DE10028144C1

DE10028144C1 - Messverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten einer optischen Faser

Info

Publication number: DE10028144C1
Application number: DE10028144A
Authority: DE
Inventors: Christoph Glingener; Erich Gottwald
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Xieon Networks SARL
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: US20030128946A1; EP1297316A1; US6819412B2; WO2001094905A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Messverfahren ermöglicht einseitig, d. h. am Anfang oder am Ende der optischen Faser (OF), durchgeführte Messung der Nichtlinearitäten einer optischen Faser (OF). Hierzu wird ein optisches Testsignal (ots) in die optische Faser (OF) eingekoppelt, dessen Testsignalleistung (P¶S¶) geändert wird, und anhand der Änderung der Leistung (P¶ros¶) des rückgestreuten optischen Signals (ros) eine erste Eintrittsschwelle (SBS¶1¶) der Stimulierten Brillouin Streuung bestimmt. Des Weiteren wird in einem zweiten Schritt zusätzlich zu dem optischen Testsignal (ots) zumindest ein moduliertes optisches Pumpsignal (ops) in die optische Faser (OF) eingekoppelt und anhand der Änderung der Leistung (P¶S¶) des optischen Testsignals (ots) eine zweite Eintrittsschwelle (SBS¶2¶) der Stimulierten Brillouin Streuung bestimmt sowie durch die Auswertung zumindest der ersten und zweiten Eintrittsschwelle (SBS¶1¶, SBS¶2¶), der Test- und Pumpsignalparameter sowie der Faserparameter der Nichtlinearitätskoeffizient (gamma) der optischen Faser (OF) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten einer optischen Faser.

In optischen Übertragungssystemen, insbesondere in nach dem WDM-Prinzip (Wavelength Division Multiplexing) arbeitenden Übertragungssystemen, sind nichtlineare Effekte, beispiels weise die Selbstphasenmodulation, die Kreuzphasenmodulation und die Vierwellenmischung, bekannt, durch die Signalverzer rungen des zu übertragenden optischen Signals in der opti schen Faser hervorgerufen werden. Derartige nichtlineare Ef fekte in einer optischen Faser können durch den Nichtlineari tätskoeffizienten beschrieben werden.

Zur Bestimmung des Nichtlinearitätskoeffizienten einer opti schen Faser ist beispielsweise aus der Veröffentlichung von Y. Namihira, A. Miyata, N. Tanahashi, "Nonlinear coefficient measurements for dispersion shifted fibres using self-phase modulation method at 1.55 µm", Electronic Letters, 1994, Vol. 30, No. 14, S. 1171-1172 eine Messanordnung bekannt, bei der durch Anwendung der Selbstphasenmodulationmethode die Nicht linearitätseigenschaften einer optischen Faser bestimmt wer den. Derartige Messverfahren setzen den Zugang auf Anfang und Ende der zu messenden optischen Fasern voraus, welches jedoch bei bereits bestehenden optischen Kommunikationsnetzen, d. h. bei bereits verlegten optischen Fasern, einen erheblichen Messaufwand erfordert bzw. in Einzelfällen nahezu unmöglich ist. Zusätzlich ist ein getrennter Rückkanal vom Faserende zum Faseranfang zur Übertragung der gemessenen Informationen erforderlich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Bestimmung der Nichtlinearitäten einer optischen Faser zu verbessern bzw. eine einseitig, d. h. am Anfang oder am Ende der optischen Faser, durchgeführte Messung der Nichtlineari täten einer optischen Faser zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Messverfahren gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Messverfahrens nach Anspruch 1 ist darin zu sehen, in einem ersten Schritt zumindest ein op tisches Testsignal in die optische Faser eingekoppelt wird, dessen Testsignalleistung geändert wird und anhand der Ände rung der Leistung des rückgestreuten optischen Signals eine erste Eintrittsschwelle der Stimulierten Brillouin Streuung bestimmt wird. Des Weiteren wird in einem zweiten Schritt zu sätzlich zu dem optischen Testsignal zumindest ein modulier tes optisches Pumpsignal mit einer vorgegebenen Pumpsignal leistung und einer ersten Pumpwellenlänge in die optische Fa ser eingekoppelt und anhand der Änderung der Leistung des op tischen Testsignals eine zweite Eintrittsschwelle der Stimu lierten Brillouin Streuung bestimmt. Schließlich wird durch die Auswertung zumindest der ersten und zweiten Eintritts schwelle, der Test- und Pumpsignalparameter sowie der Faser parameter der Nichtlinearitätskoeffizient der optischen Faser ermittelt. Besonders vorteilhaft wird mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Meßverfahrens eine Bestimmung des Nichtlineari tätskoeffizienten nur durch eine einseitige, d. h. empfangs seitig oder sendeseitig, Messung realisierbar. Dies ist ins besondere bei der Bestimmung der Fasernichtlinearitäten von bereits verlegten optischen Fasern von ernormen Vorteil.

In einer zweiten Variante des Meßverfahrens zur Bestimmung der Nichtlinearitäten in einer optischen Faser wird nach Anspruch 2 in einem ersten Schritt mindestens ein optisches Testsignal mit einer Testsignalleistung und einer Testsignalwellenlänge in die op tische Faser eingekoppelt und die Leistung des rückgestreuten optischen Signals gemessen sowie ein erstes Verhältnis aus eingekoppelter Testsignalleistung und der Leistung des rück gestreuten optischen Signals gebildet. Des Weiteren wird in einem zweiten Schritt zusätzlich zu dem eine Testsignalleis tung und Testwellenlänge aufweisenden optischen Testsignal mindestens ein moduliertes optisches Pumpsignal mit einstell barer Pumpsignalleistung und einer ersten Pumpwellenlänge in die optische Faser eingekoppelt und die Leistung des rückge streuten optischen Signals gemessen sowie ein zweites Ver hältnis aus eingekoppelter Testsignalleistung und der Leis tung des rückgestreuten optischen Signals ermittelt wird. Hierbei wird die einstellbare Pumpsignalleistung des modu lierten optischen Pumpsignals solange erhöht oder verringert bis das zweite Verhältnis mit dem ersten Verhältnis überein stimmt. Anschließend wird durch eine Auswertung der Test- und Pumpsignalparameter sowie der Faserparameter der Nichtlinea ritätskoeffizient der optischen Faser ermittelt - Anspruch 2. Durch die erfindungsgemäße Variation der Pumpsignalleistung des modulierten optischen Pumpsignals wird alternativ durch Verhältnisbildung unter Auswertung der vorliegenden Faserpa rameter und Versuchsparameter der Nichtlinearitätskoeffizient der optischen Faser bestimmbar.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Messverfahrens ist darin zu sehen, dass die nach der ersten Variante des erfin dungsgemäßen Meßverfahrens ausgewerteten Test- und Pumpsig nalparameter die Testsignalwellenlänge, die vorgegebene Pump signalleistung, die erste Pumpwellenlänge und die Modulati onsfrequenz des optischen Pumpsignals vorgesehen sind - An spruch 3. Des Weiteren werden als die für die zweite Variante des erfindungsgemäßen Meßverfahrens maßgeblichen Test- und Pumpsignalparameter die Testsignalleistung, die Testsignal wellenlänge, die eingestellte Pumpsignalleistung, die erste Pumpwellenlänge, die Modulationsfrequenz des optischen Pump signals ausgewertet - Anspruch 4.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausbildungen des erfindungs gemäßen Meßverfahrens sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.

