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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Sachgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf bidirektionale, optische
Wellenlängen-Multiplex-(WDM)-Kommunikationen,
und, insbesondere, auf eine optische Verstärkervorrichtung, verwendet
in dem bidirektionalen, optischen WDM-System.
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2. Beschreibung des in
Bezug stehenden Stands der Technik
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Ein
optisches WDM-(Wavelength-Division-Multiplexing)-Kommunikationssystem
ist so angepasst, um eine Mehrzahl von Kanälen über eine Lichtleitfaser zu übertragen.
Als solcher ist dieser Typ eines Systems weit verbreitet in dem
Ultra-Hochgeschwindigkeits-Internet
verwendet, da er ausgezeichnete Charakteristika im Hinblick auf
eine Übertragungseffektivität und eine Übertragungskapazität besitzt.
Da optische Signale, gesendet entlang der optischen Faser, dazu
tendieren, sich im Verhältnis zu
der Sendelänge
davon zu dämpfen,
wird ein optischer Verstärker
entlang der optischen Faser zum Verstärken der gedämpften Kanäle installiert.
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das ein herkömmliches, bidirektionales,
optisches WDM-Kommunikationssystem darstellt. Wie in 1 dargestellt
ist, umfasst das System eine erste, optische Sender-/Empfängereinheit 100,
eine optische Verstärkereinheit 200,
eine zweite, optische Sender-/Empfängereinheit 300 und
eine Lichtleitfaser 400. Das optische Signal, übertragen
von der ersten Sender-/Empfängereinheit 100 zu
der zweiten optischen Sender-/Empfängereinheit 300, wird
als ein optisches Vorwärts-Signal 115 bezeichnet,
wogegen das optische Signal, das umgekehrt übertragen wird, als ein optisches
Rückwärts-Signal 315 bezeichnet wird.
Sowohl das optische Vorwärts-
als auch das optische Rückwärts-Signal 115 und 315 sind
aus einer Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen
zusammengesetzt.
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Die
erste, optische Sender-/Empfängereinheit 100 umfasst
eine Mehrzahl von ersten Sendern 110, eine Mehrzahl von
ersten Empfängern 180,
einen ersten Wellenlängen-Multiplexer 120,
einen ersten Wellenlängen-Demultiplexer 170,
eine erste Dispersions-Kompensations-Faser 130,
einen ersten Verstärker 140,
einen zweiten Verstärker 160 und einen
ersten, optischen Zirkulator 150. In Benutzung geben die
ersten Sender 110 Kanäle
unterschiedlicher Wellenlängen,
jeweils, ab. Der erste Wellenlängen-Multiplexer 120 empfängt die
Kanäle
von den ersten Sendern 110 und multiplexiert die empfangenen
Kanäle,
um dadurch ein Kanal-Multiplex-Signal auszugeben, das das optische
Vorwärts-Signal 115 ist.
Die erste Dispersions-Kompensations-Faser 130 kompensiert
die Dispersion in dem optischen Vorwärts-Signal 115. Die
Dispersion des optischen Vorwärts-Signal 115 wird
durch die Tatsache verursacht, dass die Kanäle des optischen Vorwärts-Signals 115 jeweils
unterschiedliche Wellenlängen
haben. Der erste Verstärker 140 verstärkt das
optische Vorwärts-Signals 115 unter
Verwendung einer induzierten Emission von Erbiumionen und einer
Laserdiode zum Emittieren von Pumplicht, angepasst so, um die Erbiumionen
anzuregen, und einen Wellenlängen-Auswahlkoppler
zum Aufbringen des Pumplichts auf mit Erbium dotierte Lichtleitfaser.
Danach sendet der erste Zirkulator 150 das optische Vorwärts-Signal 115,
empfangen von dem ersten Verstärker 140,
zu der optischen Verstärkereinheit 200 über die
Lichtleitfaser 400, während
das optische Rückwärts-Signal 315 von
der optischen Verstärkereinheit 200 zu
dem zweiten Verstärker 160 gesendet
wird.
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Der
zweite Verstärker 160 verstärkt das
optische Rückwärts-Signal 315,
das dazu eingegeben ist, und legt das verstärkte, optische Rückwärts-Signal 315 an
den ersten Wellenlängen-Demultiplexer 170 an.
Dann demultiplexiert der erste Wellenlängen-Demultiplexer 170 das optische
Rückwärts-Signal 315 in
eine Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die ersten Empfänger 180 nehmen
die Kanäle,
ausgegeben von dem ersten Wellenlängen-Demultiplexer 17U,
auf. Dabei koppelt die Lichtleitfaser 400 die erste und
die zweite, optische Sender-/Empfängereinheit 100 und 300 miteinander
und dient als ein Übertragungsmedium
für die
optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signale 115 und 315.
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Weiterhin
umfasst die optische Verstärkereinheit 200 einen
zweiten Zirkulator 210, einen dritten Zirkulator 240,
eine zweite Dispersions-Kompensations-Faser 220, eine dritte
Dispersions-Kompensations-Faser 250, einen dritten Verstärker 230 und
einen vierten Verstärker 260.
