DE60004987T2

DE60004987T2 - Reine optische entfernungsmessung für faseroptische sensorsysteme mit ferngepumptem erbium-dotierten faserverstärkern

Info

Publication number: DE60004987T2
Application number: DE60004987T
Authority: DE
Inventors: W. Craig HODGSON; A. Donald FREDERICK
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-01-22
Also published as: AU2855300A; US6507679B1; WO2000070797A1; NO20015515D0; EP1175744A1; EP1175744B1; CA2369926A1; NO20015515L; ATE249117T1; DE60004987D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Sensorgruppen für akustische Erfassungssysteme.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Faseroptische interferometrische Sensoren sind vielversprechend in Anwendungen, in denen Größe, elektrische Interferenz und elektromagnetische Erfassung elektronische Sensoren unpraktisch machen. Solche interferometrischen Sensoren sind in der Lage, einen Parameter (d. h. eine Meßgröße) mit einem sehr hohen dynamischen Bereich (z. B. 120 dB) zu messen und sind bisher beispielsweise in akustischen Erfassungsanwendungen verwendet worden. Faseroptische Sensoren werden von Signalquellen mit einer optischen Signalleistung versorgt, und deren Ausgangsgröße wird von Empfängern ermittelt. In der Praxis ist jedoch die Entfernung, die die Sensoren von den Signalquellen (und von den Empfängern) trennt, durch optische Dämpfung in den Signalwellenlängen und durch nichtlineare optische Effekte im Zusammenhang mit dem Signallicht begrenzt. Es ist also schwierig, eine optische Sensorarchitektur aufzubauen, bei der die Entfernung, die den Sensor (oder die Sensoren) von der optischen Signalquelle trennt, sehr groß ist.
Die internationale Patentanmeldung WO 98/02 898 offenbart eine Zeitmultiplex-Sensorgruppenarchitektw, die Verstärker verwendet, um das Rückleitungssignal zu verstärken. Die internationale Patentanmeldung WO 98/16 017 offenbart ein System zur Laserabschaltung im Falle eines Faserrisses in einem optischen Wellenlängenmultiplexsystem.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine optische Sensorarchitektur nach Anspruch 1 bereit.
Eine erste vorteilhafte alternative Ausführungsform der Architektur weist einen zweiten optischen Verstärker auf, der in einer zweiten optischen Entfernung vom Empfänger positioniert ist. Die zweite optische Weglänge beträgt mindestens 10 km. Der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker empfangen und verstärken das gestörte optische Signal. Das verstärkte gestörte optische Signal wird an den Empfänger gesendet. Der erste optische Verstärker befindet sich zwischen dem zweiten optischen Verstärker und dem Sensor auf dem optischen Weg. Zumindest eine Pumpverteilungsfaser ist zum Pumpen des ersten optischen Verstärkers und des zweiten optischen Verstärkers vorhanden. Die mindestens eine Pumpverteilungsfaser ist mit mindestens einer Pumpquelle gekoppelt.
Eine zweite vorteilhafte alternative Ausführungsform der Architektur weist einen zweiten optischen Verstärker auf, der entlang einer Signalverteilungsfaser in einer zweiten optischen Entfernung von mindestens 10 km von der Signalquelle positioniert ist, zum Empfangen und Verstärken des optischen Signals. Mindestens eine Pumpverteilungsfaser ist zwischen mindestens einer optischen Pumpquelle und mindestens einem, nämlich dem ersten optischen Verstärker und/oder dem zweiten optischen Verstärker positioniert. In einer besonders vorteilhaften Alternative zu dieser Ausführungsform ist ein dritter optischer Verstärker entlang der Rückleitungsfaser positioniert, und mindestens eine zweite Pumpverteilungsfaser ist zum Verteilen von Pumpenergie an den dritten Verstärker vorhanden.
Eine dritte vorteilhafte alternative Ausführungsform der Architektur weist einen zweiten optischen Verstärker auf, der entlang der Rückleitungsfaser in einer zweiten optischen Entfernung von mindestens 10 km vom Empfänger positioniert ist. Der erste optische Verstärker befindet sich zwischen dem zweiten Verstärker und dem Sensor auf dem optischen Weg. Ein dritter optischer Verstärker ist entlang der Signalverteilungsfaser in einer optischen Entfernung von mindestens 10 km von der Signalquelle positioniert, zum Empfangen und Verstärken des optischen Signals. Vorzugsweise weist diese Ausführungsform eine erste, zweite und dritte Pumpverteilungsfaser zum Pumpen des ersten, zweiten bzw. dritten Verstärkers auf, und die erste, zweite und dritte Pumpverteilungsfaser sind mit der ersten, zweiten bzw. dritten Pumpquelle gekoppelt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Verteilung eines optischen Eingangssignals und zur Rückleitung eines gestörten optischen Signals von einem Sensor, der sich um das Mehrfache von 10 Kilometern von einer optischen Signalquelle, einer optischen Pumpquelle und einem optischen Empfänger entfernt befindet. Das Verfahren umfaßt den Schritt: Ausgeben des optischen Signals von der optischen Signalquelle an eine optische Signalverteilungsfaser. Das optische Signal hat eine Signalwellenlänge und einen Signalsleistungspegel. Der Signalleistungspegel ist so gewählt, daß er annähernd an oder unter einer stimulierten Brillouin-Streuungs-(SBS-)Schwelle der optischen Signalverteilungsfaser liegt. Optisches Pumplicht wird von der optischen Pumpquelle an eine optische Pumpverteilungsfaser ausgegeben. Das optische Pumplicht hat eine Pumpwellenlänge und einen Pumpleistungspegel. Der Pumpleistungspegel ist so gewählt, daß er auf oder unter einem stimulierten Raman-Streuungs-(SRS-)Schwellwert der optischen Pumpverteilungsfaser liegt. Das Verfahren weist auch den Schritt auf Koppeln eines Verteilungsverstärkers mit der Signalverteilungsfaser und mit der optischen Pumpverteilungsfaser. Der Verstärker hat eine solche Verstärkung, daß, wenn er mit Pumplicht gepumpt wird, um das optische Signal zu verstärken, ein verstärktes optisches Signal geliefert wird. Der Verteilungsverstärker ist in einer Entfernung von der optischen Pumpquelle und der optischen Signalquelle positioniert, so daß das Pumplicht und das optische Signal entsprechende Leistungspegel am Verteilungsverstärker haben, so daß der Verteilungsverstärker das verstärkte optische Signal mit einem Leistungspegel annähernd an oder unter der SBS-Schwelle ausgibt. Das verstärkte optische Signal wird in einen Sensor eingekoppelt. Der Sensor stört und verstärkt das optische Signal und erzeugt ein gestörtes optisches Signal in einer Rückleitungsfaser. Das gestörte optische Signal wird an den optischen Empfänger weitergeleitet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein optisches Signal von einer optischen Signalquelle zu einem Sensor geleitet wird, der mindestens 10 km von der Signalquelle entfernt ist und bei dem ein Verstärker entlang eines Rückleitungsbusses positioniert ist, wobei der Verstärker von einer Pumpe gepumpt wird, die Pumpenergie entlang des Rückleitungsbusses verbreitet.
1A zeigt eine Gruppe von Sensoren, die anstelle des einzelnen Sensors verwendet werden kann, der in 1 gezeigt ist.
