsignal P_S kann konzeptionell in aufeinander folgende Rahmen F_i, F_i+1,... unterteilt werden, die jeweils 4 Zeitschlitze enthalten, die für jeden Rahmen F_i durch die Nummern S1, S2, S3, S4 gekennzeichnet sind. Der erste Zeitschlitz S1 wird einem Kanal CH1 zugeordnet, der zweite Zeitschlitz S2 wird einem Kanal CH2 zugeordnet, und so weiter. Aus Gründen der Klarheit werden die Zeitschlitze S1, S2, S3 und S4 als Rechtecke gezeigt, die etwas voneinander entfernt sind, so dass die Zeitschlitze durch ihre unterschiedliche grafische Darstellung voneinander unterschieden werden können. Die tatsächliche Breite jedes Zeitschlitzes wird in 3a durch to bezeichnet, wobei t_D der Kehrwert der Bitrate B ist.
In dem in 3a gezeigten Beispiel enthalten die Zeitschlitze S1 und S4 in Rahmen F_i und der Zeitschlitz S3 im darauf folgenden Rahmen F_i+1 ein Bit "1", so dass die Impulse 26, 28 und 30 in diesen Zeitschlitzen dargestellt werden.
Wenn nun eines der Verstärkungs-Fenster der Raman-Verstärkungsfunktion G(t) mit einem der Zeitschlitze zusammenfällt, wird ein Impuls in diesem Zeitschlitz verstärkt, während andere Impulse, die nicht mit einem Verstärkungs-Fenster zusammenfallen, durch die aktive Raman-Faser 16 absorbiert werden.
In den 2 und 3a sind solche Übereinstimmungen zwischen den Verstärkungs-Fenstern der Verstärkungsfunktion G(t) und Zeitschlitzen durch strichpunktierte Linien 32, 34, 36 und 38 dargestellt. Folglich werden die Zeitschlitze S1 und S3 aller Rahmen isoliert, wie in 3b gezeigt. Somit werden die Kanäle 1 und 3, die den Zeitschlitzen S1 und S3 zugeordnet sind, in einem Prozess von den vier Kanälen getrennt, die im gemultiplexten Digitalsignal P_S vorhanden waren.
Wie aus Gleichung (3) deutlich wird, ist der Raman-Verstärkungs-Frequenzgang sehr empfindlich gegen Änderungen von mit der Raman-Verstärkung verbundenen Parametern der aktiven Faser 16 und der Pumpleistung P_P der Pumpquelle 18. Somit ist es möglich, die zeitliche Breite W des Verstärkungs-Fensters durch eine einfache Justierung der Pumpleistung einzustellen, speziell durch Auswahl von P_P0 und der Modulationstiefe m.
Zur Auswahl eines speziellen Kanals innerhalb des gedemultiplexten Signals kann der abstimmbare optische Verzögerer 24 auf eine solche Weise eingestellt werden, dass die Verstärkungs-Fenster der Raman-Verstärkungsfunktion mit den Zeitschlitzen zusammenfallen, die dem gewählten Kanal entsprechen.
4 zeigt ein normiertes Raman-Verstärkungs-Spektrum, in dem die Raman-Verstärkung G über der Differenz zwischen der Pumpfrequenz ω_P und der Frequenz des Digitalsignals ω_S aufgetragen ist. Wie man in 4 sieht, kann eine Netto-Raman-Verstärkung erzielt werden, wenn die Pumpfrequenz ω_P größer als die Frequenz des Digitalsignals ω_S ist.
Diese Bedingung ist für den Wellenlängenbereich in der schematischen Darstellung von 5 gezeigt. Unter dieser Bedingung wird Energie vom Pumpsignal auf das Digitalsignal übertragen, so dass ein Demultiplex durch selektive Verstärkung der Impulse im Digitalsignal erzielt wird.