Im Betrieb sendet der zweite Zirkulator 210 das optische
Vorwärts-Signal 115,
empfangen von der ersten, optischen Sender-/Empfängereinheit 100, über die
Lichtleitfaser 400, zu der zweiten, optischen Dispersions-Kompensations-Faser 220,
während
das optische Rückwärts-Signal 315 von
dem vierten Verstärker 260 zu dem
ersten, opti schen Sender/Empfänger 100 über die
Lichtleitfaser 400 gesendet wird. Die zweite, optische
Dispersions-Kompensations-Faser 220 kompensiert die Dispersion
des optischen Vorwärts-Signals 115 und
legt das optische, in der Dispersion kompensierte Vorwärts-Signal 115 an
den dritten Verstärker 230 an.
Das optische Vorwärts-Signal 115 wird
durch den dritten Verstärker 230 verstärkt und wird
dann an den dritten Zirkulator 240 angelegt. Der dritte
Zirkulator 240 sendet das optische Vorwärts-Signal 115, das
dazu eingegeben ist, zu der zweiten, optischen Sender-/Empfängereinheit 300 über die Lichtleitfaser 400,
während
das optische Rückwärts-Signal 315,
das dazu über
die Lichtleitfaser 400 eingegeben ist, zu der dritten,
optischen Dispersions-Kompensations-Faser 250 gesendet
wird. Die dritte, optische Dispersions-Kompensations-Faser 250 kompensiert
eine Dispersion des optischen Rückwärts-Signals 315.
Der vierte Verstärker 260 verstärkt das
in der Dispersion kompensierte, optische Rückwärts-Signal 315 und
sendet dann das verstärkte,
optische Rückwärts-Signal 315 zu
dem zweiten Zirkulator 210.
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Die
zweite, optische Sender-/Empfängereinheit 300 umfasst
eine Mehrzahl von zweiten Sendern 310, eine Mehrzahl von
zweiten Empfängern 380,
einen zweiten Wellenlängen-Multiplexer 320,
einen zweiten Wellenlängen-Demultiplexer 370,
eine vierte Dispersions-Kompensations-Faser 330, einen
fünften
Verstärker 340,
einen sechsten Verstärker 360 und
einen vierten Zirkulator 350. In Benutzung geben die zweiten
Sender 310 Kanäle
unterschiedlicher Wellenlängen,
jeweils, ab. Der zweite Wellenlängen-Multiplexer 320 empfängt die
Kanäle
von den zweiten Sendern 310 und multiplexiert die empfangenen
Kanäle,
um dadurch ein kanal-multiplexiertes Signal auszugeben, das das
optische Rückwärts-Signal 315 ist.
Die zweite Dispersions-Kompensations-Faser 330 kompensiert
die Dispersion des optischen Rückwärts-Signals 315.
Der fünfte
Verstärker 340 verstärkt das
optische Rückwärts-Signal 315. Der
vierte Zirkulator 350 sendet das optische Rückwärts-Signal 315,
empfangen von dem fünften
Verstärker 340,
zu der optischen Verstärkereinheit 200 über die
Lichtleitfaser 400, während
das optische Vorwärts-Signal 115,
empfangen von der optischen Verstärkereinheit 200, über die
Lichtleitfaser 400, zu dem sechsten Verstärker 360 geschickt
wird. Der sechste Verstärker 360 verstärkt das
optische Vorwärts-Signal 115,
das dazu eingegeben ist, und legt das verstärkte, optische Vorwärts-Signal 115 an
den zweiten Wellenlängen-Demultiplexer 370 an.
Der zweite Wellenlängen-Demultiplexer 370 demultiplexiert
das optische Vorwärts-Signal 115 in
eine Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die zweiten Empfänger 380 empfangen
die Kanäle,
ausgegeben von dem zweiten Wellenlängen-Demultiplexer 370,
jeweils.
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2 zeigt
eine graphische Darstellung, die die optischen Vorwärts- und
Rückwärts-Signale 115 und 315 darstellen.
