DE69832129T2

DE69832129T2 - Optisches Übertragungssystem mit Farbzerstreuungskompensator

Info

Publication number: DE69832129T2
Application number: DE69832129T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Grasso; Aldo Righetti; Paolo Ottolenghi; Fabio Donati
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: EP0887956A1; JPH1174839A; AU753237B2; CA2241043A1; AR016083A1; DE69832129D1; EP0887956B1; IT1292403B1; NZ330704A; AU7312698A; BR9802049A; ITMI971483A0; ITMI971483A1

Description

Die vorliegende Übersetzung betrifft ein optisches Übertragungssystem und ein Verfahren zur Übertragung von optischen Signalen.
Die Verwendung von Glasfasern zum Senden optischer Signale, die die über eine Entfernung mitzuteilenden Informationen tragen, ist in der neuen Telekommunikationstechnik bekannt.
Die längs einer Faser gesendeten optischen Signale werden gedämpft, so daß es notwendig sein kann, den Signalleistungspegel vom Leitungsende nahe der Sendestation mittels eines Leistungsverstärkers (Booster) zu verstärken.
Ein Vorverstärker ist in der Regel am Leitungsende nahe der Empfangsstation vorhanden, um den Leistungspegel des Signals in einen Wertebereich zu bringen, der für die Empfangsausrüstungen geeignet ist.
Es sind optische Verstärker auf der Basis der Eigenschaften eines Fluoreszenzdotanden, zum Beispiel Erbium, bekannt, welcher, wenn er entsprechend durch die Anwendung von Pumplichtenergie angeregt wurde, eine hohe Emission in dem Wellenband erzeugt, das der Mindestdämpfung der Quarzglasfasern entspricht.
Faseroptische Verstärker, zum Beispiel erbiumdotierte Lichtwellenleiterverstärker, sind zum Beispiel aus der Patentanmeldung EP 677.902 bekannt.
Um die Länge der Übertragungsleitung zu erhöhen, ist die Verwendung von optischen Leitungsverstärkern bekannt, die an vorgegebenen Orten längs der Leitung angeschlossen sind, um periodisch die Leistung der übertragenen Signale zu erhöhen.
Die Länge der Glasfaserabschnitte zwischen dem Leistungsverstärker und dem Vorverstärker in dem Fall von Übertragungsleitungen ohne Zwischenverstärker oder die Länge der Faserabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Leitungsverstärkern in dem Fall von Leitungen mit Leitungsverstärkern ist durch die verfügbare optische Leistung an dem Eingang des Abschnittes begrenzt.
Der Patentanmelder ist an das Problem der Übertragung von Signalen in optischen Übertragungssystemen mit mittleren oder langen Abschnitten, zum Beispiel denen mit einer Länge von zwischen 100 und 1.000 km und vorzugsweise mit einer Länge von zwischen 200 und 400 km herangegangen. Insbesondere ist der Patentanmelder an das Problem der Übertragung von optischen Signalen in Übertragungssystemen herangegangen, die einen einzelnen Glasfaserabschnitt mit einer Länge von zwischen 200 und 400 km umfassen.
Es ist bekannt, daß ein optisches Signal, das sich längs einer Glasfaser ausbreitet, in dem Fall von hoher optischer Leistungsdichte die induzierte Brillouin-Streuung (SBS) hervorrufen kann. Dieses Phänomen kann eine Störquelle bilden, welche den korrekten Empfang des Signals an dem Ende der Glasfaser behindern oder beeinträchtigen kann.
Es ist ebenfalls bekannt, zum Beispiel aus der US-Patentschrift 4,560,246 (Cotter) und dem EP 565.035 (Hitachi), daß die optische Schwellenleistung des Phänomens der induzierten Brillouin-Streuung in einer Glasfaser in dem Fall des Erweiterns der Frequenzbänder durch Phasenmodulation des sich ausbreitenden optischen Signals zunimmt.
Die Bandbreitenwerte, die erforderlich sind, um die SBS zu verhindern, können von einem Fachmann aus den entsprechenden Leistungswerten berechnet werden, zum Beispiel auf der Basis der Informationen in den zitierten Patenten. Wenn die Bandbreite nicht ausreichend ist, kann diese Bandbreite durch bekannte Verfahren vergrößert werden.
Das Erweitern des Frequenzbandes ist nicht notwendig, wenn das Signal ein ausreichend breites Band, um das Auftreten der SBS zu verhindern, zum Beispiel zwischen 0,3 und 1,5 nm, und eine Leistung kleiner als 30 dBm (1 W) aufweist.
Insbesondere hat der Patentanmelder beobachtet, daß Signale dieses Typs durch direkte Halbleiterlasermodulation, zum Beispiel mit digitalen Signalen bei 2,5 Gbit/s, und deren Verstärkung auf geeignete Leistungen, bevor sie an die Faser gesendet werden, erhalten werden können. In diesem Fall ist das Erweitern der Leitung dem Phänomen des "Laserchirpens" der Signalwellenlänge zuzuschreiben, das sich auf die direkte Halbleiterlasermodulation bezieht, was eine Schwankung der Signalwellenlänge während der Emission der Impulse insbesondere an den ansteigenden oder abfallenden Flanken in dem Fall eines digitalen modulierenden Signals zur Folge hat.
Die JP-Patentanmeldung Nr. 4-191709 offenbart ein optisches Übertragungsverfahren, um der Wellenlängendispersion unter Verwendung eines Phasenkonjugationselementes in einer Position, wo die Wellenlängendispersion auf der Upstreamseite des Elementes gleich der Dispersion auf seiner Downstreamseite ist, entgegenzuwirken. Es ist erwähnt, daß die direkte Modulation des Halbleiterlasers das Wellenlängenchirpen verursacht, so daß es möglich ist, die optische Übertragung durchzuführen, ohne daß sie durch die Wellenlängendispersion beeinflußt wird.
Es ist bekannt, daß die in Übertragungsleitungen verwendeten Glasfasern die chromatische Dispersion aufweisen auf Grund der Kombination der Charakteristika des Brechungsindexprofils und des Materials, aus dem sie bestehen, welche sich mit der Wellenlänge des übertragenen Signals ändert und bei einem bestimmten Wert λ₀ der Wellenlänge kompensiert wird.
Dieses Phänomen der chromatischen Dispersion besteht im Wesentlichen in der Tatsache, daß sich die verschiedenen Farbkomponenten jedes Impulses, die jede durch ihre eigene Wellenlänge gekennzeichnet ist, in der Faser mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausbreiten.
Es sind Stufenindex(SI)-Monomode-Glasfasern bekannt. Diese Fasern weisen einen Null-Streupunkt in dem Spektralbereich um 1.300 nm herum auf und weisen eine positive Streuung pro spezifische Wellenlänge von ungefähr 17 bis 18 ps/(nm·km) für Signale mit Wellenlängen in dem Band zwischen ungefähr 1.530 nm und ungefähr 1.560 nm auf.
Es sind Glasfasern mit einem verschobenen Null-Farbstreupunkt oder DS-Fasern (dispersionsverschobene Fasern) bekannt. Die optischen Charakteristika von DS-Fasern sind ausgelegt, so daß sie den Null-Farbstreupunkt zu einer Wellenlänge in dem Bereich zwischen 1.500 und 1.600 nm verschieben, welcher im Allgemeinen für die Telekommunikation verwendet wird.