Nachfolgend werden theoretische Grundlagen zu dem erfindungs gemäßen Meßverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten und der Dispersion in einer optischen Faser erläutert.

In optischen Fasern bildet sich abhängig von der eingekoppel ten Leistung eines optischen Testsignals bzw. Signals der nichtlineare Effekt der "Stimulated Brillouin Scattering (SBS)", d. h. der Stimulierten Brillouin Streuung aus. Dieser schmalbandige Effekt der SBS mit einer durch die Phononenle bensdauer bedingten Linienbreite von Δν_B ≈ 25 MHz ist bekannt - siehe hierzu Govind P. Algrawal "Nonlinear Fiber Optics", Academic Press, 1995, Seiten 370 bis 375. Desweiteren ist aus der US-Patentschrift 3,705,992 bekannt, dass sich die Ein trittsschwelle der SBS proportional zu dem Verhältnis aus spektraler Breite Δν_S des in die optische Faser eingekoppel ten optischen Signals zu der Linienbreite Δν_B erhöht, d. h.

I_SBS ~ Δν_S/Δν_B

mit
I_SBS = Intensität des eingekoppelt optischen Signals bei der SBS-Eintrittsschwelle

Hierbei ist maßgeblich für das Erreichen der SBS-Eintritts schwelle die in einem Frequenzintervall der Breite Δν_B spekt ral integrierte Energie. In Standard-Einmodenfasern liegt die SBS-Eintrittsschwelle beispielsweise für unmodulierte opti sche Signale bzw. Testsignale bei ca. unter 10 mW und bei bi när amplitudenmodulierten optischen Signalen um einen Faktor 2 bis 3 dB höher. Die Erhöhung im Fall des binär amplituden modulierten optischen Signals ist auf die Aufteilung der op tischen Signalleistung auf Modulationsseitenbänder und Trä gersignal zurückzuführen, zumal insbesondere bei Datenraten im Gbit/s-Bereich die Leistung des Datensignals über ein breites Spektralband verteilt wird.

Bei amplitudenmodulierten Signalen führt die SBS zu einer Signalverzerrung durch Übermodulation, siehe insbesondere H. Kawakani, "Overmodulation of Intensity modulated Signals due to stimulated Brillouin scattering", Electronic Letters, Vol. 30, No. 18, Seiten 1507 bis 1508, da im wesentlichen der Träger des amplitudenmodulierten optischen Signals, bei dem die spektrale Energiedichte bei chipfreier Modulation iden tisch mit der Laserlichtquelle ist, durch die SBS eine starke Zusatzdämpfung erfährt.

Die SBS-Eintrittsschwelle kann erheblich erhöht werden, indem die spektrale Energiedichte des optischen Signals integriert über ein Frequenzband der Breite Δν_B deutlich reduziert wird. Bei amplitudenmodulierten optischen Signalen sollte daher die Trägersignalleistung, gemessen mit einer Auflösung Δν_B, auf Werte deutlich unterhalb der SBS-Schwellenleistung reduziert werden. Eine derartige Reduzierung kann durch Frequenz- oder Phasenmodulation erreicht werden.

Die SBS-Effekte in der optischen Faser spielen sich im we sentlichen bei einer Standard-Einmodenfaser innerhalb der ersten 20 km (effektive Länge L_eff) ab. Hierbei benötigt das optische Signal zum Durchlaufen der effektiven Länge L_eff die Zeit:

Zur Reduzierung von SBS-Effekten sollte die optische einge koppelte Leistung pro Frequenzintervall Δν_B gemittelt über ein Zeitintervall sehr viel kleiner als die Laufzeit τ unter halb der SBS-Schwellenleistung liegen. Aus dieser Forderung läßt sich bei einer SBS-Unterdrückung durch Frequenzmodulati on bzw. Amplitudenmodulation die notwendige Beziehung zwi schen Modulationshub und Modulationsfrequenz für verschiedene Formen der Modulation herleiten.

Um die spektral schmale Trägerlinie des optischen Signals zu verkleinern und deren Leistung auf möglichst viele durch die Phasenmodulation neu entstehende Linien mit einem Frequenzab stand größer als Δν_B gleichmäßig zu verteilen, sollte die Phasenmodulation somit mit Modulationsfrequenzen < Δν_B erfol gen. Mit zunehmendem Phasenhub, d. h. Modulationsindex

mit
Δf_p = Spitzenfrequenzabweichung;
f_m = Modulationsfrequenz;
nimmt die spektrale Leistung pro Frequenzintervall ab. Eine derartige Amplitudenmodulation in der optischen Faser kann beispielsweise durch den nicht linearen Effekt der Kreuzpha senmodulation (XPM) durch eine zusätzliche Einkopplung von stark amplitudenmodulierten Pumpsignalen zusätzlich zu den optischen Signalen hervorgerufen werden. Hierbei zeigt die durch die Kreuzphasenmodulation (XPM) hervorgerufene Phasen modulation entlang der optischen Faser ein RC-Tiefpaß verhalten. Die Grenzfrequenz ω_g des "Tiefpaßverhaltens" nimmt mit zunehmenden Kanalabstand wegen des dispersionsbedingten Schlupfes der WDM-Übertragungskanäle linear ab. Um mit Hilfe der XPM eine effektiv wirksame Phasenmodulation über ein breites Wellenlängenband zu erreichen, muß somit die Höhe der Modulationsfrequenz möglichst gering gewählt werden, wobei diese aber keinesfalls unterhalb der Linienbreite Δν_B liegen sollte.