2A zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform in 1 gleicht, außer daß die Pumpenergie für den Verstärker über eine fest zugeordnete Pumpenverteilungsfaser geleitet wird.
2B stellt bevorzugte Ausführungsformen für die Signalquelle und für einen Empfänger dar.
3 ist eine Ausführungsform, die der Ausführungsform in 1 gleicht, außer daß zwei optische Fasern entlang des Rückleitungsbusses positioniert sind.
4A stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein optisches Signal von einer optischen Signalquelle zu einem Sensor geleitet wird, der mindestens 10 km von der Signalquelle entfernt ist und bei dem ein Verstärker entlang eines Verteilungsbusses positioniert ist und ein weiterer Verstärker entlang eines Rückleitungsbusses positioniert ist, wobei die Verstärker von mindestens einer Pumpe gepumpt werden, die Pumpenergie entlang mindestens einer Pumpverteilungsfaser verbreitet.
4B gleicht der Ausführungsform in 4A, wobei eine einzelne Pumpquelle verwendet wird, um Energie entlang einer Pumpverteilungsfaser zu verbreiten, die Energie an beide optische Verstärker liefert.
5 ist eine Ausführungsform, die den Ausführungsformen in 4A und 4B gleicht, außer daß zwei optische Verstärker entlang des Rückleitungsbusses positioniert sind.
6 stellt eine Fernpumpausführungsform dar, die vorteilhafterweise optische Signalquellen verwendet, die mit zwei verschiedenen Wellenlängen arbeiten.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt, bei der eine optische Signalquelle 500 ein optisches Eingangssignal 502 in eine Signalverteilungsfaser 504 einkoppelt, die mit einem Sensor 508 optisch gekoppelt ist. Der Sensor 508 empfängt das optische Signal 502 als Eingangssignal und gibt ein gestörtes optisches Signal 510 aus (beispielweise als Antwort auf akustische Signale), das dann in eine Rückleitungsfaser 512 geleitet wird. Ein optischer Verstärker 516 befindet sich entlang der Rückleitungsfaser 512. Der optische Verstärker 516 verstärkt das gestörte optische Signal 510, bevor das verstärkte gestörte optische Signal 518 zu einem Empfänger 520 geleitet wird. Eine optische Pumpquelle 524 kann vorteilhafterweise über einen WDM-Koppler 530 mit der Rückleitungsfaser 512 gekoppelt sein, so daß Pumpenergie 528 von der optischen Pumpquelle 524 zum Verstärker 516 geleitet wird. In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, breiten sich also das gestörte optische Signal 518 und die Pumpenergie 528 entlang der Rückleitungsfaser 512 gegeneinander aus. Als Alternative kann, wie in 2A gezeigt, die Pumpenergie 528 über eine fest zugeordnete Pumpverteilungsfaser (Faser 540) geleitet werden, die direkt mit dem optischen Verstärker 516 gekoppelt ist.
Die optische Pumpquelle 524 weist vorzugsweise einen Laser auf, z. B. einen Laser mit einer Faser von 1480 nm, der eine Ausgangsleistung von bis zu 2 W haben kann. Der Verstärker 516 weist vorzugsweise eine Faser auf, die mit einem Seltenerdelement, z. B. Erbium oder Praseodym, dotiert ist, oder als Alternative kann der Verstärker 516 ein Raman-Verstärker sein. Der Sensor 508 kann vorteilhafterweise ein interferometrischer Sensor sein, z. B. ein akustischer Hydrophonsensor. In den hier offenbarten Ausführungsformen kann eine Vielzahl von Sensoren 508 anstelle eines einzelnen Sensors verwendet werden, wie in der Nebenfigur 1A dargestellt. Wenn eine Gruppe von Sensoren verwendet wird, kann das optische Eingangssignal 502 innerhalb der Sensorgruppe unter Verwendung mindestens einer aus einer Anzahl von Techniken multiplexiert werden, z. B. Frequenzmultiplexierung, Zeitmultiplexierung und Wellenlängenmultiplexierung.
In der Ausführungsform in 1 sind die optischen Entfernungen relativ groß. Insbesondere ist die optische Entfernung zwischen dem Verstärker 516 und dem Empfänger 520 vorzugsweise zwischen etwa 10 Kilometern (km) und etwa 80 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 20 km und etwa 40 km. Die optische Entfernung zwischen dem Sensor 508 und dem Empfänger 520 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 150 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 40 km und etwa 120 km.
Eine optische Architektur, bei der ein Sensor mit einer Signalquelle versorgt wird, die sich in einer großen Entfernung vom Sensor befindet, stellt spezielle Konstruktionsprobleme dar. Wenn nämlich diese Entfernung zunimmt, wird die stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) des Eingangssignals bei einer gegebenen Eingangssignalleistung beachtlicher. Ebenso wird die SBS beachtlicher, wenn die Eingangssignalleistung zunimmt. Andererseits muß genügend Eingangssignalleistung zu den Sensoren geleitet werden, so daß die Leistung des gestörten optischen Signals hinreichend über dem Rauschpegel bleibt. SBS- und SRS-Effekte in Fasern sind in den Kapiteln 8 und 9 von "Nonlinear Fiber Optics", zweite Auflage, Govind P. Agrawal, Academic Press, 1989, beschrieben.
Neben der SBS haben die Entwickler außerdem das Problem der Vermeidung der stimulierten Raman-Streuung (SRS) der Pumpquelle, die beachtlich wird, wenn die Pumpquellenleistung über der SRS-Schwelle liegt und wenn sich die Pumpenergie und das optische Signal, das zum Empfänger zurückgeleitet wird, entlang der gleichen Faser ausbreiten. Die Pumpquellenleistung muß jedoch den Verstärker mit genügend Energie versorgen, so daß das gestörte optische Signal so stark verstärkt wird, daß es den Empfänger erreicht, aber nicht so stark, daß das verstärkte gestörte optische Signal die SBS-Schwelle überschreitet. Diese Probleme werden in der vorliegenden Erfindung vermieden, indem die Fasern, die Eingangssignalleistung und die Pumpquellenleistung sorgfältig ausgewählt werden, um sowohl SBS- als auch SRS-Streuungseffekte zu vermeiden. Der Auswahlprozeß wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In Anbetracht der großen optischen Entfernungen, die hier beschrieben sind, und um SBS-Effekte zu reduzieren, können die Signalverteilungsfaser 504 und die Rückleitungsfaser 512 vorteilhafterweise große Durchmesser mit Querschnittsflächen von 30 bis 90 μm² haben. Ferner können die Fasern mit Querschnitten von 70 bis 90 μm² bis zu 2 W Pumpenergie 528 bewältigen, ohne daß SRS entsteht.