Fasern dieser Art sind in der ITU-T Recommendation G.653 vom März 1993 definiert, in welcher spezifiziert ist, daß die chromatische Dispersion der Faser nominell bei einer Wellenlänge λ₀ von 1.550 nm mit einer Toleranz von 50 nm bezüglich dieses Wertes kompensiert wird.
DS-Fasern sind zum Beispiel in den US-Patentschriften 4,715,679, 4,822,399 und 4,755,022 beschrieben und werden von Corning (USA) unter dem Markennamen SMF/DS^TM und von Fibre Ottiche Sud (Italien) unter dem Markennamen SM DS auf den Markt gebracht.
Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung wird der Begriff "dispersionsverschobene Faser" im Allgemeinen eine Monomode-Glasfaser bezeichnen, die eine relativ geringe Dispersion in dem dritten Telekommunikationsfenster im Vergleich mit Standard-SI-Fasern aufweist, d.h. eine Faser, die eine Null-Dispersionswellenlänge λ₀ in dem Bereich zwischen 1.450 und 1.650 nm aufweist.
Es ist bekannt, daß hohe Werte der chromatischen Dispersion zum Beispiel in dem Fall von interkontinentalen optischen Übertragungsleitungen mit Längen der Größenordnung von vielen Tausenden von Kilometern entsprechend kompensiert werden müssen, um den korrekten Empfang der Signale zu erlauben.
Zum Beispiel können in Anwesenheit von Leitungen mit positiver Streuung Glasfasern mit negativer Streuung des in der US-Patentschrift 5,361,319 oder der US-Patentschrift 5,448,674 oder in der Patentanmeldung JP 1-295,207 beschriebenen Typs verwendet werden.
Andere Beispiele von Zerstreuungskompensatoren sind Glasfaser-Bragg-Filter mit variabler Teilung (gechirpt), zum Beispiel des in dem Artikel von F. Ouellette, veröffentlicht in Optics Letters, Vol. 12, No. 10, pp. 847–849, im Oktober 1987, oder in der US-Patentschrift 4,953,939 beschriebenen Typs.
K. M. Guild et al. beschreiben in "Unrepeated transmission over 415 km at 2.5 Gbit/s with Raman gain and +26.5 launch", veröffentlicht in Electronics Letters, vol. 32 (1996), p. 2087, Systemkonfigurationen ohne Repeater, in welchen die Systemfaser einen ersten Abschnitt von 40 km von langer λ₀ dispersionsverschobener Faser aufweist, wohingegen der restliche Abschnitt oder Abschnitte der Systemfaser aus reiner Quarzkernfaser ist. Eine dispersionskompensierende Faser ist nach der Übertragungsleitung und vor dem Empfänger angeordnet.
Ein Übertragungssystem ohne Repeater ist in "529 km unrepeated transmission at 2.488 Gbit/s using dispersion compensation, forward error correction, and remote post- und pre-amplifiers pumped by diode-pumped Raman lasers" von P. B. Hansen et al., veröffentlicht in Electronics Letters, vol. 31 (1995), p. 1460, beschrieben. In dem offenbarten System ist ein Signalpegel, der auf ein Maximum von 26,5 dBm verstärkt wurde, in den Anfangsfaserabschnitt eingekoppelt, der aus 74,8 km dispersionsverschobener Faser besteht. Die restlichen Segmente der Faser sind verlustarme Quarzkernfaser. An dem Empfangsgerät geht ein optischer Vorverstärker einem dispersionskompensierenden Modul voran.
Ein 410 km-System ohne Repeater ist in "Unrepeatered transmision at 2.5 Gbit/s over 410 km with a single remote amplifier und dispersion compensation" von M. S. Chaudry et al. offenbart, veröffentlicht in Electronics Letters, vol. 30 (1994), p. 2061. Das Signal ist in 88 km verlustarmer reiner Quarzkernfaser eingekoppelt, gefolgt von einem 234 km-Abschnitt aus nicht-dispersionsverschobener Faser. Der abschließende Übertragungsfaserabschnitt besteht aus 88 km reiner Quarzkernfaser. Eine dispersionskompensierende Faser bietet Kompensation für 240 km nicht-dispersionsverschobene Faser. Die Verwendung von Standardfaser mit Zerstreuungskompensation in dem Gerät soll von Vorteil infolge der geringeren Übertragungsverluste sein, die im Vergleich mit der dispersionsverschobenen Faser erreichbar sind.
Jedoch nimmt man an, daß die Kompensation in Anwesenheit einer chromatischen Dispersion von begrenztem Ausmaß, zum Beispiel von kleiner als 1.500 ps/nm, nicht notwendig ist, wie zum Beispiel die, welche sich in SI-Faserabschnitten mit einer Länge von kleiner als ungefähr 80 km oder in DS-Faserabschnitten mit einer Länge von bis zu 1.000 km ansammelt.
Die US-Patentschrift 5,355,240 (Prigent et al.) beschreibt das Implementieren einer Lichtwellenleiterverbindung, wenn die Übertragung von Informationen über die Verbindung abhängig von nichtlinearen Effekten in dem Maße ist, daß die Korrektur eines solchen Effektes notwendig ist. Eine Verbindung dieser Art ist in der Regel eine Weitverkehrsverbindung wie zum Beispiel eine interkontinentale Verbindung, welche von ungefähr 3.000 bis 10.000 km lang oder sogar länger sein kann. Die Patentschrift gibt an, daß die beschriebene Erfindung für kürzere Verbindungen anwendbar sein kann, wenn sie eine hohe mittlere optische Nennleistung aufweisen. Die Korrekturmaßnahmen zum Begrenzen der nachteiligen Folgen der chromatischen Dispersion und/oder der nichtlinearen Effekte umfassen an dem Ausgang der Übertragungsleitung einen Zerstreuungskompensator, der angepaßt ist, um die Dispersion in der entgegengesetzten Richtung und von geringerem Absolutwert als die Leitungsdispersion anzuwenden.
Die US-Patentschrift 5,343,322 (Pirio et al.) beschreibt ein System für die Übertragung des digitalen Signals durch Glasfasern über sehr große Entfernung, mit Zerstreuungskompensation beim Empfang. Die Sendestation und die Empfangsstation sind durch eine Monomode-Glasfaser mit negativer chromatischer Dispersion auf der Betriebswellenlänge des Systems verbunden, das eine Länge von mindestens ein Tausend Kilometer aufweist. Die Empfangsstation umfaßt eine Vorrichtung, um die Verzerrungen infolge der nichtlinearen Effekte und der durch die Übertragungsleitung eingebrachten Dispersion zu kompensieren. Die Patentschrift gibt an, daß der nichtlineare Effekt in dem gewöhnlichen Einsatzgebiet der optischen Systeme vernachlässigbar ist, aber nicht vernachlässigbar für sehr hohe Leistungswerte (der Größenordnung von 1 W) oder für sehr große Ausbreitungsentfernungen bei vernünftigen Leistungspegeln (einige Tausend Kilometer in einem periodischen Verstärkungssystem) wird. Die zitierte Patentschrift gibt ebenfalls an, daß er in der Nahverkehrsübertragung, da die mittlere angeschlossene optische Leistung in der Berechnung der Verzerrungskompensation nicht ins Spiel kommt, vorteilhaft erhöht werden kann, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen und folglich die Bitfehlerrate (BER) zu verringern.