Wie in 2 dargestellt ist, verwendet das bidirektionale,
optische WDM-Kommunikationssystem der 1 ein Wellenlängen-Band, das
von 1.532 nm bis 1.554 nm reicht. Leser werden feststellen, dass
der Wellenlängen-Raum
zwischen benachbarten Kanälen
in dem optischen Vorwärts-Signal 115 (oder
dem optischen Rückwärts-Signal 315)
2 nm ist. Das Wellenlängen-Band
des optischen Vorwärts-Signals 115 reicht
von 1.532 nm bis 1.542 nm, wogegen das Wellenlängen-Band des optischen Rückwärts-Signals 315 von
1.544 nm bis 1.554 nm reicht. Das bedeutet, dass das optische Vorwärts-Signal 115 innerhalb
eines relativ kurzen Wellenlängen-Bands
verteilt ist, wogegen das optische Rückwärts-Signal 315 innerhalb
eines relativ langen Wellenlängen-Bands
verteilt ist. Ein solches optisches Mehrfachkanal-Signal wird einer
Signal-Verzerrung
aufgrund eines Phänomens
einer Kreuzphasen-Modulation (XPM), verursacht durch eine Signal-Leistungsdifferenz
zwischen benachbarten Kanälen,
eines Phänomens
eines Vier-Wellen-Mischens (Four-Wave Mixing – FWM), d.h. das Einführen eines
Rauschens von einem Kanal in benachbarte Kanäle, des Dispersions-Phänomens und des
Streu-Phänomens
unterworfen. Dort, wo ein optisches Signal stark verzerrt ist, kann
es nicht durch die Empfangseinheit empfangen werden. Aus diesem
Grund wird der Wellenlängen-Raum
von benachbarten Kanälen
unter Berücksichtigung
einer solchen Signal-Verzerrung
von optischen Signalen eingestellt. Dieser Wellenlängen-Raum
wird als ein „minimaler
Wellenlängen-Raum" bezeichnet. Das verfügbare Wellenlängen-Band
eines optischen Signals ist aufgrund einer Dämpfung des optischen Signals,
verursacht durch Verlust-Charakteristika der optischen Faser, durch
die das optische Signal hindurchführt, begrenzt. Das verfügbare Wellenlängen-Band
wird als ein „maximales
Wellenlängen-Band" bezeichnet. Als
eine Folge beträgt
das maximale Wellenlängen-Band
in dem bidirektionalen, optischen WDM-Kommunikationssystem, dargestellt
in 1, 1.532 nm bis 1.554 nm. Dementsprechend beträgt die maximale
Anzahl von Kanälen
in einem optischen Signal, das an einem minimalen Wellenlängen-Raum
von 2 nm übertragbar
ist, 12.
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3 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das die optische Verstärkereinheit 200, dargestellt
in 1, zeigt. Wie in 3 dargestellt
ist, umfasst die optische Verstärkereinheit 200,
die den zweiten Zirkulator 210, den dritten Zirkulator 240,
die zweite Dispersions- Kompensations-Faser 220,
die dritte Dispersions-Kompensations-Faser 250, den dritten
Verstärker 230 und
den vierten Verstärker 260 umfasst, weiterhin
einen ersten Isolator 232, einen zweiten Isolator 262,
eine erste mit Erbium dotierte Lichtleitfaser 234, eine
zweite mit Erbium dotierte Lichtleitfaser 264, einen ersten
Wellenlängen-Auswahlkoppler 238,
einen zweiten Wellenlängen-Auswahlkoppler 268,
eine erste Laserdiode 236 und eine zweite Laserdiode 266.
Der dritte und der vierte Verstärker 230 und 260 besitzen
denselben Aufbau wie solche des ersten und des zweiten Verstärkers 140 und 160 oder solche
wie der fünfte
und der sechste Verstärker 340 und 360,
jeweils. Zur Vereinfachung werden die duplizierten Anordnungen der
Verstärker
hier weggelassen.
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Der
erste Isolator 232 sendet das optische Vorwärts-Signal 115,
empfangen von der zweiten Dispersions-Kompensations-Faser 220,
dort hindurch, während
verhindert wird, dass optische Signale, die in einer Rückwärtsrichtung
des optischen Vorwärts-Signals 115 laufen,
dort hindurchführen.
Aus diesem Grund kann das Pumplicht 237, das entlang der
ersten mit Erbium dotierten, optischen Faser 234 läuft, nachdem
es von der ersten Laserdiode 236 ausgegeben ist, nicht
durch den ersten Isolator 232 hindurchführen. Danach verstärkt die
erste, mit Erbium dotierte, Lichtleitfaser 234 das optische
Vorwärts-Signal 115 unter
Verwendung einer induzierten Emission von angeregten Erbiumionen.
Gleichzeitig wird das Pumplicht 237 von der ersten Laserdiode 236 zum
Anregen der Erbiumionen emittiert. Der erste Wellenlängen-Auswahlkoppler 238 überträgt das vorwärts verstärkte, optische
Signal 115 dort hindurch, so dass das optische, vorwärts verstärkte Signal 115 an
den dritten Zirkulator 240 angelegt wird. Der erste Wellenlängen-Auswahlkoppler 238 schickt auch
das Pumplicht 237, empfangen von der ersten Laserdiode 236,
zu der ersten mit Erbium dotierten, optischen Faser 234.
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Ähnlich sendet
der zweite Isolator 262 das optische Rückwärts-Signal 315, empfangen
von der dritten Dispersions-Kompensations-Faser 250, dort hindurch,
während
verhindert wird, dass optische Signale, die in einer Rückwärtsrichtung
von dem optischen Rückwärts-Signal 315 laufen,
dort hindurchführen.
Aus diesem Grund kann das Pumplicht 267, das entlang der
zweiten mit Erbium dotierten, optischen Faser 264 läuft, nachdem
es von der zweiten Laserdiode 266 ausgegeben ist, nicht
durch den zweiten Isolator 232 hindurchführen. Die
zweite, mit Erbium dotierte Lichtleitfaser 264 verstärkt das
optische Rückwärts-Signal 315.