Die Anordnung der optischen Faser 516 hängt von einer Anzahl von Parametern ab. Beispielsweise erfordert ein stärkeres optisches Eingangssignal 502 eine geringere Verstärkung als ein schwächeres optisches Eingangssignal. Im allgemeinen sollte das optische Eingangssignal 502 so stark wie möglich sein, ohne zu einer bedeutenden SBS zu führen. Bei der gegenwärtigen Fasertechnologie entspricht dies einer oberen Grenze von etwa 10 mW bei der Leistung des optischen Eingangssignals 502. Die erforderliche Verstärkung hängt auch von den optischen Dämpfungen im System ab, so daß es erwünscht ist, die optischen Dämpfungen zu minimieren, wo immer es möglich ist. Beispielweise werden die Signalverteilungsfaser 504 und die Rückleitungsfaser 512 vorzugsweise so gewählt, daß sie eine möglichst geringe optische Dämpfung haben. Bei der gegenwärtigen Fasertechnologie entspricht dies 0,21 dB/km bei einer guten Faser mit 1550 nm und 0,19 dB/km bei einer erstklassigen Faser mit 1550 nm. Die örtlichen Anordnungen des Sensors 508, des Empfängers 520, der Pumpe 524 werden im allgemeinen vom Auftrag der optischen Architektur bestimmt. Die Dämpfungsbilanz für die optische Architektur kann dann ohne Berücksichtigung der Verstärkung vom optischen Verstärker 516 berechnet werden. Die Anordnung des Verstärkers 516 kann vorteilhafterweise so gewählt werden, daß das gesamte Eigenrauschen für das System etwa 8 dB unter dem gewünschten minimalen Umgebungsrauschpegel liegt. Ein Rauschpegel, der höher ist als dieser, kann einen wohlüberlegten Sicherheitsspielraum überschreiten, während ein Rauschpegel, der niedriger ist als dieser, ein übermäßig ausgelegtes System bedeuten kann, das mit niedrigeren Kosten neu konstruiert werden könnte. Der Prozeß der Auswahl und Anordnung der Verstärker wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
2A und 2B zeigen eine alternative Topologie, die die SRS-Begrenzung der Pumpe dadurch reduziert, daß eine getrennte Pumpverteilungsfaser 540 verwendet wird, um die Pumpleistung 528 an den Rückleitungsverstärker 516 zu liefern. In den Ausführungsformen von 2A und 2B ist die optische Entfernung, die den Verstärker 516 und den Empfänger 520 trennt, vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 130 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 20 km und etwa 80 km. Die optische Entfernung zwischen dem Sensor 508 und dem Empfänger 520 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 200 km und vorzugsweise zwischen etwa 40 km und etwa 120 km. 2B ist eine bevorzugte Implementierung von 2A und zeigt, daß die Signalquelle 500 vorteilhafterweise einen Laser 501a aufweist, der mit einem optischen Verstärker 501b gekoppelt ist, und daß der Empfänger 520 vorteilhafterweise um ein optisches Filter 521a (z. B. ein verstärktes Spontanemissions-(ASE-)Filter) und einen optischen Verstärker 521b erweitert werden kann – die Signalquelle 500 und der Empfänger 520 der anderen hier offenbarten Ausführungsformen können auf die gleiche Weise konfiguriert sein.
Eine weitere Ausführungsform, die die Fernpumpmerkmale der Erfindung darstellt, ist in 3 gezeigt. In 3 ist der Rückleitungsfaser 512 ein zweiter optischer Verstärker 544 (der dem Verstärker 516 ähnlich ist) hinzugefügt worden, um eine zusätzliche Verstärkung des gestörten optischen Signals 510 zu ermöglichen. Unter Verwendung der beiden optischen Verstärker 516 und 544 in der Rückleitungsfaser 512 kann die Leistung des gestörten optischen Signals 510 zuerst vom optischen Verstärker 544 und dann vom optischen Verstärker 516 verstärkt werden. Der optische Verstärker 544 ist vorzugsweise geeignet, einen mäßigen Verstärkungsbetrag (5 bis 15 dB) für ein schwaches Signal (–55 bis 20 dBm) mit einem guten Rauschverhalten (NF besser als 6 dB) bereitzustellen, wenn er mit einer relativ niedrigen Pumpleistung (2 bis 20 mW) versorgt wird. Der optische Verstärker 516 ist vorzugsweise geeignet, eine hohe Verstärkung (10 bis 35 dB) für ein schwaches Signal (–50 bis etwa –15 dBm) mit gutem Rauschverhalten (NF besser als 7 dB) bereitzustellen, wenn er mit einer niedrigen bis mäßigen Pumpleistung (5 bis 40 mW) versorgt wird.
Der optische Verstärker 544 wird vorzugsweise mit Pumpenergie 546 von einer optischen Pumpe 548 (ähnlich der optischen Pumpe 524) gepumpt, die sich über eine Pumpverteilungsfaser 552 ausbreitet. Die optische Pumpe 548 ist vorzugsweise dem Verstärker 544 fest zugeordnet; jedoch können die optischen Verstärker 516 und 544 eine Pumpquelle gemeinsam verwenden und eine Verteilungsfaser (nicht dargestellt) gemeinsam verwenden. Beispielweise kann die Pumpenergie von einer einzigen Pumpquelle (nicht dargestellt) geteilt werden und entlang getrennter Pumpverteilungsfasern zu den Verstärkern 516 und 544 geleitet werden. Als Alternative kann die Pumpenergie in eine Pumpverteilungsfaser geleitet und von einem Koppler (nicht dargestellt) geteilt werden, der entlang dieser Faser positioniert ist, wobei sich der Koppler hinter der Pumpquelle und nahe einem der Verstärker 516 und 544 befindet. Außerdem kann die gesamte Pumpenergie auch über eine Pumpverteilungsfaser zu einem der Verstärker 516 und 544 geleitet werden, wobei die Pumpenergie in diesem Verstärker geteilt wird (nicht dargestellt) und über eine Rückleitungsfaser 512 an den anderen der Verstärker geleitet wird, so daß beide Verstärker gepumpt werden.
In der Ausführungsform in 3 ist die optische Entfernung, die den Empfänger 520 und den optischen Verstärker 516 trennt, vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 100 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 20 km und etwa 80 km. Die optische Entfernung, die den Empfänger 520 vom Verstärker 544 trennt, ist vorzugsweise zwischen 10 km und etwa 150 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 40 km und etwa 150 km. Die optische Entfernung, die den Empfänger 520 vom Sensor 508 trennt, ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 200 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 40 km und etwa 180 km.
Die Signalübertragungsdämpfung entlang dieses Abschnitts der Rückleitungsfaser 512 zwischen dem optischen Verstärker 544 und dem optischen Verstärker 516 (der mit dem Bezugszeichen 554 bezeichnet ist) ist vorzugsweise kleiner als die Verstärkung, die der optische Verstärker 544 ermöglicht, so daß die Signalleistung im System auf einem Minimum ist, wenn sie in den optischen Verstärker 544 eintritt. Das heißt, die Signalleistung 556, die in den optischen Verstärker 516 eintritt, sollte vorzugsweise größer sein als der Leistungspegel des Signals 510, das in den optischen Verstärker 544 eintritt. Die Verstärkung des Verstärkers 544 kann unter Berücksichtigung der verfügbaren Pumpleistung und der Entfernung des Verstärkers 544 von der Küste bestimmt werden. Die Dämpfung zwischen den Verstärkern 544 und 516 kann bestimmt werden, indem die Dämpfung des Fasersegments 544 und die Dämpfung irgendwelcher anderer optischer Komponenten zwischen den Verstärker 544 und 516 bestimmt wird.