Der Patentanmelder hat beobachtet, daß entgegen dem, was im Stand der Technik offenbart ist, Probleme der Leistungsverzerrung bei Leistungen von kleiner als 1 W auftreten, zum Beispiel sogar bei Leistungen von mehr als 18 dBm pro Kanal in mittelkurzen optischen Leitungen, zum Beispiel mit Längen von kleiner als 1.000 km, aber mit einer mittellangen Länge der Abschnitte, wie vorher angegeben wurde.
Der Patentanmelder hat festgestellt, daß diese Verzerrungsprobleme in hohem Maße durch Kompensieren der Signaldispersion in einem Abschnitt des Kommunikationssystems begrenzt werden können, der zwischen dem Ende des Abschnittes (vorzugsweise der Ausgang des optischen Vorverstärkers) und dem Eingang der optischen Empfangsstationen liegt. Insbesondere hat der Patentanmelder festgestellt, daß die Signalverzerrung durch Kompensieren der Dispersion, die durch die Signale längs der Leitung angesammelt wurde, mit einer Dispersion von entgegengesetztem Vorzeichen zu der angesammelten Dispersion und größer als sie im Absolutwert begrenzt werden kann.
In einem ersten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Übertragungssystem, umfassend:

– eine Sendestation, die fähig ist, ein optisches Signal zu emittieren, das eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist;
– eine Glasfaser-Übertragungsleitung, die fähig ist, das optische Signal zu übertragen, umfassend die dispersionsverschobene Faser mit einer Länge von zwischen 100 km und 1.000 km;
– eine optische Empfangsstation, die fähig ist, das optische Signal zu empfangen, und
– einen chromatischen Dispersions-Überkompensator zwischen der Übertragungsleitung und dem optischen Empfänger.

Vorzugsweise weist die Glasfaser-Übertragungsleitung eine Länge von zwischen 200 und 400 km auf.
Vorzugsweise weist das Signale eine Leistung von zwischen 19 und 23 dBm auf.
Vorzugsweise weist das Signal eine Bandbreite von zwischen 0,3 und 1,5 nm auf; mehr vorzugsweise ist sie zwischen 0,3 und 1,0 nm, und noch mehr vorzugsweise ist sie zwischen 0,3 und 0,6 nm.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Sendestation fähig, mindestens ein zweites optisches Signal auf einer Wellenlänge zu übertragen, die von der Wellenlänge des ersten Signals verschieden ist, wobei das zweite Signal eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist.
Vorzugsweise umfaßt die Übertragungsleitung einen optischen Verstärker, zum Beispiel einen erbiumdotierten Faserverstärker. Vorzugsweise weist das Signal eine Wellenlänge in dem Band 1.530 bis 1.560 nm auf. Vorzugsweise umfaßt die Sendestation eine Direktmodulations-Laserquelle, und/oder einen optischen Leistungsverstärker.
In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Übertragen optischer Signale, umfassend die folgenden Stufen:

– Erzeugen eines optischen Signals, das eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist;
– Übertragen des optischen Signals längs einer Glasfaser-Übertragungsleitung, umfassend die dispersionsverschobene Glasfaser mit einer Länge von zwischen 100 und 1.000 km, die in dem Signal eine chromatische Dispersion von weniger als 1.500 ps/nm infolge der Übertragung in dem Abschnitt verursacht;
– Verstärken des Signals;
– Empfangen des Signals, und
– Kompensieren der chromatischen Dispersion des Signals.

Die Stufe des Kompensierens der chromatischen Dispersion umfaßt das Anwenden auf das Signal einer chromatischen Dispersion von entgegengesetztem Wert und größer im Absolutwert als die chromatische Dispersion, welcher das Signal ausgesetzt ist.
Weitere Informationen können aus der folgenden Beschreibung mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen erhalten werden, welche zeigen:
in 1a – ein Schema eines optischen Übertragungssystems;
in 1b – ein Schema eines optischen Leistungsverstärkers (Booster);
in 2 – ein Kurvenbild der Ausgangsleistung als eine Funktion der Wellenlänge eines Leistungsverstärkers, der für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
in 3 – ein Kurvenbild der Bitfehlerrate als eine Funktion der Leistung an dem Vorverstärker für ein optisches Kommunikationssystem mit der Änderung der Zerstreuungskompensation, in einem ersten experimentellen Versuch;
in 4 – ein Kurvenbild der Bitfehlerrate als eine Funktion der Leistung an dem Vorverstärker für ein optisches Kommunikationssystem mit der Änderung der Signalbandbreite in einem ersten experimentellen Versuch;
in 5 – ein Kurvenbild der Bitfehlerrate als eine Funktion der Leistung an dem Vorverstärker für ein optisches Kommunikationssystem mit der Änderung der Signalbandbreite, in einem zweiten experimentellen Versuch.
Mit Verweis auf 1a, welche ein Blockdiagramm eines Glasfaser-Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, umfaßt eine Sendestation 104 Quellen von optischen Signalen, die fähig sind, entsprechende Übertragungssignale zu emittieren. Die Figur zeigt zwei Quellen 101 und 102, bei verschiedenen Wellenlängen, und einen WDM-Koppler 103, der fähig ist, die Übertragungssignale in einen gemeinsamen optischen Weg zu koppeln. Die Anzahl der optischen Signalquellen kann verschieden von zwei sein, zum Beispiel größer. Der verwendete WDM-Koppler ist für die Anzahl der Signale und ihre Wellenlängen geeignet. Es ist auch möglich, eine einzelne optische Signalquelle auf einer einzelnen Wellenlänge zu verwenden. In diesem Fall kann der WDM-Koppler weggelassen werden.
Im Allgemeinen bezeichnet der Begriff "WDM-Koppler" eine Vorrichtung oder ein Gerät, die/das fähig ist, die Eingangssignale, die verschiedene Wellenlängen aufweisen, in eine einzelne Ausgangsfaser zu kombinieren, vorzugsweise mit minimalen Verlusten. Beispiele solch eines Kopplers sind Interferenzfilter, geschweißte Faserkoppler, dichroitische Spiegel und gleichartige, die gemäß den erforderlichen Funktionen ausgewählt wurden.
Die Wellenlängen der optischen Signale, die durch die Quellen erzeugt wurden, liegen vorzugsweise innerhalb des Bereiches 1.530 bis 1.560 nm.
Die Übertragungssignale werden durch entsprechende unabhängige Signale moduliert, zum Beispiel digitale elektrische Signale bei 2,5 Gbit/s oder sogar bei höheren Frequenzen, zum Beispiel 5 oder 10 Gbit/s oder sogar höher.