Das Pumplicht 267 wird von der zweiten Laserdiode 266 emittiert.
Der zweite Wellenlängen-Auswahlkoppler 268 sendet
das verstärkte,
optische Rückwärts- Signal 315 dort
hindurch, so dass das verstärkte,
optische Rückwärts-Signal 315 an
den zweiten Zirkulator 210 angelegt wird. Der zweite Wellenlängen-Auswahlkoppler 268 schickt
auch das Pumplicht 267, empfangen von der zweiten Laserdiode 266,
zu der zweiten mit Erbium dotierten, optischen Faser 264.
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Obwohl
es nicht dargestellt ist, ist es notwendig, zusätzlich eine Dioden-Ansteuereinheit an
jedem der optischen Faserverstärker 230 und 260 vorzusehen,
um einen Treiberstrom zu einer zugeordneten Einen der Laserdioden 236 und 266 zuzuführen. Es kann
auch notwendig sein, zusätzlich
ein Verstärkungs-Glättungsfilter
vorzusehen, um die Verstärkungs-Unausgeglichenheit,
verursacht durch eine Nichtgleichförmigkeit in der Verstärkungs-Rate
jeder mittels Erbium dotierten, optischen Faser 234 oder 264,
die aus einer Variation in der Wellenlänge des optischen Eingangssignals
resultiert, zu kompensieren.
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Wie
vorstehend erwähnt
ist, besitzt die herkömmliche,
optische Verstärkervorrichtung
jeweilige Anordnungen, die so angepasst sind, um optische Vorwärts- und
Rückwärts-Signale
zu verstärken.
Aus diesem Grund besitzt die herkömmliche, optische Verstärkervorrichtung
Nachteile dahingehend, dass sie duplizierte Elemente, d.h. optische
Verstärker,
erfordert. Zusätzlich
ist es notwendig, Mehrfach-Dispersions-Kompensations-Fasern und andere
optische Elemente zu verwenden. Aus diesem Grund erhöht die herkömmliche,
optische Verstärkervorrichtung
die Herstellkosten und die Wartungskosten. Weiterhin ist das herkömmliche,
bidirektionale WDM-Kommunikationssystem so angeordnet, um deren
verfügbares
Wellenlängen-Band
in lange und kurze Wellenlängen-Bänder zu
unterteilen, um jeweils zu optischen Vorwärts- und Rückwärts-Signalen zugeordnet zu
werden. Aus diesem Grund ist ein Problem dahingehend vorhanden,
dass die Kanaldichte in dem maximalen Wellenlängen-Band reduziert wird.
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Die
US 5,740,289 beschreibt
eine Verstärkungsschaltung
zum Verstärken
von optischen Wellenlängen-Multiplex-Signalen
in einem optischen Faser-Netzwerk. Die Verstärkungsschaltung verstärkt WDM-Signale,
die gleichzeitig in beiden Richtungen durch eine Lichtleitfaser-Verbindung
mit einem einzelnen, unidirektionalen, optischen Verstärker propagieren.
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Die
US 5,926,590 beschreibt
einen Leistungs-Egalisierer in einem bidirektionalen Mehrfach-Wellenlängen-Lichtwellen-Verstärker. Dieses Dokument
offenbart ein System mit zwei Wellenlängen-Multiplexern für Leistungs-Management-Einheiten,
gekoppelt mit den Wellenlängen-Teilungs-Multiplexern,
einem Wellenlängen-Kombinierer,
zwei optischen Verstärkern
mit einem Leistungs-Egalisierer-Konditionierer dazwischen und einem
Wellenlängen-Teiler.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beseitigt die vorstehend beschriebenen Probleme
und schafft zusätzliche
Vorteile, indem eine optische Verstärkervorrichtung geschaffen
wird, die kostengünstig
hergestellt werden kann, während
sie einen hohen Integrationsgrad besitzt.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung ist es, ein bidirektionales, optisches
WDM-Kommunikationssystem
zu schaffen, das dazu geeignet ist, eine erhöhte Kanaldichte in einem maximalen
Wellenlängen-Band
zu erhalten.