Wenn jedoch die Pumpfrequenz ω_P kleiner ist als die Frequenz des Digitalsignals ω_S, wie schematisch im Wellenlängenbereich in 6 gezeigt, absorbiert die aktive Raman-Faser in dem Sinne, dass Energie vom Digitalsignal auf das Pumpsignal übertragen wird. Das bedeutet, dass Zeitschlitze, die mit dem Absorptionsfenster der Verstärkungsfunktion zusammenfallen, gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem Signal beseitigt werden.
Diese Situation ist in den 7, 8a und 8b gezeigt, die den 2, 3a, bzw. 3b entsprechen. 7 zeigt, dass die Verstärkungsfunktion G(t) negativ ist, wenn die aktive Raman-Faser 16 durch ein Pumpsignal P_P gepumpt wird, das eine größere Wellenlänge hat als das Digitalsignal P_S. Die Zeitschlitze S1 und S3 des Rahmens F_i und des Rahmens F_i+1 fallen mit den Absorptionsfenstern der Verstärkungsfunktion zusammen, so dass sie beseitigt werden, wenn sie über die aktive Raman-Faser 16 übertragen werden. Wie in 8b gezeigt, kommen nur die Zeitschlitze S2 und S4 in jedem Rahmen am optischen Ausgang 14 des Demultiplexers 10 an.

Claims

Demultiplexer für ein optisches Digitalsignal (P_S) im Zeitmultiplex, OTDM, das eine Signal-Wellenlänge λ_S hat und mit einer Bitrate B gesendet wird, der folgendes umfasst: – ein aktives optisches Raman-Medium (16), – eine Pumpquelle (18) zur Erzeugung eines periodischen optischen Pumpsignals (P_P), das eine Pump-Wellenlänge λ_P und eine Frequenz von B/n hat, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2 ist, und – einen Koppler (20) zur Kopplung des Digitalsignals (P_S) und des Pumpsignals (P_P) in das aktive optische Raman-Medium (16), wobei die Tatsache genutzt wird, dass das aktive optische Raman-Medium (16) eine nichtlineare Raman-Verstärkungsfunktion zeigt, die exponentiell von der Leistung des Pumpsignals (P_P) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal-Wellenlänge λ_S kleiner als die Pump-Wellenlänge λ_P ist, so dass das Digitalsignal (P_S) in den Zeitschlitzen gedämpft wird, die mit Absorptionsfenstern der Raman-Verstärkungsfunktion zusammenfallen.
Der Demultiplexer aus Anspruch 1, gekennzeichnet durch abstimmbare Verzögerungs-Mittel (24; 241, 242, 243, 244) zur Abstimmung der Phasenbeziehung zwischen dem Pumpsignal (P_P) und dem Digitalsignal (P_S).
Der Demultiplexer aus Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungs-Mittel (24; 241, 242, 243, 244) zwischen der Pumpquelle (18) und dem Koppler (20) angeordnet ist.
Der Demultiplexer aus Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein optisches Filter (22), das einen Sperrbereich hat, welcher die Pump-Wellenlänge λ_P enthält, und das in Ausbreitungsrichtung der Signale (P_S, P_P) hinter dem aktiven optischen Raman-Medium (16) angeordnet ist.
Verfahren zum Demultiplexen eines optischen Digitalsignals (P_S) im Zeitmultiplex, OTDM, das eine Bitrate B und eine Signal-Wellenlänge λ_S hat und das folgende Schritte umfasst: – Erzeugung eines periodischen optischen Pumpsignals (P_P), das eine Frequenz von B/n hat, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2 ist, und – Kopplung des Digitalsignals (P_S) und des Pumpsignals (P_P) in ein aktives optisches Raman-Medium (16), wobei die Tatsache genutzt wird, dass das aktive optische Raman-Medium (16) eine nichtlineare Raman-Verstärkungsfunktion zeigt, die exponentiell von der Leistung des Pumpsignals (P_P) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal-Wellenlänge λ_S kleiner als die Pump-Wellenlänge λ_P gewählt wird, so dass das Digitalsignal (P_S) in den Zeitschlitzen gedämpft wird, die mit Absorptionsfenstern der Raman-Verstärkungsfunktion zusammenfallen.