Eine weitere Ausführungsform ist in 4A dargestellt, in der ein Verstärker 560 entlang der Signalverteilungsfaser 504 positioniert ist. Der optische Verstärker 560 ist vorzugsweise geeignet, eine mäßige Verstärkung (10 bis 23 dB) bei einem hohen Ausgangssignal (5 bis 17 dBm) mit einem mäßigen Rauschverhalten (NF besser als 12 dB) bereitzustellen, wenn er mit einer mäßigen Pumpleistung (10 bis 50 mW) versorgt wird. Durch die Anwendung des Verstärkers 560 kann die Leistung des optischen Eingangssignals 502 kleiner sein, so daß SBS-Effekte vermieden werden. Der Verstärker 560 hat vorzugsweise eine fest zugeordnete Pumpverteilungsfaser 564 (ähnlich der Pumpverteilungsfaser 540) und kann eine optische Pumpquelle 568 (ähnlich der Pumpquelle 524) zum Erzeugen von Pumpenergie 570 haben. Die Verstärker 516 und 560 können jedoch eine gemeinsame Pumpquelle verwenden. Das optische Eingangssignal 502 wird vom Verstärker 560 verstärkt, um ein verstärktes optisches Eingangssignal 572 zu erzeugen, das zum Sensor 508 geleitet wird, in dem das optische Eingangssignal 572 vorteilhafterweise direkt unter der SBS-Grenze liegt. Vorzugsweise ist der Signalleistungspegel des Signals 572, das aus dem optischen Verstärker 560 austritt, nahezu der gleiche wie der Signalleistungspegel des Signals 502, das aus der Signalquelle 500 austritt. Wenn die Verstärker 560 und 576 die gleiche Entfernung von der Küste haben, können sie vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Gehäuse 576 enthalten sein.
In der Ausführungsform in 4A ist die optische Entfernung, die den Verstärker 560 von der Signalquelle 500 trennt, vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 130 km, wie die optische Entfernung, die den Verstärker 516 vom Empfänger 520 trennt. Besonders bevorzugt sind die optischen Entfernungen zwischen etwa 20 km und etwa 80 km. Die optische Entfernung zwischen dem Sensor 508 und dem Empfänger 520 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 200 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 40 km und etwa 180 km.
In der Ausführungsform in 4A, wie in anderen Ausführungsformen, die hier offenbart sind, kann eine Vielzahl von Sensoren 508 in einer Gruppe anstelle eines einzelnen Sensors verwendet werden.
Aufgrund des Vorhandenseins des Verstärkers 560 können jedoch zwischen 6 und 12 (oder sogar zwischen 2 und 20) Sensoren 508 anstelle von nur einem einzigen Sensor verwendet werden. Bei einer gegebenen aktuellen Fasertechnologie gibt es jedoch eine entsprechende Faustregel, nämlich daß eine Verdopplung der Anzahl der Sensoren 508 bei gleichzeitiger Beibehaltung des gleichen Leistungspegels eine Reduzierung des Abstands zwischen der Küste und den Sensoren 508 um annähern 15 km erfordert. Dagegen können die Sensoren von der Küste weiter entfernt sein, wenn mit weniger Sensoren 508 gearbeitet wird. Es erfolgt also eine Abwägung zwischen der Anzahl der verwendeten Sensoren 508 und ihrem Abstand von der Küste. Wie bereits ausgeführt, kann das optische Eingangssignal 502 in einer solchen Sensorgruppe unter Verwendung einer oder mehrerer aus einer Anzahl von Techniken multiplexiert werden, z. B. durch Frequenzmultiplexierung, Zeitmultiplexierung und Wellenlängenmultiplexierung. 4B zeigt, wie eine einzelne Pumpverteilungsfaser 565 verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Verstärkern zu pumpen, ein Prinzip, das in den anderen Ausführungsformen, die hier offenbart sind, genutzt werden kann. In der Ausführungsform in 4B koppelt eine einzelne optische Pumpquelle 569 Pumpenergie 529 in die Pumpverteilungsfaser 565 ein, die dann zu den Verstärkern 560 und 516 geleitet wird.
Wie in 5 dargestellt, kann ein zusätzlicher Verstärker entlang der Rückleitungsfaser hinzugefügt werden. Der Leistungspegel des Signals 502, das aus der Signalquelle 500 austritt, liegt vorzugsweise direkt unter der SBS-Grenze, ebenso wie der Leistungspegel des Signals 572, das aus dem optischen Verstärker 560 austritt. Der Leistungspegel des Signals 556, das in den optischen Verstärker 516 eintritt, ist vorzugsweise größer als der Leistungspegel des Signals 510, der in den optischen Verstärker 544 eintritt, so daß die Signalleistung im System auf einem Minimum ist, wenn sie in den optischen Verstärker 544 eintritt. Eine zusätzliche Pumpverteilungsfaser zum Verteilen von Pumpenergie zu diesem zusätzlichen Verteiler (wie in 3 gezeigt) ist ebenso dargestellt. Der Verstärker 560 und der Verstärker 516 können vorteilhafterweise im gleichen Gehäuse 576 angeordnet sein.
In der Ausführungsform in 5 ist die optische Entfernung zwischen dem ersten Rückleitungsverstärker 544 und dem Empfänger 520 vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 150 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 40 km und etwa 150 km. Die optische Entfernung zwischen dem zweiten Rückleitungsverstärker 516 und dem Empfänger 520 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 100 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 10 km und etwa 80 km. Die optische Entfernung zwischen dem Verteilungsverstärker 560 und der Signalquelle 500 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 100 km und besonders bevorzugt zwischen etwa 10 km und etwa 80 km. Die optische Entfernung zwischen dem Sensor 508 und dem Empfänger 520 ist vorzugsweise zwischen etwa 10 km und etwa 250 km.
Die vorliegende Erfindung weist ein Verfahren zum Wählen des Ortes oder der Orte eines oder mehrerer Verstärker in den oben beschriebenen Systemen auf. Die Orte der Verstärker werden durch eine Anzahl von optischen Parametern bestimmt; aber die Abgabe von Pumpenergie an die Verstärker wird in dem vorliegenden Verfahren verwendet, um den Ort des Verstärkers zu bestimmen.
Der Energiemenge, die einer bestimmten optischen Faser zugeführt wird, ist durch die Querschnittsfläche des Faserkerns und durch die Qualität der Faser beschränkt. Beispielweise kann eine handelsübliche Siliziumoxidfaser mit Germaniumoxid-(GeO₂-)Dotierungselementen und einer typischen Querschnittsfläche mit annähernd 2 W Pumpenergie bei 1480 nm versorgt werden, was die angenäherte stimulierte Raman-Streuungs-(SRS-)Schwelle der Faser ist. Wenn versucht wird, eine größere Pumpenergiemenge einzugeben, kann die stimulierte Raman-Streuung in der Faser auftreten, was dann Rauschprobleme verursacht und dazu fuhrt, daß ein Teil der Pumpenergie verlorengeht.
Außerdem ist die Signalenergiemenge, die einer bestimmten Faser zugeführt werden kann, auch beschränkt. Wenn ein optisches Signal in eine exemplarische GeO₂-dotierte Siliziumoxidfaser eingegeben wird, kann insbesondere stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) auftreten, wenn das optische Signal mehr Energie hat als eine SBS-Schwelle von annähernd 20 mW.