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Die
vorstehenden Probleme werden durch eine optische Verstärkervorrichtung
für ein
bidirektionales, optisches Kommunikationssystem, wie es in Anspruch
1 definiert ist, gelöst,
wobei das System eine erste und eine zweite, optische Sender-/Empfängereinheit
zum Senden und Empfangen von optischen Wellenlängen-Multiplex-Signalen, jeweils; eine
Lichtleitfaser, die als ein Übertragungs-Medium für ein optisches
Vorwärts-Signal,
das sich von der ersten, optischen Sender-/Empfängereinheit zu der zweiten
optischen Sender-/Empfängereinheit
bewegt, und ein optisches Rückwärts-Signal,
das sich von der zweiten, optischen Sender-/Empfängereinheit zu der ersten optischen
Sender-/Empfängereinheit
bewegt, dient, wobei sowohl das optische Vorwärts- als auch Rückwärts-Signal
aus einer Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen
zusammengesetzt ist; und wobei die optische Verstärkervorrichtung
dazu geeignet ist, die optischen Vorwärts- und Rückwärts-Signale zu verstärken, und eine
erste Verschachtelungseinrichtung zum Verschachteln der Kanäle des optischen
Vorwärts-Signals,
empfangen an dem ersten Anschluss davon, und die Kanäle des optischen
Rückwärts-Signals, empfangen
an einem zweiten Anschluss davon, entsprechend den Wellenlängen der
Kanäle,
und zum Ausgeben eines verschachtelten, optischen Signals an einem
dritten Anschluss davon; eine Lichtfaser-Verstärkereinheit zum Verstärken des
verschachtelten, optischen Signals, empfangen von dem dritten Anschluss
der ersten Verschachtelungseinrichtung, und zum Ausgeben des verstärkten, optischen
Signals; und eine zweite Verschachtelungseinrichtung zum Aufteilen
des verstärkten,
optischen Signals, empfangen an einem dritten Anschluss davon, in
die optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signale
ent sprechend den Wellenlängen,
und zum Ausgeben der optischen Vorwärts- und Rückwärts-Signale an dem ersten und
dem zweiten Anschluss davon, jeweils; umfasst.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein bidirektionales, optisches
Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssystem
zu schaffen, umfassend eine erste, optische Sender-/Empfängereinheit
zum Senden eines optischen Vorwärts-Signals,
zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Kanälen, jeweils, zugeordnet zu
Wellenlängen,
die einen erwünschten Wellenlängen-Raum
haben, während
ein optisches Rückwärts-Signal,
zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Kanälen, jeweils, zugeordnet zu
Wellenlängen,
jeweils verschachtelt zwischen zugeordneten solchen der Wellenlängen des
optischen Vorwärts-Signals, zusammengesetzt
ist; eine zweite, optische Sender-/Empfängereinheit zum Senden des optischen
Rückwärts-Signals,
während
das optische Vorwärts-Signal
empfangen wird; eine Lichtleitfaser, gekoppelt zwischen der ersten
und der zweiten, optischen Sender-/Empfängereinheit, wobei die Lichtleitfaser
als ein Übertragungs-Medium
für die
optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signale
dient; und eine optische Verstärkervorrichtung,
angeordnet an der Lichtleitfaser und so angepasst, um die Kanäle der optischen
Vorwärts- und Rückwärts-Signale,
bidirektional empfangen über
die Lichtleitfaser, entsprechend den Wellenlängen der Kanäle, zu verschachteln,
um ein verschachteltes, optisches Signal, erzeugt entsprechend dem
Verschachtelungsvorgang, zu verstärken, um das optische, verstärkte Signal
in die optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signale
entsprechend den Wellenlängen
aufzuteilen, und um bidirektional die vorwärts und rückwärts aufgeteilten, optischen
Signale über
die Lichtleitfaser zu übertragen,
wobei die optische Verstärkervorrichtung
eine erste Verschachtelungseinrichtung, eine optische Verstärkereinheit
und eine zweite Verschachtelungseinrichtung, wie sie in Anspruch
5 definiert sind, besitzt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das ein herkömmliches, bidirektionales,
optisches Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssystem
darstellt;
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2 zeigt
eine graphische Darstellung, die optische Vorwärts- und Rückwärts-Signale, dargestellt in 1,
zeigt;
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3 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das eine optische Verstärkereinheit, dargestellt in 1, zeigt;
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4 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales, optisches Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 zeigt
eine graphische Darstellung, die optische Vorwärts- und Rückwärts-Signale, dargestellt in 4,
zeigt; und
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6 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das eine optische Verstärkereinheit, dargestellt in 4, darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
der nachfolgenden Beschreibung sind zum Zwecke einer Erläuterung,
im Gegensatz zu einer Einschränkung,
spezifische Details angegeben, wie beispielsweise der besondere
Aufbau, Schnittstellen, Techniken, usw., um ein Gesamtverständnis der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Zu Zwecken der Einfachheit
und Deutlichkeit werden detaillierte Beschreibungen von ausreichend
bekannten Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren weggelassen,
um so nicht die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit unnötigen Details
zu behindern.
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4 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das ein bidirektionales, optisches WDM-Kommunikationssystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 4 dargestellt
ist, umfasst das System eine erste, optische Sender-/Empfängereinheit 500,
eine optische Verstärkereinheit 600,
eine zweite, optische Sender-/Empfängereinheit 700 und
eine Lichtleitfaser 800. Das optische Signal, gesendet
von der ersten, optischen Sender-/Empfängereinheit 500 zu
der zweiten, optischen Sender-/Empfängereinheit 700, wird
als ein optisches Vorwärts-Signal 515 bezeichnet,
wogegen das optische Signal, umgekehrt gesendet, als ein optisches
Rückwärts-Signal 715 bezeichnet
wird. Sowohl das optische Vorwärts-
als auch das optische Rückwärts-Signal 515 und 715 sind
aus einer Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen
zusammengesetzt. Das bedeutet, dass das optische Vorwärts-Signal 515 aus
einer Mehrzahl von Kanälen,
zugeordnet zu Kanälen
mit einem erwünschten
Wellenlängen-Raum
zueinander, zusammengesetzt ist. Auch ist das optische Rückwärts-Signal 715 aus
einer Mehrzahl von Kanälen,
zugeordnet zu Kanälen
mit einem erwünschten
Wellenlängen-Raum zueinander,
zusammengesetzt.