Die Intensität I_SBS des rückgestreuten optischen Signals durch die SBS am Faseranfang steigt in Rückwärtsrichtung mit zuneh mender eingekoppelter optischer Signalleistung entsprechend der folgenden exponentiellen Beziehung an - siehe hierzu Go vind P. Agrawal "Nonlinear Fiber Optics", 1995, Kapitel 9.2.1:

I_SBS(0) = I_SBS(z).exp(g_B.I_S.L_eff - α.z) (A-1)

mit

Bei einer gleichzeitigen Ausbreitung des die XPM hervorrufen den amplitudenmodulierten optischen Pumpsignals und des optischen Signals in der Faser wird das optische Signal aufgrund der XPM mit zunehmender Wegstrecke zunehmend phasenmoduliert. Die Phasenmodulation beispielsweise bei einem Phasenhub von 1.435 rad verteilt die spektrale Leistung des Trägersignals hierbei auf mehrere Frequenzen, d. h. beispielsweise gleichmä ßig auf die Trägerwelle und die beiden ersten Seitenbänder. Ist hierbei die Modulationsfrequenz größer als die SBS- Linienbreite Δν_B, so steht zur Ausbildung der SBS beispiels weise nur noch knapp 1/3 der spektralen Energiedichte zur Verfügung, d. h. die SBS-Eintrittsschwelle erhöht sich um den Faktor 3 ab dem Ort, an dem ein derartiger Phasenhub durch die XPM erreicht wird. Somit ist die lokale SBS- Eintrittsschwelle als Funktion der Eigenschaften des einge koppelten modulierten Pumpsignals und der optischen Faser so wie des eingekoppelten optischen Signals berechenbar und für die gesamte Faser kann die daraus resultierende vom optischen Pumpsignal abhängige SBS-Eintrittsschwelle bestimmt werden.

Die Berechnung der SBS-Eintrittsschwelle in Anwesenheit des optischen Pumpsignales wird durch Zerlegung der Faser in kleine Streckenabschnitte in Kombination mit Gl. (A-1) reali siert. In einer groben Näherung wird die Faser zunächst in n = 2 Streckenabschnitte zerlegt, daraus folgt mit Gl. (A-1) und (A-2) für eine Faser der Länge z/2:

I_SBS(z/2) = I_SBS(z).exp(g_B.I_S.exp(-α.z/2).1/α.(1-exp(-α.z/2))-αz/2) (A-3)

und

I_SBS(0) = I_SBS(z/2).exp(g_B.I_S.1/α.(1-exp(-α.z/2))-αz/2) (A-4)

Für eine Zerlegung in n Streckenabschnitte gilt:

Im folgend wird der 2-te Streckenabschnitt - Gleichung (A-3) - betrachtet. Bei Berücksichtigung der spektralen Änderung des optischen Signal I_S durch die XPM, die durch ein sinus förmig amplitudenmoduliertes optisches Pumpsignal I_P indu ziert wird, in der Faser ergibt sich zusätzlich zur Strecken dämpfung exp(-α.z/2) noch eine weitere Zusatzdämpfung für den Träger mit dem Dämpfungsfaktor:

J₀ ²(m) = J₀ ²(ξ.γ.I_P.1/α.(1-exp(-α.z/2)), (A-6)

wobei mit m der auf dem ersten Streckenabschnitt der Länge z/2 durch die XPM hervorgerufene Phasenhub bzw. Modulations index bezeichnet wird und ξ eine polarisationsabhängige Kon stante darstellt. Bei zufällig variierender Polarisation gilt: ξ = 8/9.

Untersuchungen zeigen, dass im wesentlichen der Träger des amplitudenmodulierten optischen Pumpsignals (somit J₀ ²(m)) in die Änderung der Intensität des rückgestreuten optischen Sig nals miteinfließt. Daraus folgt für Gleichung (A-3) mit (A-6):

I_SBS(z/2) = I_SBS(z).exp[g_B.I_S.1/α.(1-exp(-α.z/2)).exp(-α.z/2). J₀ ²(m(z/2)) - αz/2] (A-7)

mit:

m(x) = ξ.γ.I_P.1/α.(1-exp(-α.x)) (A-8)

Gleichung (A-7) in Gleichung (A-4) eingesetzt liefert die In tensität des rückgestreuten optischen Signals I_SBS unter nähe rungsweiser Berücksichtigung der XPM.

I_SBS(0) = I_SBS(z).exp[g_B.I_S.exp(-α.z/2).J₀ ²(m(z/2)).1/α. (1-exp(-α.z/2)).1/α.(1-exp(-α.z/2))-αz/2]. exp[g_B.I_S.1/α.(1-exp(-α.z/2))-αz/2] = I_SBS(z).exp[g_B.I_S.1/α.(1-exp(-α.z/2)). {1+exp(-α.z/2).J₀ ²(m(z/2))}-αz]

Zur Erhöhung der Genauigkeit wird die Faser in n Teilstücke (Gleichung (A-5)) zerlegt und es ergibt sich somit durch ana loge Vorgehensweise:

Der Vergleich von Gleichung (A-9) mit Gleichung (A-1) zeigt, dass

L_eff = 1/α.(1-exp(-α.z))

durch den Ausdruck

ersetzt werden kann. Die effektive Länge L_eff ist also gemäß Gleichung (A-10) und (A-8) abhängig vom Nichtlinearitätskoef fizient γ der optischen Faser und der optischen Leistung des amplitudenmodulierten optischen Pumpsignals I_P.

Berücksichtigung der Dispersion

Bei großem Frequenzabstand zwischen optischen Pumpsignal und den eingekoppelten optischen Testsignalen bzw. Signalen tre ten insbesondere aufgrund des in einer Standard-Einmodenfaser (SSMF) entstehenden, dispersionsbedingten Schlupfes des opti schen Signals und des optischen Pumpsignals untereinander weitere Abhängigkeiten zwischen der effektiven Länge L_eff und der Faserdispersion, dem Frequenzabstand (Wellenlängenab stand) von optischen Pumpsignal und optischen Testsignal bzw. der Modulationsfrequenz des optischen Pumpsignals auf.

Aus Gleichung (A-10) ergibt sich für L_eff(z, α, γ, I_p) für einen Streckenabschnitt z bestehend aus n Teilstücken:

mit

mit:
L = k.z/n,
β = D.Δλ,
ω = 2.π.fmod;
m(kz/n) = ξ.γ.I_P.Le;
Le(k.z/n, α, D, Δλ, fmod) beschreibt die Variation des Modulati onsindex {m(kz/n)} unter anderem auch in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz und dem Wellenlängenabstand zwischen op tischen Pumpsignal und Testsignal.