Die anfängliche Pumpenergie und die Signalenergie, die in die Pumpfaser bzw. in die Signalfaser eingegeben werden, unterliegen Dämpfungen in den jeweiligen Fasern. Eine optische Faser hat bei verschiedenen Wellenlängen verschiedene Dämpfungen. Beispielweise ist in einer exemplarischen GeO₂-dotierten Siliziumoxidfaser die Dämpfung der Faser bei einer optischen Signalwellenlänge von annähernd 1550 nm ein Minimum von annähernd 0,21 dB pro Kilometer. Andererseits ist die Pumpenergie bei 1480 nm nicht auf einer minimalen Dämpfungswellenlänge, und die Pumpenergie kann beispielweise Faserdämpfungen von annähernd 0,23 dB pro Kilometer aufweisen.
Ein exemplarischer optischer Verstärker, z. B. ein erbiumdotierter Faserverstärker (EDFA) liefert eine Verstärkung als Antwort auf die Pumpenergie, die ihm zugeführt wird. Entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Verteilungsverstärker (z. B. Verstärker 560) gewählt, um Pumpenergie in Signalenergie umzuwandeln. Beispielweise sind EDFAs verfügbar, die eine Quantenausbeute von annähernd 90% bei der Umwandlung von Pumpenergie bei 1480 nm in Signalenergie bei 1550 nm haben. Beispielweise können annähernd 23,3 mW Pumpenergie 20 mW Signalenergie erzeugen, die den Signalpegel zur SBS-Schwelle zurückbringt (20 mW = [(1480/1550) × 0,9] × 23,3 mW). Mit dieser Information wird der Ort des Verteilungsverstärkers 560 dadurch bestimmt, daß die maximale Länge der Pumpfaser berechnet wird, die verwendet werden kann, so daß die Pumpenergiemenge, die im Verteilungsverstärker 560 verbleibt, mindestens 23,27 mW beträgt. Beispielweise könnte unter Verwendung einer anfänglichen Pumpeingangsgröße von 2 W und einer Dämpfung von 0,23 dB pro Kilometer eine Länge der optischen Faser von annähernd 90 km verwendet werden. In einer bestimmten Ausführungsform wird jedoch eine Länge der optischen Faser von 73 km verwendet, um zusätzliche Kopplerdämpfungen aufzunehmen und dgl. und auch um zu ermöglichen, daß der Pumpfaser 564 ein niedrigerer anfänglicher Pumpenergiepegel zugeführt wird.
Es ist nicht vorteilhaft, den Verteilungsverstärker 560 wegen der SBS-Schwelle der optischen Signalfaser 504 vom Verstärker 560 zum Sensor 508 mit Pumpenergie zu überlasten. Die übermäßige Energie geht verloren, und stimulierte Brillouin-Streuung kann optisches Rauschen hervorrufen, das die Systemleistung verschlechtert. Wenn die Pumpleistung, die den Verteilungsverstärker 560 erreicht, über der Pumpleistung liegt, die benötigt wird, um zu bewirken, daß das optische Signal 502 bis zur SBS-Schwelle verstärkt wird, wird bevorzugt, die Pumpleistung, die dem Eingang der Pumpfaser 564 zugeführt wird, zu reduzieren.
Wenn dagegen die Pumpenergie, die den Verteilungsverstärker 560 erreicht, nicht ausreicht, um das optische Signal 502 auf die SBS-Schwelle zu verstärken, kann die Entfernung, in der der Sensor 508 vom Verteilungsverstärker 560 angeordnet ist, reduziert werden, da möglicherweise keine ausreichende Signalleistung vorhanden ist, die den Sensor 508 erreicht. Wenn in der bevorzugten Ausführungsform das optische Signal 502 durch die Verteilungsfaser 560 auf die SBS-Schwelle verstärkt wird, kann der Sensor 508 bis zu annähernd 152 km vom Verteilungsverstärker 560 oder insgesamt 225 km von der Pumpquelle 568 und der Signalquelle 500 entfernt angeordnet sein.
Nach der Wahl des Ortes des Verteilungsbusverstärkers 560 wird dann der Ort (oder die Orte) des Rückleitungsbusverstärkers 516 (oder der Verstärker 516 und 544) gewählt. In besonders bevorzugten Ausführungsformen befindet sich, wie oben beschrieben, mindestens ein Rückleitungsbusverstärker in der gleichen Entfernung von der Küste wie der Verteilungsbusverstärker 560, so daß der Rückleitungsbusverstärker 516 vorteilhafterweise im gleichen Gehäuse 576 wie der Verteilungsbusverstärker 560 untergebracht sein kann. Dadurch werden die Kosten deutlich reduziert, indem nämlich nur ein gemeinsames Gehäuse 576 für zwei Verstärker 516 und 560 vorhanden sein muß. Wenn mehr als ein Rückleitungsbusverstärker vorhanden ist, wird der Rückleitungsbusverstärker 516, der sich am nächsten zur Küste und somit am nächsten zur Pumpquelle befindet, als proximaler Rückleitungsbusverstärker bezeichnet, und ein zweiter Rückleitungsbusverstärker 544, der sich am weitesten von der Küste entfernt befindet, wird als distaler Rückleitungsbusverstärker bezeichnet.
Vorzugsweise muß der proximale Rückleitungsbusverstärker 516 nicht so viel Signalausgangsleistung bereitstellen wie der Verteilungsbusverstärker 560. Insbesondere kann der proximale Rückleitungsbusverstärker 516 so gewählt werden, daß er eine mäßige Verstärkung, geringes Rauschen, einen niedrigen bis mittlere Eingangssignalleistungsbedarf und einen niedrigen bis mittleren Pumpleistungsbedarf hat. Beispielsweise ergeben in einem exemplarischen proximalen Verstärker 516 20 mW Pumpleistung 20 bis 25 dB Verstärkung bei der Signalwellenlänge und haben eine Rauschzahl, die besser ist als 7 dB.
Der distale (d. h. am weitesten von der Küste entfernte) Rückleitungsbusverstärker 544 wird so gewählt, daß er eine niedrige Verstärkung, aber eine gute Rauschzahl bei schwachen Signalen hat, da der distale Verstärker 544 mit einem schwachen Pumpsignal 546 arbeitet, wenn man die Entfernung des distalen Verstärkers 544 von seiner Pumpquelle 548 bedenkt. In besonderen Ausführungsformen verwendet der distale Verstärker 544 eine handelsübliche erbiumdotierte Faser, die annähernd 12 dB Verstärkung aus annähernd 2 mW Pumpleistung erbringt. Der bevorzugte distale Verstärker 544 hat eine Rauschzahl, die besser ist als 6 dB. Die niedrige Verstärkung des distalen Verstärkers 544 ist ausreichend, da der Zweck des distalen Verstärkers 544 darin besteht, daß eine ausreichende Signalleistung geliefert wird, um das Signal zum proximalen Verstärker 516 zu befördern, ohne erhebliches Rauschen hinzuzufügen.
In den bevorzugten Ausführungsformen ist die Verstärkung des distalen Verstärkers 544 so gewählt, daß sie größer ist als die Verstärkung des proximalen Verstärkers 516, so daß die Signalleistung 556, die in den proximalen Verstärker 516 eingegeben wird, größer ist als die Signalleistung 510, die in den distalen Verstärker 544 eingegeben wird. Bei diesem Auswahlkriterium wird das Systemrauschverhalten bestimmt durch den Pegel der in den distalen Verstärker 544 eingegebenen Signalleistung 510 plus der Rauschzahl des distalen Verstärkers 544.