Die optischen Signale können durch Direktmodulation der Laser 101, 102 oder alternativ mittels optischer Modulatoren moduliert werden. Elektrooptische Mach-Zehnder-Modulatoren oder Elektroabsorptionsmodulatoren zum Beispiel können innerhalb des Anwendungsbereiches der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wenn die zu übertragenden optischen Signale durch Quellen von Signalen erzeugt werden, die ihre eigenen Übertragungscharakteristika aufweisen (wie zum Beispiel Wellenlänge, Bandbreite, Typ der Modulation, Leistung), die von denen verschieden sind, die für die spezifizierte beschriebene Verbindungsleitung spezifiziert wurden, kann die Sendestation 104 Schnittstelleneinheiten umfassen, die in der Figur nicht gezeigt sind, die fähig sind, die durch die Quellen 101, 102 erzeugten optischen Signale zu empfangen, sie zu demodulieren, sie mit neuen Charakteristika zu regenerieren, die für das Übertragungssystem geeignet sind, und sie an den Multiplexer 103 zu senden.
Die US-Patentschrift 5,267,073 im Namen des vorliegenden Patentanmelders, deren Beschreibung zur Bezugnahme aufgenommen wurde, beschreibt Schnittstelleneinheiten, die insbesondere einen Sendeadapter, der fähig ist, ein optisches Signal an dem Eingang in eine Form umzuwandeln, die für die optische Übertragungsleitung geeignet ist, und einen Empfangsadapter, der fähig ist, das gesendete Signal in eine Form zurückzuwandeln, die für die Empfangseinheit geeignet ist, umfassen.
Zur Verwendung in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Sendeadapter als die das Ausgangssignal generierende Quelle einen Direktmodulationslaser oder externen Modulationslaser umfassen.
Die durch die Sendestation 104 erzeugten Übertragungssignale werden an einen Leistungsverstärker (Booster) 105 bereitgestellt, welcher anschließend beschrieben wird. Dieser Leistungsverstärker weist vorzugsweise eine optische Gesamtausgangsleistung von mehr als ungefähr 18 dBm auf.
Die verstärkten Signale werden an den Eingang einer Glasfaserleitung 106, zum Beispiel eine des DS-Typs, bereitgestellt.
Ein optischer Vorverstärker 107 ist an dem Ende der Glasfaserleitung 106 angeschlossen. Ein Vorverstärker, der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist zum Beispiel der Typ RPA/C-MW, der vom Patentanmelder produziert wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "Vorverstärker" einen Verstärker, der dafür bestimmt ist, die Verluste des Endabschnittes der optischen Leitung auf solch eine Weise zu kompensieren, daß das Signal, das in den Empfänger eintritt, einen Leistungspegel aufweist, der für die Empfindlichkeit der Vorrichtung geeignet ist.
Der Vorverstärker kann ebenfalls günstig die Funktion des Begrenzens des dynamischen Bereiches der Signale durch Verringern der Schwankung des Leistungspegels der Signale an dem Empfängereingang hinsichtlich der Schwankung des Leistungspegels der Signale aufweisen, die von der Übertragungsleitung ankommen.
Die Länge der Glasfaserleitung 106 ist vorzugsweise größer als 100 km. Vorzugsweise kann die Leitung eine Länge von kleiner als 1.000 km aufweisen und mehr vorzugsweise ist sie kleiner als 400 km.
Wenn die verfügbare optische Leistung an dem Ausgang des Leistungsverstärkers 105 unzureichend ist, um die gesamte Länge der Leitung abzudecken, können optische Leitungsverstärker längs der Leitung vorgesehen werden. Die Länge jedes Abschnittes zwischen zwei Verstärkern ist durch die an dem Eingang des Abschnittes verfügbare Leistung und durch den minimalen annehmbaren Signalpegel an seinen Enden begrenzt. Mit einer optischen Leistung pro Kanal von 20 dBm zum Beispiel ist es möglich, einen einzelnen Abschnitt mit einer Gesamtdämpfung von 58 dB mit einer garantierten Eingangsleistung an dem Vorverstärker von –38 dBm pro Kanal abzudecken, was als ausreichend angesehen wird, das optische Signal auf eine für den optischen Empfänger geeignete Leistung zu bringen, auf solch eine Weise, um eine Fehlerrate (BER oder Bitfehlerrate) von kleiner als 10^–12 zu erhalten.
Diese Gesamtdämpfung von 58 dB entspricht einer Länge von ungefähr 250 km, die die typische Dämpfung der Glasfasern in dem Band um 1.550 nm herum (ungefähr 0,21 dB/km) und die notwendigen Systemreserven in Betracht zieht, um zusätzliche Verluste infolge zum Beispiel der Alterung der Faser, der optischen Anschlüsse und der Verkabelung zu berücksichtigen.
Die optischen Signale an dem Ausgang des Vorverstärkers 107 werden an einen Zerstreuungskompensator 115 bereitgestellt, welcher fähig ist, den sich in ihm ausbreitenden Übertragungssignalen einen vorgegebenen Wert der chromatischen Dispersion zu verleihen. In dem folgenden Text wird der Kürze wegen die chromatische Dispersion als "Dispersion" bezeichnet.
Dieser Dispersionswert des Kompensators 115 ist nicht nur von der Dispersion der Glasfaserleitung 106 abhängig, sondern auch von den Betriebsparametern des Übertragungssystems, wie zum Beispiel der optischen Leistung pro Kanal, der Bandbreite der Sendekanäle und der Anzahl der Faserabschnitte zwischen den Verstärkern, und wird experimentell auf solch eine Weise bestimmt, daß die Fehlerrate möglichst gering gehalten wird.
Im Allgemeinen ist dieser Dispersionswert von entgegengesetztem Vorzeichen zu dem Wert der Dispersion, die längs der Glasfaserleitung angesammelt wurde, aber sie ist ihr nicht im Absolutwert gleich.
In einem Beispiel besteht in Anwesenheit einer Leitung, die mit DS-Fasern hergestellt ist, die eine Null-Dispersionswellenlänge größer als die der Nutzsignale aufweisen, der Zerstreuungskompensator aus einem Abschnitt aus SI-Faser von einer passend ausgewählten Länge. Wie vorher angegeben ist, weisen die SI-Fasern eine positive Dispersion pro spezifische Wellenlänge von ungefähr 17 bis 18 ps/(nm km) für Signale mit Wellenlängen auf, die innerhalb des Bandes zwischen ungefähr 1.530 nm und ungefähr 1.560 nm liegen.
Wenn die durch den Zerstreuungskompensator 115 geforderte Dispersion negativ ist, ist es auch möglich, Glasfasern mit negativer Dispersion des in den US-Patentschriften 5,361,319 oder 5,448,674 oder in der Patentanmeldung JP 1-295,207 beschriebenen Typs zu verwenden.
Andere Beispiele von Zerstreuungskompensatoren sind gechirpte Glasfaser-Bragg-Filter, zum Beispiel die des in dem Artikel von F. Ouellette, veröffentlicht in Optics Letters, Vol. 12, No. 10, pp. 847–849, im Oktober 1987, oder in der US-Patentschrift 4,953,939 beschriebenen Typs.