Für hohe Dispersionswerte D, hohe Modulationsfrequenzen fmod und großen Wellenlängenabstand Δλ nimmt L_eff wieder seine ur sprüngliche Form aus Gleichung (A-2) an, d. h. L_eff ist nur von der Faserdämpfung α und dem Ort z abhängig und die durch das optische Pumpsignal hervorgerufene SBS-Unterdrückung wird verringert.

Die Variation der SBS-Eintrittsschwelle als Funktion der Pump-, Signal- und Faserparameter ergibt sich durch Einsetzen von Gleichung (A-10) oder Gleichung (A-11) in:

P_SBS = 21.A_eff/g_B/L_eff (A-12)

Aus Godvind P. Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics", Academic Press, 1995, Formel (9.2.6).

Aus der Variation der effektiven Länge L_eff(z, α, I_P, D, Δλ, fmod) als Funktion von optischen Pumpleistung I_P, des Wellenlängen unterschiedes zwischen Pump- und Testssignal Δλ, sowie der Mo dulationsfrequenz fmod und der SBS-Eintrittsschwelle P_SBS können aus Gleichung (A-11) und Gleichung (A-12) die Dispersion D und der Nichtlinearitätskoeffizient γ ermittelt werden.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird zur Bestimmung des Nichtlinearitätskoeffizienten γ und der Dispersion D die Verschiebung der SBS-Eintrittsschwelle P_SBS durch die Änderung des Spektrums des eingekoppelten optischen Testsignals, wel che durch die aufgrund des sinusförmig amplitudenmodulierten optischen Pumpsignals in der optischen Faser entstehende Kreuzphasenmodulation (XPM) hervorgerufen wird, die Gleichung (A-12) herangezogen bzw. verwendet.

Hierbei sind die Brillouin Gain Konstante g_B und die effekti ve Fläche A_eff optische Faserkonstanten, die naturgemäß für die zu messende optische Faser vorliegen bzw. ohne erhebli chen technischen Aufwand ermittelt werden können. Jedoch - wie bereits erwähnt - ist die effektive Länge L_eff(z, α, I_P, D, Δλ, fmod) durch die Versuchsbedingungen beeinflußbar und hängt gemäß Formel (A-11) von der Länge der Faser z, der Faserdämpfung α, dem Wellenlängenunterschied zwischen optischen Pump- und Testsignal Δλ und der Modulati onsfrequenz fmod des amplitudenmodulierten optischen Pumpsig nals ab.

Beim erfindungsgemäßen Messverfahren zur Bestimmung des Nichtlinearitätskoeffizienten γ einer optischen Faser kann bei einem Wellenlängenunterschied zwischen optischen Pump- und Testsignal Δλ beispielsweise kleiner als 1 nm und einer Modulationsfrequenz fmod des amplitudenmodulierten optischen Pumpsignals kleiner als 200 MHz der Dispersionseinfluß im Hinblick auf das Messergebnis vernachlässigt werden, d. h. die effektive Länge L_eff hängt in erster Näherung nicht von der Faserdispersion D ab. Erfindungsgemäß wird eine erste SBS- Eintrittschwelle P_SBS1 und eine zweite SBS-Eintrittsschwelle P_SBS2, die aufgrund der durch das eingekoppelte modulierte Pumpsignal in der optischen Faser hervorgerufene Kreuzphasen modulation (XPM) verschoben ist, gemessen und diese zusammen mit den Test- und Pumpsignalparametern sowie den Faserparame tern gemäß Gleichungen (A-11) und (A-12) ausgewertet, wobei die Dispersion D vernachlässigbar ist. Alternativ können er findungsgemäß eine erste und eine zweite Messung der rückge streuten optischen Leistung durchgeführt werden, wobei bei der ersten Messung ausschließlich das optische Testsignal mit einer vorgegebenen Leistung und Wellenlänge in die optische Faser eingekoppelt wird und bei der zweiten Messung zusätz lich zu dem optischen Testsignal das modulierte optische Pumpsignal zur Erzeugung der Kreuzphasenmodulation (XPM) in die optische Faser eingekoppelt wird. Hierbei wird sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Messung die eingekoppelte Leistung des optischen Testsignals solange erhöht bis ein vorgegebenes Verhältnis aus eingekoppelter Leistung des opti schen Testsignals und rückgestreuter Leistung vorliegt. Die beim Messverfahren für die erste und zweite Messung einge stellten Leistungen des optischen Testsignals und des opti schen Pumpsignals zusammen mit den Test- und Pumpsignalpara metern sowie den Faserparametern werden wiederum gemäß Glei chungen (A-11) und (A-12) ausgewertet, wobei die Dispersion D vernachlässigbar ist.

Soll mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messverfahrens zusätz lich zur Bestimmung des Nichtlinearitätskoeffizienten γ die Dispersionskonstante D einer optischen Faser bestimmt werden, so wird der Wellenlängenunterschied zwischen optischem Pump- und Testsignal Δλ beispielsweise größer als 10 nm gewählt, d. h. die effektive Länge L_eff hängt von der Faserdispersion D und dem Wellenlängenunterschied zwischen optischem Pump- und Testsignal Δλ ab. Gemäß dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird zusätzlich zur ersten SBS-Eintrittsschwelle P_SBS1 - ohne eingekoppeltes moduliertes optisches Pumpsignal - eine drit te, durch die abgeänderten Pumpsignalparameter unterschied lich zur zweiten SBS-Eintrittsschwelle P_SBS2 verlaufende SBS- Eintrittsschwelle P_SBS3 ermittelt oder mit Hilfe einer dritten Messung, bei der zusätzlich zu dem optischen Testsignal das veränderte modulierte optische Pumpsignal zur Erzeugung der Kreuzphasenmodulation (XPM) in die optische Faser eingekop pelt wird, die eingekoppelte Leistung des optischen Testsig nals solange erhöht bis ein vorgegebenes Verhältnis aus ein gekoppelter Leistung des optischen Testsignals und rückge streuter Leistung vorliegt. Der detaillierte Verlauf des er findungsgemäßen Messverfahrens und die Bestimmung der Nicht linearitätskonstanten γ und der Dispersionskonstanten D wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Hierzu zeigen

Fig. 1 beispielhaft eine Messanordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Messverfahrens und

Fig. 2 in einem Diagramm die erfindungsgemäße Verschiebung der SBS-Eintrittsschwellen, und

Fig. 3 in einem weiteren berechneten Diagramm das erfin dungsgemäße Messverfahren zur Bestimmung der Nicht linearitätskonstanten und Dispersionskonstanten.