Der distale Verstärker 544 arbeitet mit sehr niedrigen Eingangspegeln des Signals 510. Beispielsweise kann der minimale Pegel der Signalleistung, die den distalen Verstärker 544 vom Sensor 508 erreicht und dennoch das Rauschverhalten des Systems zufriedenstellt, im Bereich von annähernd –30 dBm bis –60 dBm sein (d. h. in einem Bereich von annähernd 1 Mikrowatt bis annähernd 1 Nanowatt).
Wenn sich beispielweise der Sensor 508 annähernd 152 km vom Verteilungsverstärker 560 entfernt befindet, wie oben beschrieben, kann sich der distale Verstärker 544 immerhin annähernd 95 km vom Sensor 508 entfernt befinden und dennoch einen angemessenen Signalpegel empfangen. Wenn die hier beschriebenen Orte verwendet werden, an denen sich der Sensor 508 annähernd 225 km von der Küste entfernt (d. h. von den Pumpquellen 568, 524, 548 und von der Signalquelle 500 und vom Empfänger 520 entfernt) befindet und an denen sich der proximate Rückleitungsbusverstärker 516 annähernd 73 km von der Küste entfernt befindet, muß der distale Verstärker 544 nur das optische Rückleitungssignal 512 vom Sensor 508 auf den Energiepegel verstärken, der ausreicht, um annähernd 57 km bis zum proximalen Verstärker 516 zu überwinden und am proximalen Verstärker 516 mit so viel Energie einzutreffen, daß sie vom proximalen Verstärker 516 auf einen Pegel verstärkt werden kann, der ausreicht, um vom proximalen Empfänger 516 die Küste (d. h. den Empfänger 520) zu erreichen. Daher sind, wie oben beschrieben, annähernd 12 dB Verstärkung ausreichend für den distalen Verstärker 544. Vorzugsweise hat der proximale Verstärker 516 eine ausreichende Verstärkung, um das Signal 556, das vom distalen Verstärker 544 kommend empfangen wird, auf einen Energiepegel zu verstärken, der ausreicht, um die Küste mit ausreichender Energie zu erreichen, so daß die Energie, die vom Empfänger 520 empfangen wird, größer ist als der Energiepegel des Signals 556 am Eingang des proximalen Verstärkers 516. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, sind die Dämpfungen vom proximalen Verstärker 516 bis zum Empfänger 520 nicht erheblich für den Systementwurf. Insbesondere wird das Systemrauschen durch das Rauschen des Signals 556 am Eingang des proximalen Verstärkers 516 dominiert, das der Rauschzahl des proximalen Verstärkers 516 hinzugefügt wird. Da, wie oben beschrieben, die Verstärkung des distalen Verstärkers 544 größer ist als die Verstärkung des proximalen Verstärkers 516, so daß die Signaleingangsleistung 556 des proximalen Verstärkers 516 größer ist als die Signaleingangsleistung 510 des distalen Verstärkers 544, wird das Systemrauschverhalten durch den Signalleistungspegel 510, der in den distalen Verstärker 544 eingegeben wird, und durch die Rauschzahl des distalen Verstärkers 544 bestimmt. Wenn also der distale Verstärker 544 so ausgelegt ist, daß er eine befriedigende Rauschzahl hat, wird das Systemrauschverhalten auch innerhalb eines zufriedenstellenden Bereichs gehalten.
Wenn es nach der Optimierung der Orte der Verstärker und der Verstärkungen der Verstärker, wie oben beschrieben, erwünscht ist, den Sensor 508 weiter weg von der Küste (d. h. weiter weg von den Pumpquellen 568, 524, 548 und von der Signalquelle 500) zu positionieren, als es die Systemkomponenten erlauben, dann kann die exemplarische optische Faser durch eine Faser mit geringeren Dämpfungen und höheren SBS- und SRS-Schwellen ersetzt werden. Beispielweise kann eine Faser mit einem größeren Querschnitt verwendet werden. Als Alternative oder zusätzlich kann eine Faser gewählt werden, die verschiedene Dotierungselemente verwendet. Beispielsweise kann die Siliziumoxidfaser, die mit GeO₂ dotiert ist, durch eine reine Siliziumoxidfaser ohne das GeO₂-Dotierungselement ersetzt werden. In einem solchen Fall kann es notwendig sein, den Mantel herunterzudotieren (z. B. ein Fluordotierungsmittel dem Mantel hinzuzufügen), um die Laufgeschwindigkeit im Mantel zu erhöhen, um die Führung des Lichts im Kern beizubehalten. Es ist beispielsweise festgestellt worden, daß eine optimale Faser mit einem reinen Siliziumoxidkern Dämpfungen von annähernd 0,16 dB pro Kilometer im Vergleich zu Dämpfungen von annähernd 0,19 dB pro Kilometer bei einer erstklassigen herkömmlichen GeO₂-dotierten Faser haben kann.
6 stellt eine Fernpumpausführungsform dar, die vorteilhafterweise optische Signalquellen 500 und 600 verwendet, die mit Wellenlängen λ₁ bzw. λ₂ arbeiten und bei denen sich die Wellenlängen voneinander unterscheiden. Signale verschiedener Wellenlänge, wie sie hier verwendet werden, sind Signale, die durch optische Einrichtungen getrennt werden können. (Gegenwärtig ist der Industriestandard ein Abstand von 100 GHz zwischen den Wellenlängen, was bei 1550 nm 0,8 nm entspricht. Ein Abstand von 1 GHz, der bei 1550 nm 0,008 nm entspricht, ist jedoch ebenfalls nachgewiesen worden.) Die optischen Signalquellen 500 und 600 geben optische Eingangssignale 502 bzw. 503 aus, die durch entsprechende Verstärker 560 und 560' verstärkt werden, um verstärkte Ausgangssignale 572 und 572' zu erzeugen. Die verstärkten optischen Eingangssignale 572 und 572' werden über Eingangskoppler 620 und 622 zu den Sensoren 508a, 508b, 508c, 508d in einer Sensorgruppe 610 geleitet. Jeder der Koppler 620 und 622 ist optisch mit entsprechenden Paaren von Sensoren verbunden, nämlich mit 508a und 508b bzw. 508c und 508d. Die jeweiligen gestörten optischen Signale 510a, 510b, 510c, 510d von den Sensoren 508a bis 508d werden durch Ausgangskoppler 624, 626 gekoppelt, so daß jeder der Ausgangskoppler ein gestörtes optisches Signal jeweils mit der Wellenlänge λ₁ und λ₂ empfängt. Insbesondere sind die Sensoren 508a und 508c mit dem Koppler 624 gekoppelt, und die Sensoren 508b und 508d sind mit dem Koppler 626 gekoppelt, so daß das System in den Rückleitungsfasern 512 und 512' (die mit den Kopplern 624 bzw. 626 gekoppelt sind) wellenlängenmultiplexiert ist. Die gestörten optischen Signale 510a und 510c sowie 510b und 510d werden durch jeweilige Paare von Verstärkern 544 und 516 bzw. 544' und 516' verstärkt und von Empfängern 520 bzw. 520' erfaßt.