Die optischen Signale an dem Ausgang des Zerstreuungskompensators 115 werden an eine Empfangsstation 108 bereitgestellt, die einen WDM-Demultiplexer 109 eines Typs, der zum Demultiplexen der Nutzsignale geeignet ist, und optische Empfänger umfaßt; die Figur zeigt zwei optische Empfänger, 110 und 111, für zwei Signale bei verschiedenen Wellenlängen. Die Anzahl der Empfänger und die Charakteristika des Demultiplexers sind gemäß der Anzahl der Signale bei verschiedenen zu empfangenden Wellenlängen ausgewählt; der Demultiplexer kann in dem Fall eines Nutzsignals auf einer einzelnen Wellenlänge weggelassen werden.
Der Demultiplexer 109 wählt die Signale gemäß der Wellenlänge aus und sendet jedes Signal an einen entsprechenden Empfänger 110 oder 111.
Es können Filter mit einer geeigneten Bandbreite durch bekannte Verfahren zwischen dem Demultiplexer und den Empfängern angeschlossen sein. Außerdem oder alternativ kann das Filtern von einzelnen Kanälen durch den Demultiplexer oder durch die Eingangsstufe des optischen Empfängers durchgeführt werden.
1b ist ein Blockdiagramm eines optischen Leistungsverstärkers, der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist und in der Patentanmeldung EP97109212 im Namen des vorliegenden Patentanmelders beschrieben ist.
Dieser Verstärker umfaßt einen Eingang 1, der fähig ist, optische Signale zu empfangen, die an einem optischen Isolator 2 angeschlossen sind. Die durch eine Einfachwellenlängenquelle oder durch eine oder mehr Mehrfachwellenlängenquellen erzeugten optischen Signale weisen vorzugsweise eine Wellenlänge innerhalb des Bandes 1.530 bis 1.560 nm auf.
Nach dem optischen Isolator 2 werden die Signale auf den ersten Eingang eines Kopplers 6 geführt.
Ein Pumpsignal auf einer ersten Wellenlänge, das durch einen Pumplaser 3 bereitgestellt wurde, ist mittels eines Kopplers 5 an ein Pumpsignal auf einer zweiten Wellenlänge gekoppelt, die durch einen Pumplaser 4 bereitgestellt wurde. Die Wellenlänge des Pumplasers 3 beträgt zum Beispiel zwischen 960 und 980 nm. Die Wellenlänge des Pumplasers 4 beträgt zum Beispiel zwischen 980 und 1.000 nm. Der Koppler 5 ist vorzugsweise ein WDM-Koppler.
Die zwei gekoppelten Pumpsignale an dem Ausgang des Kopplers 5 werden an einen zweiten Eingang des Kopplers 6 bereitgestellt. Die optischen Signale und die zwei gekoppelten Pumpsignale, die an den ersten und zweiten Eingang des Kopplers 6 entsprechend bereitgestellt wurden, sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Ausbreitungsmodus gekoppelt.
Die optischen Signale an dem Ausgang des Kopplers 6 werden an einen Eingang einer ersten Glasfaser bereitgestellt, die mit einem Seltenerdmetall 7 dotiert ist.
Die optischen Signale an dem Ausgang der Glasfaser 7 werden an einen optischen Isolator 8 und anschließend an einen Eingang einer zweiten Glasfaser bereitgestellt, der mit einem Seltenerdmetall 9 dotiert ist.
Die Glasfasern 7 und 9 sind vorzugsweise Quarzglasfasern und enthalten vorzugsweise Erbium als den Seltenerdmetall-Dotanden. Aluminium, Germanium, Phosphor und Fluor oder andere Dotanden, die fähig sind, die Verstärkungscharakteristika des Systems günstig zu beeinflussen, können vorteilhaft als sekundäre Dotanden verwendet werden.
Nach der Glasfaser 9 werden die optischen Signale an den ersten Eingang eines Kopplers 13 bereitgestellt.
Ein Pumpsignal auf einer dritten Wellenlänge, das durch einen Pumplaser 10 bereitgestellt wurde, wird mittels eines Kopplers 12 an ein Pumpsignal auf einer vierten Wellenlänge gekoppelt, die durch einen Pumplaser 11 bereitgestellt wurde. Die Wellenlänge des Pumplasers 10 beträgt zum Beispiel zwischen 1.450 und 1.480 nm. Die Wellenlänge des Pumplasers 11 beträgt zum Beispiel zwischen 1.480 und 1.500 nm. Der Koppler 12 ist vorzugsweise ein WDM-Koppler.
Die zwei gekoppelten Pumpsignale an dem Ausgang des Kopplers 12 werden an einen zweiten Eingang des Kopplers 13 bereitgestellt. Die zwei gekoppelten Pumpsignale, die an den zweiten Eingang des Kopplers 13 bereitgestellt wurden, sind vorzugsweise in einem Gegenausbreitungsmodus hinsichtlich der optischen Signale gekoppelt, die an den ersten Eingang des Kopplers 13 bereitgestellt wurden.
Die optischen Signale an dem Ausgang des Kopplers 13 werden vorzugsweise an einen optischen Isolator 14 und von dort an einen Ausgang 15 bereitgestellt.
Die optischen Isolatoren 2, 8 und 14 begrenzen die Effekte von optischen Reflexionen und Rückstreuung, ermöglichen, daß der Verstärker stabil arbeitet.
Insbesondere verhindert der zwischen den zwei Verstärkerstufen angeordnete optische Isolator 8, daß Licht von der zweiten Glasfaser, die mit einem Seltenerdmetall (insbesondere die Restpumpstrahlung und die spontane Gegenausbreitungsemission von der zweiten Stufe) dotiert ist, an die erste Glasfaser bereitgestellt wird, die mit einem Seltenerdmetall dotiert ist.
Außerdem verhindert infolge seiner hohen Dämpfung in dem ersten Pumpwellenband zwischen 960 und 1.000 nm der optische Isolator 8, daß das Restpumplicht von der ersten Stufe die zweite Glasfaser erreicht, die mit einem Seltenerdmetall dotiert ist. Auf diese Weise werden die Pumpsignale gegeneinander isoliert und jedes wird an einen entsprechenden Verstärker oder Verstärkerstufe gekoppelt, so daß die Phänomene der Wechselwirkung im Wesentlichen verhindert werden.
Die zwei Koppler 5 und 12 sind auf solch eine Weise ausgewählt, daß sie die Emissionswellenlängen der zwei entsprechend zu koppelnden Pumplaser 3, 4 und 10, 11 ermöglichen.
Insbesondere die Emissionswellenlänge jedes Paares der Pumplaser 3, 4 und 10, 11 muß bezüglich der optimalen Pumpwellenlänge {980 nm und 1.480 nm) etwas verschoben sein. Diese Verschiebung muß groß genug sein, um Interferenz und Übersprechen zwischen den Pumpen, verursacht durch die Koppler 5 und 12, und die folgenden Leistungsverluste zu vermeiden.
Diese Verschiebung ist jedoch durch die Breite des Pumpbandes auf solch eine Weise begrenzt, um einen hohen Pumpwirkungsgrad in der aktiven Faser sicherzustellen.
Eine Verstärkerstufe umfaßt ein Pumpsystem, umfassend mindestens eine Pumpquelle, welche ein Pumpsignal bereitstellt, einen Koppler, der fähig ist, das Pumpsignal mit einem optischen Signal zu kombinieren, und eine dotierte Glasfaser, an welche die kombinierten Signale gekoppelt werden.