In Fig. 1 ist mit Hilfe eines Blockschaltbildes beispielhaft eine Messanordnung MAO zur Realisierung des erfindungsgemäßen Messverfahrens zur Bestimmung der Nichtlinearitäten einer op tischen Faser OF dargestellt, wobei beispielhaft in Fig. 1 als Testobjekt eine optische Standard-Einmodenfaser OF ge wählt ist. Die in Fig. 1 dargestellte Messanordnung MAO weist eine Testsignaleinheit TSU, eine Pumpsignaleinheit PSU, einen optischen Koppler OK, eine steuerbare Schalteinheit S, einen Zirkulator Z, eine Filtereinheit FU, einen Messwandler MW und eine Steuer- und Auswerteeinheit CU auf. Die Testsig naleinheit TSU weist einen Regeleingang ri und einen Signal ausgang e auf, der über den optischen Koppler OK und über die erste optische Verbindungsleitung VL1 an den Zirkulators Z angeschlossen ist. Der optische Koppler OK ist wiederum über eine zweite optische Verbindungsleitung VL2 an den Ausgang e der steuerbaren Schalteinheit S angeschlossen. Der Zirkulator Z ist zusätzlich über eine dritte optische Verbindungsleitung VL3 mit dem Testobjekt - der optischen Faser OF - und über eine erste Zuleitung ZL1 mit dem Eingang fi der Filtereinheit FU verbunden, dessen Ausgang fe über eine zweite Zuleitung ZL2 an den Eingang i des Messwandlers MW angeschlossen ist. Der Ausgang e des Messwandlers MW ist über eine elektrische Zuleitung EZL an die Steuer- und Auswerteeinheit CU ange schlossen, welche über eine Steuerleitung SL mit Steuerein gang si der steuerbaren Schalteinheit S, über eine erste Re gelleitung RL1 mit dem Regeleingang ri der Testsignaleinheit TSU und über eine zweite Regelleitung RL2 mit dem Regelein gang ri der Pumpsignaleinheit PSU verbunden ist. Die Pumpsig naleinheit PSU weist des Weiteren einen ersten und zweiten Ausgang e1, e2 auf, die mit dem ersten und zweiten Eingang i1, i2 der steuerbaren Schalteinheit S verbunden sind. Anstel le des Zirkulators Z kann beispielsweise ein optischer Kopp ler OK verwendet werden - nicht in Fig. 1 dargestellt.

In der Steuer- und Auswerteeinheit CU sind ein erster Leis tungsregler RL1, ein zweiter Leistungsregler LR2, ein Schalt regler SR, eine Speichereinheit MEM, eine Auswerteeinheit AE und eine Steuereinheit MC - beispielsweise in einem Mikropro zessor realisiert - vorgesehen. Die Speichereinheit MEM, der erste und zweite Leistungsregler RL1, RL2, der Schaltregler SR und die Auswerteeinheit AE sind an die Steuereinheit MC ange schlossen, wobei der erste und zweite Leistungsregler LR1, LR2 zusätzlich mit die Auswerteeinheit AE verbunden ist. Außerdem ist der erste Leistungsregler LR1 über die erste Regelleitung RL1 mit der Testsignaleinheit TSU, der zweite Leistungsregler LR2 über die zweite Regelleitung RL2 mit der Pumpsignalein heit PSU sowie der Schaltregler SR über die Schaltleitung SL mit der steuerbaren Schalteinheit S und die Auswerteeinheit AE über die elektrische Zuleitung EZL mit dem Messwandler MW verbunden.

Das erfindungsgemäße Messverfahren ist beispielsweise anhand einer Messroutine MR und einer Bewertungsroutine BWR in der Steuereinheit MC realisiert, welche unter anderem die Test signaleinheit TSU, die Pumpsignaleinheit PSU und die steuerbare Schalteinheit S regeln bzw. steuern. So wird in der Testsignaleinheit TSU ein optisches Testsignal ots mit einer vorgegebenen ersten Wellenlänge λ1 und einer vorgegebenen Leistung P_S erzeugt, wobei das optische Testsignal ots bei spielsweise zusätzlich mit einer ersten Modulationsfrequenz ν1 amplitudenmoduliert werden kann. Erfindungsgemäß wird das optische Testsignal ots somit moduliert oder unmoduliert in das Testobjekt, d. h. in die optische Faser OF, eingekoppelt. In der in Fig. 1 dargestellten Messanordnung MAO wird das optische Testsignal ots beispielsweise über den optischen Koppler OK und über die erste Verteilerleitung VL1 an den Zirkulator Z übertragen und von dem Zirkulator Z über die dritte Verteilerleitung VL3 in die optische Faser OF einge koppelt. Für den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfah rens wird ausschließlich das optische Testsignal ots in die optische Faser OF eingekoppelt, d. h. durch die steuerbare Schalteinheit S wird keines der in der Pumpsignaleinheit PSU erzeugten optischen Pumpsignale ops auf den optischen Koppler OK durchgeschaltet. Dies bedeutet, dass durch die steuerbare Schalteinheit S mit Hilfe eines im Steuerregler SR erzeugten Steuerbefehls ss der dritte, nicht belegte Eingang i3 des steuerbaren Schaltmoduls S auf den Ausgang e durchgeschaltet wird.

In der optischen Faser OF bildet sich abhängig von der einge koppelten Testsignalleistung P_S des optischen Testsignals ots der nichtlineare Effekt der "Stimulated Brillouin Scattering (SBS)", d. h. der Stimulierten Brillouin Streuung, aus. Dieser schmalbandige nichtlineare Effekt der SBS bewirkt, dass ein Teil des optischen Testsignals ots entgegengesetzt zur Ein kopplungsrichtung rückgestreut bzw. reflektiert wird. Dieses rückgestreute optische Signal ros wird über den Zirkulator Z und über die erste Zuleitung ZL1 an den Filtereingang fi der Filtereinheit FU geführt. In der Filtereinheit FU, beispiels weise ein Bandpaßfilter mit einem schmalen Durchlaßbereich um die erste Wellenlänge λ1 des optischen Testsignals ots, wird das rückgestreute optische Signal ros gefiltert sowie das gefilterte rückgestreute Signal gros am Filterausgang fe abge geben. Das gefilterte rückgestreute Signal gros wird an schließend über die zweite Zuleitung ZL2 zum Eingang i des Messwandlers MW, beispielsweise einem opto-elektrischen Wand ler, übertragen und mit Hilfe des Messwandlers MW in ein e lektrisches Signal es umgesetzt. Das elektrische Signal es wird der Steuer- und Auswerteeinheit CU bzw. der Auswerteein heit AE über die elektrische Zuleitung EZL zugeführt, in der die Leistung P_ros des elektrischen Signals es und somit des rückgestreuten optischen Signals ros ermittelt bzw. bewertet wird.