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Die
erste optische Sender-/Empfängereinheit 500 umfasst
eine Mehrzahl von ersten Sendern 510, eine Mehrzahl von
ersten Empfängern 570,
einen ersten Wellenlängen- Multiplexer 520,
einen ersten Wellenlängen-Demultiplexer 560,
einen ersten Verstärker 530,
ein erstes Dispersions-Kompensations-Modul 540 und einen
ersten, optischen Zirkulator 550.
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Im
Betrieb geben die ersten Sender 510 Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen, jeweils, aus.
Der erste Wellenlängen-Multiplexer 520 empfängt die
Kanäle
von den ersten Sendern 510 und multiplexiert die empfangenen
Kanäle,
um ein Kanal-Multiplex-Signal
zu erzeugen, das bedeutet das optische Vorwärts-Signal 515. Dann
verstärkt
der erste Verstärker 530 das
optische Vorwärts-Signal 515.
Das erste Dispersions-Kompensations-Modul 540 dient
dazu, die Dispersion des optischen Vorwärts-Signals 515 zu
kompensieren. Das bedeutet, dass das erste Dispersions-Kompensations-Modul 540 die
Verzerrung des optischen Vorwärts-Signals 515,
verursacht durch die Kanäle
des optischen Vorwärts-Signals 515,
mit unterschiedlichen Wellenlängen,
jeweils, kompensiert. Das erste Dispersions-Kompensations-Modul 540 kann
eine gepackte Dispersions-Kompensations-Faser
oder ein Dispersions-Kompensations-Fasergitter bzw. -netz sein.
Deshalb sendet der erste Zirkulator 550 das optische Vorwärts-Signal 515,
empfangen von dem ersten Dispersions-Kompensations-Modul 540,
zu der optischen Verstärkereinheit 600 über die
Lichtleitfaser 800, während
das optische Rückwärts-Signal 715 von
der optischen Verstärkereinheit 600 zu
dem ersten Wellenlängen-Demultiplexer 560 weiter
geführt wird.
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Der
erste Wellenlängen-Demultiplexer 560 demultiplexiert
das optische Rückwärts-Signal 715 in eine
Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die ersten Empfänger 570 empfangen die
Kanäle,
ausgegeben von dem ersten Wellenlängen-Demultiplexer 560. Die Lichtleitfaser 800 koppelt die
erste und die zweite, optische Sender-/Empfängereinheit 500 und 700 miteinander,
und dient als ein Übertragungs-Medium
für die
optischen Vorwärts- und
Rückwärts-Signale 515 und 715.
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Die
optische Verstärkereinheit 600 umfasst einen
zweiten Zirkulator 610, einen dritten Zirkulator 660,
eine erste Verschachtelungseinrichtung 620, eine zweite
Verschachtelungseinrichtung 650, einen zweiten Verstärker 630 und
ein zweites Dispersions-Kompensations-Modul 640.
In Benutzung sendet der zweite Zirkulator 610 das optische
Vorwärts-Signal 515,
empfangen von der ersten optischen Sender-/Empfängereinheit 500, über die
Lichtleitfaser 800 zu einem ersten Anschluss der ersten Verschachtelungseinrichtung 620,
während
das optische Rückwärts-Signal 715,
empfangen von einem zweiten Anschluss der zweiten Verschachtelungseinrichtung 650,
zu dem ersten, optischen Sender/Empfänger 500 über die
Lichtleitfaser 800 gesendet wird.
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Die
erste Verschachtelungseinrichtung 620 verschachtelt die
Kanäle
des optischen Vorwärts-Signals 515,
empfangen an seinem ersten Anschluss, und die Kanäle des optischen
Rückwärts-Signals 715,
empfangen an seinem zweiten Anschluss, entsprechend den Wellenlängen dieser
Kanäle.
Ein verschachteltes, optisches Signal 625 wird von einem dritten
Anschluss der ersten Verschachtelungseinrichtung 620 ausgegeben.