Ein Leistungsverstärker umfaßt zwei Verstärkerstufen, die miteinander mittels eines optischen Isolators 8 verbunden sind. Er umfaßt vorzugsweise einen optischen Isolator 14 an dem Ausgang der zweiten Stufe. Er umfaßt vorzugsweise einen optischen Isolator 2 an dem Eingang der ersten Stufe.
Mit Verweis auf das Blockdiagramm in 1b wird nun ein Beispiel eines durch den Patentanmelder konstruierten Verstärkers 105 beschrieben.
Ein Koppler 6, der für diese Erfindung geeignet ist, ist ein WDM-Koppler, der auf einer Wellenlänge von 980/1.550 nm arbeitet, Typ SWDMCPRAPSA10, auf den Markt gebracht durch E-TEK.
Der Pumplaser 3 ist ein Lasermodul mit stabilisierter Wellenlänge (Laser mit Bragg-Gittern in der Faser), der auf einer Wellenlänge von ungefähr 975 nm arbeitet, auf den Markt gebracht durch das Unternehmen SDL, Typ SDLO-2100-CN. Dieser Pumplaser 3 weist ein sehr schmales Emissionsband von ungefähr 3 nm auf, was auf die Fasernetze zurückzuführen ist, die in der mit dem Laser verbundenen Ausgangsfaser angeordnet sind.
Der Pumplaser 4 ist ein Lasermodul mit stabilisierter Wellenlänge (Laser mit Bragg-Gittern in der Faser), der auf einer Wellenlänge von ungefähr 986 nm arbeitet, auf den Markt gebracht durch das Unternehmen SDL, Typ SDLO-2100-CJ. Dieser Pumplaser 4 weist ein sehr schmales Emissionsband von ungefähr 3 nm, was auf die Fasernetze zurückzuführen ist, die in der mit dem Laser verbundenen Ausgangsfaser angeordnet sind.
Durch die Verwendung der Pumplaser, welche die Fasernetze nutzen, ist es möglich, die Größe der Abweichung der zwei Emissionswellenlängen der zwei gekoppelten Pumplaser infolge des schmalen Emissionsbandes jedes Pumplasers zu verringern.
Durch die Verwendung eines Pumplasers mit einem schmalen Emissionsband ist es möglich, den Pumpwirkungsgrad zu erhöhen, so daß die zwei Wellenlängen sehr dicht zueinander sein können, durch einige Nanometer getrennt sind, ohne eine Gefahr der Interferenz zwischen den Pumplasern.
Außerdem verringert die Nähe der Pumplaserwellenlängen zu dem Bereich größeren Wirkungsgrades die Rauschzahl des Verstärkers. Der Grund dafür ist die Reduzierung der spontanen Emission durch die angeregten Bänder.
Der Koppler 5 ist ein WDM-Koppler, der auf einer Wellenlänge von 970/990 nm arbeitet, auf den Markt gebracht durch JDS, Typ WD0909.
Die Glasfasern 7 und 9 werden durch den Patentanmelder produziert.
In dem Beispiel sind die Fasern 7 und 9 Quarzfasern mit der folgenden Kernzusammensetzung, ausgedrückt bezüglich des Quarzes:
Er₂O₃ = 600 ppm, Al₂O₃ = 0,5 Mol-%, GeO₂ = 7 Mol-%.
Diese Fasern weisen eine numerische Apertur von 0,195 und eine Grenzwellenlänge von zwischen 900 und 980 nm auf. Die Länge der Fasern beträgt ungefähr 13 m für die Faser 7 und 19 m für die Faser 9.
Der Pumplaser 10 ist ein Fabry-Perot-Laser mit einer zentralen Emissionswellenlänge von ungefähr 1.460 nm, auf den Markt gebracht durch FURUKAWA, Typ FOL1402PAZ-P1. Ein Lasermodul mit Fasernetz, auf den Markt gebracht durch SUMITOMO, Typ SLA5620-XA/PR1, kann ebenfalls vorteilhaft verwendet werden.
Der Pumplaser 11 ist ein Fabry-Perot-Laser mit einer zentralen Emissionswellenlänge von ungefähr 1.485 nm, auf den Markt gebracht durch FURUKAWA, Typ FOL1402PAZ-P2. Ein Lasermodul mit Fasernetz, auf den Markt gebracht durch SUMITOMO, Typ SLA5620-XB/PR1, kann ebenfalls vorteilhaft verwendet werden.
Der Koppler 12 ist ein WDM-Koppler, der bei 1.460/1.550 nm arbeitet, auf den Markt gebracht durch JDS, Typ WD1414A-A30.
Der Koppler 13 ist ein WDM-Koppler, der bei 1.475/1.550 nm arbeitet, auf den Markt gebracht durch JDS, Typ WD1415A-A30.
Die Isolatoren 2, 8, 14 werden durch E-TEK, Typ PIF12PR344100, auf den Markt gebracht.
Ein Signal auf einer Wellenlänge innerhalb des Bereiches 1.530 bis 1.560 nm wird an den Eingang 1 des Verstärkers 105 bereitgestellt.
Die Pumplaser 3 und 4, beide gespeist mit einem Strom von ungefähr 200 mA, liefern jeder eine optische Ausgangsleistung von ungefähr 120 mW. Eine Leistung von ungefähr 220 mW ist an dem Ausgang des Kopplers 5 verfügbar.
Die Pumplaser 10 und 11, beide gespeist mit einem Strom von ungefähr 650 mA, liefern jeder eine optische Ausgangsleistung von ungefähr 160 mW. Eine Leistung von ungefähr 280 mW ist an dem Ausgang des Kopplers 12 verfügbar.
2 zeigt die Ausgangsleistung des Verstärkers 105 als eine Funktion der Wellenlänge des Eingangssignals von 1.535 nm bis 1.560 nm. Mit einer Eingangsleistung von +2 dBm wird eine Ausgangsleistung von zwischen 23,2 und 23,6 dBm erhalten.
Ein Beispiel einer Ausführungsform eines optischen Kommunikationssystems des beschriebenen Typs wird nun mit Verweis auf 1a beschrieben.
In diesem Beispiel werden zwei optische Signalquellen 101, 102, hergestellt von QUANTE, verwendet und umfassen Direktmodulationslaser, die bei 2,5 Gbit/s arbeiten, für Wellenlängen innerhalb des Bereiches 1.530 bis 1.540 nm, zum Beispiel ungefähr 1.535 nm und ungefähr 1.537 nm.
Das auf diese Weise für die zwei Kanäle erhaltene Übertragungsband kommt dem eines einzelnen Kanals für 5 Gbit/s gleich.
Durch Modifizieren des Modulationsgrades der Signale ist es möglich, die Bandbreite der emittierten optischen Signale zu verändern, zum Beispiel über einen Bereich von ungefähr 0,3 bis 1,0 nm.
Die Gesamtausgangsleistung des Leistungsverstärkers 105 beträgt zwischen ungefähr 22 und 23 dBm (entsprechend einer Leistung pro Kanal zwischen ungefähr 19 und 20 dBm), zum Beispiel ungefähr 22,5 dBm (entsprechend einer Leistung pro Kanal von ungefähr 19,5 dBm).
Die Länge der Glasfaser 106 beträgt zwischen 200 und 250 km.