Durch die von der Steuereinheit MC gesteuerte Auswerteeinheit AE wird die Leistung P_ros des rückgestreuten optischen Signals ros ermittelt und mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR wird die ermittelte rückgestreute Signalleistung P_ros mit der in der Speichereinheit MEM gespeicherten Leistung P_S des opti schen Testsignals ots verglichen. Anhand des Vergleichsergeb nisses wird mit Hilfe des ersten Leistungsreglers LR1, ge steuert durch die Mess- und Bewertungsroutine MR, BWR der Steuereinheit MC, ein erstes Regelsignal rs1 zur Erhöhung oder gegebenenfalls Verringerung der Leistung P_S des optischen Testsignals ots gebildet. Hierdurch wird die Leistung P_S des optischen Testsignals ots beispielsweise solange erhöht bis eine erste Eintrittsschwelle SBS₁ der Stimulierten Brillouin Streuung erreicht ist, d. h. die Leistung P_ros des rückgestreu ten Signals ros beispielsweise 1/10 der Leistung P_S des ein gekoppelten Testsignals ots entspricht. Der Wert der beim Er reichen der ersten Eintrittsschwelle SBS₁ der Stimulierten Brillouin Streuung aktuell abgegebenen ersten kritischen Leistung bzw. ersten SBS-Eintrittsschwelle P_S1 des optischen Testsignals ots wird gemäß der Messroutine MR in der Spei chereinheit MEM abgespeichert.

Erfindungsgemäß wird in einem zweiten Schritt des Messverfah rens zusätzlich zu dem modulierten oder unmodulierten opti schen Testsignal ots zumindest ein moduliertes optisches Pumpsignal ops mit einer vorgegebenen ersten Pumpsignalleis tung P_P1 und einer ersten Wellenlänge λ1 in die optische Fa ser OF eingekoppelt. Hierzu wird in der optischen Pumpsignal einheit PSU ein optisches Pumpsignal ops mit einer ersten Wellenlänge λ1 und zusätzlich das optische Pumpsignal ops mit einer ersten Modulationsfrequenz ν1 amplitudenmoduliert, wo bei die Amplitudenmodulation beispielsweise als eine Sinus-, eine Rechteck- oder eine Sägezahnförmige Amplitudenmodulation ausgestaltet sein kann.

Das modulierte optische Pumpsignal ops wird am ersten Ausgang e1 der Pumpsignaleinheit PSU an den ersten Eingang 11 der steuerbaren Schalteinheit S abgegeben. Gemäß des zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird hierzu durch die in der Steuereinheit MC ausgeführte Messroutine MR im Schaltregler SR ein Steuersignal ss zum Durchschalten des ersten Eingangs i1 der steuerbaren Schalteinheit S auf den Ausgang e generiert und über die Steuerleitung SL an die steuerbare Schalteinheit S übermittelt. Im Anschluß an die Durchschaltung des optischen Pumpsignals ops vom ersten Ein gang i1 zum Ausgang e der steuerbaren Schalteinheit S wird das optische Pumpsignal ops über die zweite Verteilerleitung VL2 an den optischen Koppler OK geführt. Mit Hilfe des opti schen Kopplers OK wird das optische Pumpsignal ops in die erste Verteilerleitung VL1 eingekoppelt und zusätzlich zum optischen Testsignal ots an den Zirkulator Z übermittelt. Durch den Zirkulator Z werden das optische Testsignal ots und das optische Pumpsignal ops über die dritte optische Vertei lerleitung VL3 in die optische Faser OF eingekoppelt.

Durch die zusätzliche Einkopplung des modulierten optischen Pumpsignals ops wird der nichtlineare Effekt der Kreuzphasen modulation (XPM) in der optischen Faser OF erzeugt und somit eine Phasenmodulation des optischen Testsignales ots hervor gerufen, welche das Frequenzspektrum des optischen Testsig nals ots verbreitert. Durch die Verbreiterung des Frequenz spektrums des optischen Testsignals ots nimmt zunächst die Leistung des rückgestreuten optischen Signals ros ab, d. h. der Teil des eingekoppelten optischen Testsignals ots, der aufgrund des schmalbandigen nichtlinearen Effekts der SBS entgegengesetzt zur Einkopplungsrichtung rückgestreut bzw. reflektiert wird, nimmt somit ab. Das rückgestreute optische Signal ros wird wiederum über den Zirkulator Z und über die erste Zuleitung ZL1 an den Filtereingang fi der Filtereinheit FU geführt. In der Filtereinheit FU wird das rückgestreute optische Signal ros gefiltert sowie das gefilterte rückge streute Signal gros am Filterausgang fe abgegeben. Das gefil terte rückgestreute Signal gros wird anschließend über die zweite Zuleitung ZL2 wiederum zum Eingang i des Messwandlers MW übertragen und mit Hilfe des Messwandlers MW in ein elekt risches Signal es umgesetzt. Das elektrische Signal es wird der Steuer- und Auswerteeinheit CU bzw. der Auswerteeinheit AE über die elektrische Zuleitung EZL zugeführt, in der die Leistung P_ros des elektrischen Signals es und somit des rück gestreuten optischen Signals ros ermittelt bzw. bewertet wird.

Durch die von der Steuereinheit MC gesteuerte Auswerteeinheit AE wird wie bereits beschrieben die Leistung P_ros des rückge streuten optischen Signals ros ermittelt und mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR wird die ermittelte rückgestreute Sig nalleistung P_ros mit der in der Speichereinheit MEM gespei cherten Leistung P_S des optischen Testsignals ots verglichen. Anhand des Vergleichsergebnisses wird mit Hilfe des ersten Leistungsreglers LR1, gesteuert durch die Mess- und Bewer tungsroutine MR, BWR der Steuereinheit MC, das erste Regelsig nal rs1 zur Erhöhung der Leistung P_S des optischen Testsig nals ots gebildet. Die Leistung P_S des optischen Testsignals ots wird solange erhöht bis eine zweite, im Vergleich zur ersten Eintrittsschwelle SBS₁ erhöhte Eintrittsschwelle SBS₂ der Stimulierten Brillouin Streuung erreicht wird, d. h. die Leistung P_ros des rückgestreuten Signals ros entspricht wie derum beispielsweise 1/10 der Leistung P_S des eingekoppelten Testsignals ots. Der Wert der beim Erreichen der zweiten Eintrittsschwelle SBS₂ der Stimulierten Brillouin Streuung aktu ell abgegebenen zweiten kritischen Leistung P_S2 bzw. zweiten SBS-Eintrittsschwelle P_SBS2 des optischen Testsignals ots wird gemäß der Messroutine MR in der Speichereinheit MEM abgespei chert. Des Weiteren wird die aktuell eingestellte erste opti sche Pumpsignalleistung P_P1 in der Speichereinheit MEM abge speichert.