Das verschachtelte, optische Signal 625 ist aus den Kanälen des
optischen Vorwärts-Signals 515 und
den Kanälen
des optischen Rückwärts-Signals 715 zusammengesetzt. Der
zweite, optische Faserverstärker 630 verstärkt das
verschachtelte, optische Signal 625, das von dem dritten
Anschluss der ersten Verschachtelungseinrichtung 620 empfangen
ist. Das zweite Dispersions-Kompensations-Modul 640 kompensiert
die Dispersion des verstärkten,
optischen Signals 625 und legt das in der Dispersion kompensierte,
optische Signal 625 an einen dritten Anschluss der zweiten
Verschachtelungseinrichtung 650 an. Die zweite Verschachtelungseinrichtung 650 teilt
das optische Signal 625, empfangen an seinem dritten Anschluss,
in das optische Vorwärts-
und Rückwärts-Signal 515 und 715 entsprechend
den Wellenlängen
auf und gibt die optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signale 515 und 715 an
seinem ersten und zweiten Anschluss aus. Der dritte Zirkulator 660 verteilt
das optische Rückwärts-Signal 715,
das dort über
die Lichtleitfaser 800 empfangen ist, zu dem zweiten Anschluss der
ersten Verschachtelungseinrichtung 620, während das
optische Vorwärts-Signal 515,
empfangen von dem ersten Anschluss der zweiten Verschachtelungseinrichtung 650, über die
Lichtleitfaser 800 empfangen wird.
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Die
zweite optische Sender-/Empfängereinheit 700 umfasst
eine Mehrzahl von zweiten Sendern 710, eine Mehrzahl von
zweiten Empfängern 770,
einen zweiten Wellenlängen-Multiplexer 720,
einen zweiten Wellenlängen-Demultiplexer 760,
einen dritten Verstärker 730,
eine dritte Dispersions-Kompensations-Faser 740 und einen
vierten Zirkulator 750. Im Betrieb geben die zweiten Sender 710 Kanäle unterschiedlicher
Wellenlängen,
jeweils, aus. Diese Kanäle
werden das optische Rückwärts-Signal 715 bilden.
Der zweite Wellenlängen-Multiplexer 720 empfängt die
Kanäle
von den zweiten Sendern 710 und multiplexiert die empfangenen
Kanäle,
um dadurch ein kanal-multiplexiertes Signal auszugeben, das das optische
Rückwärts-Signal 715 ist.
Der dritte Verstärker 730 dient
dazu, das optische Rückwärts-Signal 715 zu
verstärken.
Das dritte Dispersions- Kompensations-Modul 740 dient
dazu, eine Dispersion des optischen Rückwärts-Signals 715 zu
kompensieren. Der vierte Zirkulator 750 sendet das optische
Rückwärts-Signal 715,
empfangen von dem dritten Dispersions-Kompensations-Modul 740,
zu der optischen Verstärkereinheit 600 über die
Lichtleitfaser 800, während
das optische Vorwärts-Signal 515, empfangen
von der optischen Verstärkereinheit 600 über die
Lichtleitfaser 800, zu dem zweiten Wellenlängen-Demultiplexer 760 gesendet
wird. Der zweite Wellenlängen-Demultiplexer 760 demultiplexiert
das optische Vorwärts-Signal 515 in
eine Mehrzahl von Kanälen
mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die zweiten Empfänger 770 empfangen
die Kanäle
von dem zweiten Wellenlängen-Teilungs-Demultiplexer 760.
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5 zeigt
eine graphische Darstellung, die die optischen Vorwärts- und
Rückwärts-Signale 515 und 715 der 4 darstellt.
Wie in 5 dargestellt ist, verwendet das bidirektionale,
optische Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssystem
der 4 ein Wellenlängen-Band,
das von 1.531 nm bis 1.554 nm reicht. Anhand von 5 kann
auch gesehen werden, dass der Wellenlängen-Raum zwischen angrenzenden
Kanälen
in dem optischen Vorwärts-
und Rückwärts-Signal 515 oder 715 2
nm ist. Das optische Vorwärts-Signal 515 besitzt
Wellenlängen
von 1.531 nm, 1.533 nm, 1.535 nm, 1.537 nm, 1.539 nm, 1.541 nm,
1.543 nm, 1.545 nm, 1.547 nm, 1.549 nm, 1.551 nm und 1.553 nm. Das
optische Rückwärts-Signal 715 besitzt
Wellenlängen
von 1.532 nm, 1.534 nm, 1.536 nm, 1.538 nm, 1.540 nm, 1.542 nm,
1.544 nm, 1.546 nm, 1.548 nm, 1.550 nm, 1.552 nm und 1.554 nm. Das
bedeutet, dass das optische Vorwärts-Signal 515 aus
einer Mehrzahl von Kanälen, zugeordnet
zu Wellenlängen,
mit einem minimalen Wellenlängen-Raum
von 2 nm, aufgebaut ist. Auch ist das optische Rückwärts-Signal 715 aus
einer Mehrzahl von Kanälen,
zugeordnet zu Wellenlängen, jeweils
verschachtelt zwischen zugeordneten solchen der Wellenlängen des
optischen Vorwärts-Signals 515,
aufgebaut. Dementsprechend wird dort, wo die optischen Vorwärts- und
Rückwärts-Signale 515 und 715 gleichzeitig
durch die Lichtleitfaser 800 der 4 laufen,
ein Wellenlängen-Raum
von 1 nm zwischen benachbarten Kanälen definiert.