Die Verstärker 560 und 560' können durch entsprechende Pumpen 568 bzw. 568' über entsprechende Pumpverteilungsfasern 564 bzw. 564' gepumpt werden. Ferner können die Verstärker 544 und 516 durch entsprechende Pumpen 548 bzw. 524 über entsprechende Pumpverteilungsfasern 552 bzw. 540 gepumpt werden. Ebenso können die Verstärker 544' und 516' durch entsprechende Pumpen 548' bzw. 524' über entsprechende Pumpverteilungsfasern 552' bzw. 540' gepumpt werden. Die Verstärker 560, 560', 516 und 516' können vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Gehäuse 576a enthalten sein, und die Verstärker 544 und 544' können in einem gemeinsamen Gehäuse 567b enthalten sein. Obwohl die Wellenlängenmultiplexierung in 6 mit Bezug auf ein System beschrieben worden ist, das einen Verstärker an jeder Signalverteilungsfaser und ein Paar Verstärker an jeder Signalrückleitungsfaser hat, können in Abhängigkeit von der Anwendung mehr oder weniger Verstärker verwendet werden. Die bevorzugten optischen Entfernungen, die die Elemente in 6 trennen, entsprechen denen, die in der Ausführungsform in 5 angegeben sind.

Claims

Optische Sensorarchitektur, die optische Eingangssignale (502, 503) mit ersten und zweiten Wellenlängen jeweils von einer Signalquelle (500, 600) empfängt und gestörte optische Signale (510a, 510b, 510c, 510d) an einen Empfänger (520, 520') ausgibt, mit: mindestens einer Sensorgruppe (610), die die optischen Eingangssignale empfängt und die gestörten optischen Signale ausgibt; Signalverteilungsfasern (572, 572'), die zwischen der Sensorgruppe und der Signalquelle angeordnet sind, um die optischen Eingangssignale an die Sensorgruppe zu verteilen; Rückleitungsfasern (512, 512'), die zwischen der Sensorgruppe und dem Empfänger angeordnet sind, um die gestörten optischen Signale aus der Sensorgruppe in den Empfänger einzukoppeln; einem ersten optischen Verstärker (544, 544'), der entlang der Rückleitungsfaser in einer ersten optischen Entfernung von mindestens 10 Kilometern vom Empfänger positioniert ist, wobei der erste optische Verstärker die gestörten optischen Signale verstärkt, die sich zum Empfänger ausbreiten; wobei die Sensorgruppe eine Vielzahl von Sensoren (508) umfaßt, die zwischen die Signalverteilungsfasern und die Rückleitungsfasern gekoppelt sind, und so eingerichtet ist, daß die gestörten Ausgangssignale (510) über die Rückleitungsfasern wellenlängenmultiplexiert übertragen werden.
Architektur nach Anspruch 1, wobei die Sensorgruppe (610) zwei Eingangskoppler (620, 622) umfaßt, die mit entsprechenden Signalverteilungsfasern (572, 572') und mit entsprechenden Paaren der Sensoren (508a, 508b und 508e, 508d) gekoppelt sind, wobei die Sensoren mit Ausgangskopplern (624, 626) so gekoppelt sind, daß jeder der Ausgangskoppler ein gestörtes Signal (510a, 510c und 510b, 510d) mit jeder Wellenlänge empfängt, wobei die Ausgangskoppler mit entsprechenden Rückleitungsfasern gekoppelt sind.
Architektur nach Anspruch 2 mit zwei Signalverteilungsfasern (572, 572'), zwei Rückleitungsfasern (512, 512'), vier Sensoren (508a–508d), zwei ersten optischen Verstärkern (544, 544') und ferner mit: zwei Eingangssignalverstärkern (560, 560') zwischen den Signalquellen (500, 600) und der Sensorgruppe (610).
Architektur nach Anspruch 1, wobei die erste optische Entfernung zwischen dem ersten optischen Verstärker und dem Empfänger zwischen 10 km und 80 km ist.
Architektur nach Anspruch 1, wobei die erste optische Entfernung zwischen dem ersten optischen Verstärker und dem Empfänger zwischen 20 km und 40 km ist.
Architektur nach Anspruch 1, wobei eine zweite optische Entfernung zwischen über 10 km und 150 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 1, wobei eine zweite optische Entfernung zwischen 40 km und 120 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 1, ferner mit einer optischen Pumpquelle zum Pumpen des ersten optischen Verstärkers, wobei die Pumpquelle Pumpenergie durch die Rückleitungsfaser leitet.
Architektur nach Anspruch 6, wobei die Pumpquelle einen Laser aufweist.
Architektur nach Anspruch 1, wobei der erste optische Verstärker eine erbiumdotierte Faser aufweist.
Architektur nach Anspruch 1, wobei der erste optische Verstärker eine praseodymdotierte Faser aufweist.
Architektur nach Anspruch 1, wobei der erste optische Verstärker ein Raman-Verstärker ist.
Architektur nach Anspruch 1, ferner mit einer Pumpverteilungsfaser zwischen dem ersten optischen Verstärker und einer Pumpquelle, wobei die Pumpverteilungsfaser Pumpenergie von der Pumpquelle an den ersten optischen Verstärker verteilt.
Architektur nach Anspruch 11, wobei die erste optische Entfernung, die den ersten optischen Verstärker und den Empfänger trennt, zwischen 10 km und 130 km ist.
Architektur nach Anspruch 11, wobei die erste optische Entfernung, die den ersten optischen Verstärker und den Empfänger trennt, zwischen 20 km und 80 km ist.
Architektur nach Anspruch 11, wobei eine zweite optische Entfernung zwischen 10 km und 200 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 11, wobei eine zweite optische Entfernung zwischen 40 km und 120 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten optischen Verstärker, der in einer zweiten optischen Entfernung von dem Empfänger positioniert ist, wobei die zweite optische Entfernung mindestens 10 km ist, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker das gestörte optische Signal empfangen und verstärken, wobei das verstärkte gestörte optische Signal an den Empfänger gesendet wird, wobei der erste optische Verstärker zwischen dem zweiten optischen Verstärker und dem Sensor im Lichtweg angeordnet ist; und mindestens einer Pumpverteilungsfaser zum Pumpen des ersten optischen Verstärkers und des zweiten optischen Verstärkers, wobei die mindestens eine Pumpverteilungsfaser mit mindestens einer Pumpquelle gekoppelt ist.
Architektur nach Anspruch 16, mit entsprechenden ersten und zweiten Pumpverteilungsfasern zum Pumpen des ersten optischen Verstärkers bzw. des zweiten optischen Verstärkers.
Architektur nach Anspruch 16, wobei die zweite optische Entfernung, die den Empfänger von dem zweiten optischen Verstärker trennt, zwischen 10 km und 100 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei die zweite optische Entfernung, die den Empfänger von dem zweiten optischen Verstärker trennt, zwischen 20 km und 80 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei die erste optische Entfernung, die den Empfänger von dem ersten optischen Verstärker trennt, zwischen 10 km und 150 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei die erste optische Entfernung, die den Empfänger von dem ersten optischen Verstärker trennt, zwischen 40 km und 150 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei eine dritte optische Entfernung, die den Empfänger von dem mindestens einen Sensor trennt, zwischen 10 km und 200 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei eine dritte optische Entfernung, die den Empfänger von dem mindestens einen Sensor trennt, zwischen 40 km und 180 km ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei die Leistung des optischen Signals, das in den zweiten optischen Verstärker eintritt, größer ist als die Leistung des optischen Signals, das in den ersten optischen Verstärker eintritt.
Architektur nach Anspruch 16, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker mit einer ersten Pumpquelle bzw. einer zweiten Pumpquelle gekoppelt sind.