In Fig. 2 ist beispielhaft in einem Diagramm die erste SBS- Eintrittsschwelle SBS₁ und die verschobene bzw. erhöhte zwei te SBS-Eintrittsschwelle SBS₂ dargestellt. Das Diagramm weist eine horizontale Achse (Abszisse) und eine vertikale Achse (Ordinate) auf, wobei entlang der horizontalen Achse die Leistung P_S des eingekoppelten optischen Testsignals ots und entlang der vertikale Achse die Leistung P_ros des rückgestreu ten optischen Signals ros jeweils in dBm angetragen ist. Zur Messung der dargestellten ersten SBS-Eintrittsschwelle SBS₁ wurde gemäß des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Mess verfahrens das optische Testsignal ots in die optische Faser OF eingekoppelt und die Testsignalleistung P_S zunehmend er höht sowie die Änderung bzw. Erhöhung der Leistung P_ros des rückgestreuten optischen Signals ros aufgezeichnet. Anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms wird der Eintritt des nichtlinearen Effektes der SBS deutlich, der beispielsweise im dargestellten Fall bei einer Testsignalleistung P_s von ca. 0.002 Watt liegt. Ab dieser kritischen Testsignalleistung P_s ist ein deutlich schnellerer Anstieg der Messkurve beim ers ten Messverfahrensschritt bzw. eine deutlicher Anstieg der Leistung P_ros des rückgestreuten optischen Signals ros auf grund der SBS erkennbar. Dieser steile Anstieg der ersten SBS-Eintrittschwelle SBS₁ ergibt sich in einem Band der Test signalleistung P_S von ca. 2 dBm und flacht anschließend wie der ab, so dass der Verlauf der Leistung P_ros des rückgestreu ten optischen Signals ros über der Testsignalleistung P_S na hezu dieselbe Steigung annimmt wie unmittelbar vor der ersten SBS-Eintrittsschwelle SBS₁. Gemäß dem zweiten Schritt des er findungsgemäßen Messverfahrens wird zusätzlich zu dem optischen Testsignal ots ein optisches Pumpsignal ops in die op tische Faser OF eingekoppelt, wodurch aufgrund der sich in der optischen Faser OF einstellenden Kreuzphasenmodulation XPM die SBS-Eintrittsschwelle nach rechts verschoben wird, d. h. der nichtlineare Effekt der SBS tritt bei einer höheren eingekoppelten Testsignalleistung P_S auf. Für die im Diagramm dargestellte, die zweite SBS-Eintrittsschwelle SBS₂ enthal tende Messkurve wurde beispielsweise ein optisches Pumpsignal ops in die optische Faser OF eingekoppelt, dass mit einer Mo dulationsfrequenz von 20 MHz amplitudenmoduliert wurde und eine Pumpsignalleistung von 0,2 Watt aufwies. Des Weiteren betrug der Wellenlängenunterschied Δλ zwischen optischen Testsignal ots und optischen Pumpsignal ops ca. 10 nm. Die aus dem Diagramm entnehmbare Verschiebung der SBS- Eintrittsschwellen um ca. 2 dBm wird gemeinsam mit den be kannten Test- und Pumpsignalparametern sowie den bekannten Faserparametern zur Ermittlung des Nichtlinearitätskoeffi zienten γ ausgewertet. Für eine eindeutige Auswertung der SBS-Eintrittschwellen zum Zwecke der Ermittlung des Nichtli nearitätskoeffizienten γ gemäß der Erfindung ist beispiels weise eine Verschiebung der SBS-Eintrittschwelle um 1 bis 3 dB erforderlich.

Wie bereits in dem die theoretischen Grundlagen zum Verstän dnis der Erfindung umfassenden Beschreibungsteil angedeutet ist, wird durch Kombination der Gleichungen (A-11, A-12) und durch Verhältnisbildung für die Messwerte der beiden in Fig. 2 dargestellten Messkurven die im Beispiel 2 dB umfassende Erhöhung der SBS-Eintrittschwelle von SBS₁ auf SBS₂ bei spielsweise als Funktion von dem Produkt aus der polarisati onsabhängigen Konstanten ξ, der Nichtlinearitätskonstanten γ und der eingekoppelten Pumpleistung P_P1, P_P2 und dem Produkt aus der Dispersionskonstanten D, dem Wellenlängenunterschied Δλ und der Modulationsfrequenz fmod dargestellt. Eine derar tige Auswertung der in Fig. 2 dargestellten Messkurven ist in Fig. 3 beispielsweise in einem Diagramm dargestellt, wo bei in Fig. 3 insbesondere eine dritte in Fig. 2 nicht dargestellte Messkurve ausgewertet wird. Das Diagramm zeigt eine erste, zweite und dritte aus den bekannten und erfindungsge mäß bestimmten Messparametern ermittelte erste, zweite und dritte Messkurve MK1, MK2, MK3. Hierzu weist das Diagramm ei ne horizontale Achse (Abszisse) und eine vertikale Achse (Or dinate) auf, wobei entlang der horizontalen Achse das Produkt der polarisationsabhängigen Konstanten ξ, der Nichtlineari tätskonstanten γ und der jeweilig eingekoppelten Pumpleistung P_P1, P_P2 ξ.γ.P_P auf einer logarithmischen Skala und entlang der vertikale Achse das Produkt aus der Dispersionskonstanten D, dem Wellenlängenunterschied Δλ und der Modulationsfrequenz fmod D.Δλ.fmod angetragen ist. Die dargestellten Messkurven MK1, MK2, MK3 ergeben sich für eine 100 km lange optischer Faser OF mit einer Dämpfungskonstante von 0,2 dB, wobei das an der Abszisse angetragene Produkt ξ.γ.P_P einen Wertebereich für die Pumpleistung P_P von ca. 0.1 bis 2 Watt und das an der Ordinate angetragene Produkt D.Δλ.fmod einen Wertebereich für den Wellenlängenabstand Δλ um 10 nm bei einer Modulationsfre quenz von 0 bis 1 GHz umfaßt. Die erste Messkurve MK1 steht für eine Erhöhung der ersten SBS-Eintrittschwelle SBS₁ um 1 dB, die zweite Messkurve für eine Erhöhung um 2 dB und die dritte Messkurve für eine Erhöhung um 3 dB, wobei hierzu je weils die in die optische Faser eingekoppelte Pumpsignalleis tung P_P dementsprechend von 0.1 Watt auf 0.2 Watt erhöht wird. Des Weiteren sind in Fig. 3 ein erster, zweiter, drit ter und vierter Messpunkt MP1 bis MP4 entlang der zweiten und dritten Messkurve MK2, MK3 markiert, welche für die Ermittlung der Nichtlinearitätskonstanten γ und der Dispersionkonstanten D anhand eines iterativen Auswerteverfahrens beispielsweise ausgewählt sind. Für das erfindungsgemäße Messverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten der optischen Faser OF an sich ist die Ermittlung von zumindest zwei Messwerten ausrei chend. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch eine ausführlichere Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt.