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Obwohl
der Wellenlängen-Raum
der Kanäle um
die Hälfte
entsprechend einem solchen Verschachtelungsverfahren verringert
wird, ist dabei keine Erhöhung
in dem Effekt jedes Kanals in Bezug auf benachbarte Kanäle vorhanden,
da dieser Effekt nur mit Kanälen
eingesetzt wird, die in derselben Richtung laufen. Demzufolge beträgt die maximale
Zahl von Kanälen
in einem optischen Signal, das unter einem reduzierten minimalen
Wel lenlängen-Raum übertragbar
ist, 24. Als Folge erhält
das System gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Kanaldichte entsprechend zu ungefähr zweimal derjenigen des Systems,
das in 1 dargestellt ist, und zwar in demselben Wellenlängen-Band.
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6 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das die optische Verstärkereinheit 600, dargestellt
in 4, zeigt. Wie in 6 dargestellt
ist, umfasst die optische Verstärkereinheit 600,
die den zweiten Zirkulator 610, die erste Verschachtelungseinrichtung 620,
den zweiten Verstärker 630,
das zweite Dispersions-Kompensations-Modul 640, die zweite
Verschachtelungseinrichtung 650 und den dritten Zirkulator 660 aufweist,
weiterhin einen Isolator 632, eine mit Erbium dotierte
Lichtleitfaser 634, einen Wellenlängen-Auswahlkoppler 638 und eine
Laserdiode 636. Der zweite Verstärker 630 besitzt dieselben
Anordnungen wie solche des ersten und des dritten Verstärkers 530 und 730.
In der nachfolgenden Beschreibung ist die Diskussion von ähnlichen
Komponenten, die in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben sind,
weggelassen, um eine Redundanz zu vermeiden.
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Der
Isolator 632 sendet das optische Signal 625, empfangen
von dem dritten Anschluss der ersten Verschachtelungseinrichtung 620,
dort hindurch, während
verhindert wird, dass optische Signale, die in der umgekehrten Richtung
zu dem optischen Signal 625 laufen, dort hindurchführen. Das
optische Signal 625 ist aus den Kanälen des optischen Vorwärts-Signals 515 und
den Kanälen
des optischen Rückwärts-Signals 715 aufgebaut.
Demzufolge kann das Pumplicht 637, das entlang der mittels
Erbium dotierten Lichtleitfaser 634 läuft, nachdem es von der Laserdiode 636 abgegeben
ist, nicht durch den Isolator 532 hindurchführen. Die
mit Erbium dotierte Lichtleitfaser 634 verstärkt das
optische Signal 625 unter Verwendung einer induzierten
Emission von angeregten Erbiumionen. Die mit Erbium dotierte Lichtleitfaser 634 kann
durch eine mit Praseodymium-(Pr) dotierten Lichtleitfaser substituiert
werden. Die mit Pr dotierte Lichtleitfaser dient dazu, ein optisches
Eingangssignal unter Ausnutzung einer induzierten Emission von Pr-Ionen
zu verstärken.
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Das
Pumplicht 637, das dazu erforderlich ist, Erbiumionen anzuregen,
wird von der Laserdiode 636 emittiert. Der Wellenlängen-Auswahlkoppler 638 sendet
das verstärkte,
optische Signal 625 dort hindurch, so dass das verstärkte, optische
Signal 625 an den dritten Anschluss der zweiten Verschachtelungseinrichtung 650 angelegt
wird. Der Wel lenlängen-Auswahlkoppler 638 kann
auch das Pumplicht 637, aufgenommen von der Laserdiode 636,
zu der mit Erbium dotierten Lichtleitfaser 634 senden.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die optische
Verstärkervorrichtung
der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, um die Kanäle eines
optischen Vorwärts-Signals
und die Kanäle
eines optischen Rückwärts-Signals
zu verschachteln und um die verschachtelten Kanäle zu verstärken. Entsprechend diesem Aufbau
ist es möglich,
die Anzahl von duplizierten Elementen, verglichen mit herkömmlichen
Anordnungen, zu verringern. Dementsprechend erzielt die optische
Verstärkervorrichtung der
vorliegenden Erfindung Vorteile dahingehend, dass sie kostengünstig hergestellt
werden kann, während
ein hoher Integrationsgrad erreicht wird.
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Auch
kann das bidirektionale, optische Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssystem
der vorliegenden Erfindung ein optisches Vorwärts-Signal, zusammengesetzt
aus einer Mehrzahl von Kanälen, jeweils
zugeordnet zu Wellenlängen,
die einen erwünschten
Wellenlängen-Raum
haben, und ein optisches Rückwärts-Signal,
zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Kanälen, jeweils zugeordnet zu Wellenlängen, die
jeweils zwischen zugeordneten solchen der Wellenlängen des
optischen Vorwärts-Signals
verschachtelt sind, haben. Dementsprechend ist dabei ein Vorteil
dahingehend vorhanden, dass die Kanaldichte in einem maximalen Wellenlängen-Band
maximiert werden kann.
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Während diese
Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was derzeit
als die praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform angesehen wird,
sollte verständlich
werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist.
Im Gegensatz dazu ist es vorgesehen, verschiedene Modifikationen
innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche zu umfassen.