In dem Beispiel werden DS-Fasern mit einer durchschnittlichen Null-Dispersionswellenlänge λ₀ größer als 1.540 nm, zum Beispiel ungefähr 1.555 nm, verwendet.
Die mittlere Dispersion auf den Signalwellenlängen ist folglich negativ. Zum Beispiel beträgt der Gesamtwert der Dispersion längs der Glasfaserleitung 106 ungefähr –350 ps/nm.
Der Zerstreuungskompensator ist aus einem SI-Faserabschnitt mit einer Länge von zwischen ungefähr 20 und 40 km, und vorzugsweise zwischen ungefähr 20 und 30 km, hergestellt.
In dem Beispiel beträgt die durch den Zerstreuungskompensator 115 verliehene Dispersion ungefähr zwischen +300 ps/nm und +700 ps/nm.
Die optischen Empfänger 110, 111 sind Empfänger, die die SDH- oder SONET-Spezifikationen für eine Modulationsrate von 2,5 Gbit/s erfüllen.
In einem ersten Experiment war nur eine von zwei Signalquellen eingeschaltet, bei der Nennwellenlänge von 1.535 nm, die andere Quelle ist ausgeschaltet. Die Bandbreite des optischen Signals, gemessen bei –20 dB vom Peak, betrug 0,36 nm. Unter diesen Bedingungen wurde die an dem Ausgang des Leistungsverstärkers verfügbare optische Leistung für einen Einfachkanal verwendet und betrug ungefähr 22,6 dBm.
Die Länge der in der Leitung 106 verwendeten Faser betrug 240 km. Ein festes Dämpfungsglied 13 dB und ein veränderliches Dämpfungsglied wurden entsprechend zwischen der Leitung 106 und dem Vorverstärker 107 angeschlossen, um die zusätzlichen Leitungsverluste infolge der Alterung, der optischen Anschlüsse, der Verdrahtung usw. zu modellieren und zu ermöglichen, daß sich die Leistung an dem Vorverstärkereingang ändern läßt.
Während des Experimentes wurde der Empfänger durch einen Spektralanalysator, um die Spektraleigenschaften des Signals zu messen, und anschließend durch ein Gerät zum Messen der Bitfehlerrate (BER) ersetzt.
Die Größe der Dispersion des Kompensators 115 wurde verändert, unter Verwendung der Abschnitte der SI-Faser mit Längen, die zwischen 0 und 50 km variierten, in Schritten von 10 km, und in jedem Fall wurde die BER an dem Empfänger als eine Funktion der Leistung an dem Eingang des Vorverstärkers 107 gemessen. Die Leistung an dem Eingang des Vorverstärkers wurde durch Anschließen eines optischen Teilers vor dem Vorverstärker gemessen.
Die Ergebnisse des Experimentes sind in 3 dargestellt.
Die Kurve 390 betrifft einen Vorversuch, in welchem der Sender und der Empfänger miteinander mittels eines 20 km-Abschnittes aus SI-Faser, in Abwesenheit der optischen Leitung 106, verbunden wurden. Die niedrige Fehlerrate und der normale Anstieg der BER-Kurve zeigen, daß keine Verzerrungen durch den Sender, den Empfänger oder den Abschnitt der SI-Faser vorhanden waren.
Die restlichen Kurven betreffen Messungen, die an dem System gemacht wurden, wie vorher beschrieben ist. Die Kurve 300 entspricht der Abwesenheit von Zerstreuungskompensation (0 km der SI-Faser); sie weist hohe Fehlerraten auf und weist ebenfalls eine Abflachung für die Leistung an dem Eingang des Vorverstärkers über –39 dBm auf. Ein solcher Verlauf, welcher ein Anzeichen von Signalverzerrung ist, ist besonders ungünstig dadurch, daß er nicht erlaubt, die Fehlerrate durch Erhöhen der Leistung an dem Empfänger zu verringern.
Die Kurve 310 entspricht dem Fall der Zerstreuungskompensation mittels einer SI-Faser mit einer Länge von 10 km, mit einer Dispersion von ungefähr 170 bis 180 ps/nm. In diesem Fall ist die Dispersion der Glasfaserleitung 106 um ungefähr 170 bis 180 ps/nm unterkompensiert. Man wird beobachten, daß trotz einer bestimmten Verbesserung die BER, auch mit einer Leistung von –37 dBm an dem Vorverstärker, nicht unter 10^–10 absinken wird.
Die besten Ergebnisse wurden mit einer SI-Faserlänge von 20 und 30 km erhalten, die einer Dispersion des Zerstreuungskompensators von entsprechend 340 bis 360 ps/nm und 510 bis 540 ps/nm entspricht. In dem ersten Fall (Kurve 320) wurde die Dispersion der Glasfaserleitung 106 ungefähr kompensiert, und in dem zweiten Fall wurde sie um ungefähr 160 bis 190 ps/nm überkompensiert. Eine BER gleich oder kleiner als 10^–12 kann in beiden Fällen erreicht werden.
Man wird beobachten, daß der gerade Abschnitt der Kurve 320 zwischen den Werten der Leistung an dem Vorverstärker von –39 und –34 dBm durch Interpolation aus den verfügbaren experimentellen Daten dargestellt ist. Der Patentanmelder nimmt an, daß die wirklichen Werte der BER in diesem Abschnitt sogar kleiner als die in der Figur gezeigten Werte sein können.
Die Kurve 340 (40 km der SI-Faser, mit einer Dispersion von ungefähr 680 bis 720 ps/nm) zeigt eine Verschlechterung der BER bezüglich des vorhergehenden Falles.
Die Kurve 350 (50 km der SI-Faser, mit einer Dispersion von ungefähr 850 bis 900 ps/nm) zeigt eine weitere Verschlechterung der BER.
Auf der Basis der veranschaulichten experimentellen Daten hat der Patentanmelder in dem geprüften Fall festgestellt, daß die optimale Länge der SI-Faser zwischen ungefähr 20 und 30 km, und vorzugsweise ungefähr 20 km, betrug.
Ein Experiment, ähnlich dem beschriebenen, kann von einem Fachmann durchgeführt werden, um den optischen Wert der Zerstreuungskompensation für das spezielle geprüfte Kommunikationssystem zu bestimmen, der sich ändern kann, insbesondere als eine Funktion der optischen Leistung pro Kanal, der Bandbreite und der Wellenlänge der optischen Signale und der Anzahl der optischen Verstärker, die längs der Leitung vorhanden sind.
In einem zweiten Experiment wurde die Bandbreite des durch den Sender emittierten optischen Signals zwischen den Werten von ungefähr 0,32 und ungefähr 0,48 nm durch Verändern des Modulationsgrades des Halbleiterlasers modifiziert.
In diesem Experiment betrug die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers ungefähr 21,5 dBm. Jedoch wurde eine Serie von Messungen, die in der Kurve 450 zusammengefaßt ist, mit einer Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers von ungefähr 22,6 dBm durchgeführt.
Wo nicht anderes angegeben ist, waren das optische System und die experimentellen Bedingungen des zweiten Experimentes die gleichen wie die des ersten Experimentes.