Architektur nach Anspruch 16, ferner mit der mindestens einen optischen Pumpquelle.
Architektur nach Anspruch 26, wobei die mindestens eine Pumpquelle einen Laser aufweist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker eine Faser aufweisen, die mit Erbium oder Praseodym dotiert ist.
Architektur nach Anspruch 16, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker Raman-Verstärker sind.
Architektur nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten optischen Verstärker, der entlang der Signalverteilungsfaser in einer zweiten optischen Entfernung von mindestens 10 km von der Signalquelle positioniert ist, zum Empfangen und Verstärken des optischen Signals; mindestens einer Pumpverteilungsfaser zwischen mindestens einer optischen Pumpquelle und mindestens einem, nämlich dem ersten optischen Verstärker und/oder dem zweiten optischen Verstärker.
Architektur nach Anspruch 30 mit: einer ersten Pumpverteilungsfaser zwischen dem ersten optischen Verstärker und einer ersten optischen Pumpquelle; und einer zweiten Pumpverteilungsfaser zwischen dem zweiten optischen Verstärker und einer zweiten optischen Pumpquelle.
Architektur nach Anspruch 30, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sind.
Architektur nach Anspruch 30, wobei mindestens eine, nämlich die erste und/oder die zweite optische Entfernung zwischen 10 km und 130 km ist.
Architektur nach Anspruch 30, wobei mindestens eine, nämlich die erste und/oder die zweite optische Entfernung zwischen 20 km und 80 km ist.
Architektur nach Anspruch 30, wobei eine dritte optische Entfernung zwischen 10 km und 200 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 30, wobei eine dritte optische Entfernung zwischen 40 km und 180 km den Sensor und den Empfänger trennt.
Architektur nach Anspruch 30, ferner mit der mindestens einen optischen Pumpquelle.
Architektur nach Anspruch 30, wobei die mindestens eine optische Pumpquelle einen Laser aufweist.
Architektur nach Anspruch 30, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker eine Faser aufweisen, die mit Erbium oder Praseodym dotiert ist.
Architektur nach Anspruch 30, wobei der erste optische Verstärker und der zweite optische Verstärker einen Raman-Verstärker aufweisen.
Architektur nach Anspruch 30, ferner mit: einem dritten optischen Verstärker entlang der Rückleitungsfaser; und mindestens einer zweiten Pumpverteilungsfaser zum Verteilen von Pumpenergie an den dritten Verstärker.
Architektur nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten optischen Verstärker, der entlang der Rückleitungsfaser in einer zweiten optischen Entfernung von mindestens 10 km vom Empfänger positioniert ist, wobei der erste optische Verstärker zwischen dem zweiten Verstärker und dem Sensor im Lichtweg angeordnet ist; und einem dritten optischen Verstärker, der entlang der Signalverteilungsfaser in einer optischen Entfernung von mindestens 10 km von der Signalquelle positioniert ist, zum Empfangen und Verstärken des optischen Signals.
Architektur nach Anspruch 42, mit einer ersten, zweiten bzw. dritten Pumpverteilungsfaser zum Pumpen des ersten, zweiten bzw. dritten Verstärkers, wobei die erste, zweite und dritte Pumpverteilungsfaser mit einer ersten, zweiten bzw. dritten Pumpquellen gekoppelt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der dritte optische Verstärker und der zweite optische Verstärker in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der erste optische Verstärker und der Empfänger um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 150 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der erste optische Verstärker und der Empfänger um eine optische Entfernung zwischen 40 km und 150 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der zweite optische Verstärker und der Empfänger um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 100 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der zweite optische Verstärker und der Empfänger um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 80 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der dritte Verstärker und die Signalquelle um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 100 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der dritte optische Verstärker und die Signalquelle um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 80 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der Sensor und der Empfänger um eine optische Entfernung zwischen 10 km und 250 km getrennt sind.
Architektur nach Anspruch 42, wobei die Leistung des optischen Signals, das in den zweiten optischen Verstärker eintritt, größer ist als die Leistung des optischen Signals, das in den ersten optischen Verstärker eintritt.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der erste, zweite und dritte Verstärker eine Faser aufweisen, die mit Erbium oder Praseodym dotiert ist.
Architektur nach Anspruch 42, wobei der erste, zweite und dritte Verstärker einen Raman-Verstärker aufweisen.
Architektur nach Anspruch 1, 16, 30 oder 42, ferner mit dem Empfänger zum Empfangen des verstärkten gestörten optischen Signals.
Architektur nach einem der Ansprüche 1, 16, 30 oder 42, wobei der Sensor ein interferometrischer Sensor ist.
Architektur nach Anspruch 56, wobei der Sensor ein akustischer Sensor ist.
Architektur nach Anspruch 1, 16, 30 oder 42, wobei der mindestens eine Sensor eine Gruppe von Sensoren umfaßt.
Architektur nach Anspruch 58, wobei die Gruppe zwischen 6 und 12 Sensoren umfaßt.
Architektur nach Anspruch 58, wobei das Gruppe zwischen 2 und 20 Sensoren umfaßt.
Architektur nach Anspruch 58, wobei das optische Eingangssignal in der Gruppe nach mindestens einer Anordnung multiplexiert ist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus Frequenzmultiplexierung, Zeitmultiplexierung und Wellenlängenmultiplexierung besteht.
Verfahren zur Verteilung von optischen Eingangssignalen (502, 503) an eine Sensorgruppe (610) und Zurückleiten von gestörten optischen Signalen (510a, 510b, 510c, 510d) von diesem über einen ersten optischen Verstärker (516, 516'), der mindestens 10 km von einem Empfänger (520, 520') angeordnet ist, wobei das Verfahren umfaßt: Empfangen der optischen Eingangssignale über entsprechende Signalverteilungsfasern (572, 572') von der optischen Signalquelle in der Sensorgruppe, wobei das erste und zweite optische Eingangssignal eine erste bzw. zweite Wellenlänge aufweisen; Stören der optischen Eingangssignale unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren (508) des Gruppe, um die gestörten optischen Ausgangssignale zu erzeugen; Ausgeben der gestörten optischen Ausgangssignale über Rückleitungsfasern (512, 512') an den Empfänger, wobei die Ausgangssignale über die Rückleitungsfasern wellenlängenmultiplexiert übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 64 mit dem Schritt: Anordnen des Verteilungsverstärkers und des Rückleitungsverstärkers in einem gemeinsamen Gehäuse.
Verfahren nach Anspruch 64 mit dem Schritt: Positionieren eines zweiten Rückleitungsverstärkers entlang der Rückleitungsfaser zum Verstärken des gestörten optischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 66, wobei der zweite Rückleitungsverstärker entlang der Rückleitungsfaser zwischen dem ersten Rückleitungsverstärker und dem Sensor positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 67, wobei der Leistungspegel des gestörten optischen Signals, das in den ersten Rückleitungsverstärker eintritt, größer ist als der Leistungspegel des gestörten optischen Signals, das in den zweiten Rückleitungsverstärker eintritt.
Verfahren nach Anspruch 66 mit dem Schritt: Koppeln einer optischen Pumpverteilungsfaser mit jedem der Verstärker.
Verfahren nach Anspruch 64, wobei der Sensor eine Gruppe von Sensoren umfaßt.