In diesem Fall wurde ebenfalls die BER mit der Veränderung bestimmter Parameter als eine Funktion der Leistung an dem Eingang des Vorverstärkers gemessen.
Die Kurve 400 ist eine Bezugskurve und betrifft den Fall einer direkten Verbindung (Kreuzschaltung) zwischen dem Sender und dem Empfänger, mit einer Signalbandbreite von ungefähr 0,48 nm. Die Fehlerrate ist in diesem Fall gering und es sind keine Abflachungen vorhanden, die auf Signalverzerrung hindeuten.
Die Kurven 410 und 420 wurden in Abwesenheit der Zerstreuungskompensationsfaser erhalten, entsprechend mit den Signalbandbreiten von ungefähr 0,48 nm und 0,32 nm.
In beiden Fällen wurden die Ergebnisse nicht als zufriedenstellend angesehen, was auf die hohe Fehlerrate und die Anwesenheit einer Abflachung mit Leistungen an dem Empfänger über –38 dBm zurückzuführen ist.
Die Kurven 430, 440 und 450 wurden jedoch in Anwesenheit eines 20 km-Abschnittes der SI-Faser erhalten, mit einer Dispersion von ungefähr 340 bis 360 ps/nm an dem Ausgang des Vorverstärkers 106.
Die Kurve 430 entspricht einer Signalbreite von ungefähr 0,48 nm.
Die Kurve 440 entspricht einer Signalbreite von ungefähr 0,32 nm.
Die Kurve 450 entspricht einer Signalbreite von ungefähr 0,48 nm und einer Leistung an dem Ausgang des Leistungsverstärkers 105 von ungefähr 22,6 dBm.
Man kann erkennen, daß in der Anwesenheit eines Zerstreuungskompensators, der, wie in dem vorhergehenden Experiment angegeben ist, optimiert wurde, das Signal den Empfänger ohne wesentliche Verzerrung erreicht, wie durch die Abwesenheit von Abflachungen in den Kurven 430 bis 450 angegeben ist.
Man kann ebenfalls erkennen, daß die Fehlerrate niedrigere Werte für eine größere Bandbreite und für eine kleinere Leistung an dem Ausgang des Leistungsverstärkers aufweist.
Während eines dritten Experimentes wurde eine zweite optische Quelle, die auf der Wellenlänge von ungefähr 1.537 nm arbeitet, an die Leitung gemäß der vorher angegebenen Vorgehensweise angeschlossen.
Das Spektrum des Signals an dem Ausgang des WDM-Kopplers 103 ist in 5 gezeigt. Die an den Enden der waagerechten Skala gezeigten Wellenlängenwerte sind nur Näherungswerte. Die Bandbreite der Quelle bei 1.535 nm bei –20 dB von dem Peak beträgt ungefähr 0,48 nm.
Ein 20 km-Abschnitt der SI-Faser wurde an den Ausgang des Vorverstärkers 107 angeschlossen. Ein optisches Bandpaßfilter, das auf der Wellenlänge von 1.535 nm zentriert ist und mit einer Bandbreite von 1 nm, wurde an den Ausgang der SI-Faser angeschlossen. Der Ausgang des Filters wurde an ein BER-Meßgerät angeschlossen.
6 zeigt die Messungen der Fehlerrate für den Kanal bei 1.535 nm, die mit einer Veränderung der optischen Leistung pro Kanal an dem Eingang des Vorverstärkers gemessen wurde.
Der in diesem Fall verwendete Vorverstärker war der Typ RPA/MW, der von dem Patentanmelder produziert wird.
Die Kurven 610 und 620 betreffen den Fall, in dem der Laser, der bei 1.537 arbeitet, ausgeschaltet wurde, und die Strahlung des Lasers, der bei 1.535 arbeitet, durch den Verstärker 105 auf eine Ausgangsleistung entsprechend von 23 dBm (Kurve 610) und 20 dBm (Kurve 620) verstärkt wurde.
Der Laser, der bei der Nennwellenlänge von 1.537 nm arbeitet, wurde dann eingeschaltet, und die BER-Messungen wurden (Kurve 630) mit beiden in Betrieb befindlichen optischen Quellen und mit einer optischen Gesamtleistung an dem Ausgang des Verstärkers 105 von ungefähr 23 dBm, die ungefähr 20 dBm pro Kanal entspricht, wiederholt. Die Ergebnisse des Experimentes weisen darauf hin, daß es möglich ist, ziemlich niedrige Fehlerraten, ohne Verzerrung, sogar in Anwesenheit mehrerer Nutzsignale auf verschiedenen Wellenlängen, zu erhalten.

Claims

Optisches Übertragungssystem, umfassend: – eine Sendestation (104, 105), die fähig ist, ein optisches Signal zu emittieren, das eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist; – eine Glasfaser-Übertragungsleitung, die fähig ist, das optische Signal zu übertragen, umfassend die dispersionsverschobene Faser (106) mit einer Länge von zwischen 100 km und 1.000 km; – eine optische Empfangsstation (108), die fähig ist, das optische Signal zu empfangen, und – einen Farbzerstreuungskompensator (115) zwischen der Übertragungsleitung und dem optischen Empfänger, – in welchem der Zerstreuungskompensator eine Dispersion von entgegengesetztem Vorzeichen zu der Dispersion aufweist, die längs der Übertragungsleitung angesammelt wurde, und größer als sie im Absolutwert ist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung eine Länge von zwischen 200 und 400 km aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, in welchem die dispersionsverschobene Faser eine Länge von kleiner als 400 km aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 3, in welchem die dispersionsverschobene Faser eine Länge von zwischen 200 und 250 km aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Leistung von zwischen 19 und 23 dBm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Bandbreite von zwischen 0,3 und 1,5 nm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Bandbreite von zwischen 0,3 und 1,0 nm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Bandbreite von zwischen 0,3 und 0,6 nm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestation fähig ist, mindestens ein zweites optisches Signal auf einer Wellenlänge zu senden, die von der Wellenlänge des ersten Signals verschieden ist, wobei das zweite Signal eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung einen optischen Verstärker (107) umfaßt.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Verstärker ein erbiumdotierter Faserverstärker ist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Wellenlänge in dem Band 1.530 bis 1.560 nm aufweist.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestation eine Direktmodulations-Laserquelle umfaßt.
Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestation einen optischen Leistungsverstärker umfaßt.
Verfahren zum Senden optischer Signale, umfassend die folgenden Stufen: – Erzeugen eines optischen Signals, das eine Leistung von zwischen 18 und 30 dBm aufweist; – Senden des optischen Signals längs einer Glasfaser-Übertragungsleitung, umfassend die dispersionsverschobene Glasfaser mit einer Länge von zwischen 100 und 1.000 km, – Hervorrufen einer chromatischen Dispersion von kleiner als 1.500 ps/nm in dem Signal infolge der Übertragung in dem Abschnitt; – Verstärken des Signals; – Empfangen des Signals und – Kompensieren der chromatischen Dispersion des Signals, – in welchem die Stufe des Kompensierens der chromatischen Dispersion das Anwenden auf das Signal einer chromatischen Dispersion von entgegengesetztem Vorzeichen und größer im Absolutwert als die chromatische Dispersion, welcher das Signal ausgesetzt ist, umfaßt.