Zur Bestimmung des Nichtlinearitätskoeffizienten γ werden die in der Speichereinheit MEM gespeicherten Messwerte erste, zweite Testsignalleistung P_S1, P_S2, erste Pumpsignalleistung P_P1 sowie die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Messkurven mit Hilfe der in der Steuereinheit MC ablaufenden Bewertungsrou tine BWR bewertet. Bei einem Wellenlängendifferenz Δλ zwi schen optischen Testsignal ots und optischen Pumpsignal ops um 1 nm und einer geringen Modulationsfrequenz fmod um die 200 MHz ist der Dispersionseinfluß auf das Messergebnis ver nachlässigbar, so dass gemäß Gleichung (A-12) die effektive Länge L_eff in erster Näherung nicht von der Dispersionskon stanten D abhängt und damit durch Auswertung der Gleichung (A-12) mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR die Nichtlineari tätskonstante γ ermittelt werden kann.

Zur Erläuterung der Ermittlung der Nichtlinearitätskonstante γ mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR wird beispielsweise die in Fig. 3 dargestellte zweite Messkurve MK2, insbesondere der erste Messpunkt MP1, herangezogen. Der erste Messpunkt MP1 bezeichnet den Schnittpunkt der zweiten Messkurve MK2 mit der Abszisse in Fig. 3, der somit die vernachlässigbare Dispersionkonstante D und die geringe Wellenlängendifferenz Δλ für den betrachteten Fall berücksichtigt. Aus dem Diagramm in Fig. 3 sind somit ein vernachlässigbarer Ordinatenwert und ein logarithmischer Abszissenwert (10.log10) von -40,9 1/m/W als Koordinaten des ersten Messpunktes MP1 ablesbar. Die in der Speichereinheit MEM gespeicherte erste Pumpsignal leistung P_P1 beträgt hierbei 20 dBm, welche einer ersten Pumpsignalleistung P_P1 von 100 mW entspricht. Somit ergibt sich unter Berücksichtigung der polarisationsabhängigen Kon stanten ξ = 1 eine Nichtlinearitätskonstante γ von 0,000813 1/mw nach folgenden Umformungen:
10.log10(γ.P_P1) = -40,9 1/m/W
γ.P_P1 = 8,13.10^-5 1/m/W
γ = 0,000813 1/m/W.

In analoger Weise ist die Nichtlinearitätskonstante γ mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR beispielsweise am Schnitt punkt der dritten Messkurve MK3 mit der Abszisse des in Fig. 3 dargestellten Diagramms ermittelbar.

Im Weiteren wird gemäß der Erfindung eine Ermittlung der Dispersionseigenschaften, d. h. der Dispersionskonstanten D, der optischen Faser OF derart durchgeführt werden, dass in einem dritten Schritt zusätzlich zu dem optischen Testsignal ots das amplitudenmodulierte optische Pumpsignal ops mit der ersten Pumpsignalleistung P_P1 und einer zweiten Pumpwellenlänge λ2 in die optische Faser OF eingekoppelt wird und wiederum durch eine Änderung der Leistung des rückgestreuten optischen Signals ros eine dritte verschobene Eintrittsschwelle SBS₃ der Stimulierten Brillouin Streuung dadurch bestimmt wird, dass die erste Pumpsignalleistung P_P1 solange erhöht wird bis das die Leistung P_ros des rückgestreuten Signals ros wiederum beispielsweise 1/10 der Leistung P_S des eingekoppelten Test signals ots entspricht. D. h. wurde die Wellenlängendifferenz Δλ zwischen optischen Testsignal ots und zweiten optischen Pumpsignal ops2 im dritten Schritt beispielsweise von 1 auf 10 nm erhöht, so muß die erste Pumpleistung P_P1 um 3 dB erhöht werden, um wiederum die zweite SBS-Eintrittsschwelle SBS₂ zu erhalten. Somit ergibt sich eine zweite optische Pumpsignal leistung P_P2 bei einer Erhöhung der Wellenlängendifferenz Δλ für das Erreichen der zweiten SBS-Eintrittsschwelle SBS₂ oder in anderen Worten: aufgrund der erhöhten Wellenlängendiffe renz Δλ zwischen optischen Testsignal ots und zweiten opti schen Pumpsignal ops2 wirkt sich die Dispersion derart auf das Messergebnis aus, dass zum Erreichen der zweiten SBS- Eintrittsschwelle SBS₂ eine Erhöhung der ersten optischen Pumpsignalleistung P_P1 erforderlich wird.

Dieser technische Effekt wird erfindungsgemäß zur Ermittlung der Dispersionkonstanten D wie folgt ausgewertet. Eine pola risationsabhängige Konstante ξ = 1 vorausgesetzt, werden hierzu die in Fig. 3 dargestellten Messkurven, insbesondere die erste und dritte Messkurve MK1, MK3, für die Bestimmung mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR herangezogen. Bei der Be rechnung der ersten Messkurve MK1 wurde eine erste gemessene Pumpsignalleistung P_P1 von 20 dBm und bei der Berechnung der dritten Messkurve MK3 wurde eine dritte gemessene Pumpsignal leistung P_P3 von 26 dBm ausgewertet, welches einer Erhöhung der Pumpleistung P_P von 6 dB zur Kompensation der Erhöhung der Wellenlängendifferenz Δλ entspricht, d. h. um die zweite SBS-Eintrittsschwelle SBS₂ zu erreichen ist beispielsweise bei einem ersten optischen Pumpsignal ops1 mit einer ersten Pumpwellenlänge λ1 eine erste Pumpsignalleistung P_P1 erfor derlich und bei Verwendung eines zweiten optischen Pumpsignal ops2 mit einer erhöhten zweiten Pumpwellenlänge λ2 ist eine zweite, um 6 dB erhöhte Pumpsignalleistung P_P2 erforderlich. Die somit erhaltene, im Vergleich zu der ersten Messkurve MK1 im Diagramm nach rechts verschobene dritte Messkurve MK3 wird beginnend an dem zweiten Messpunkt MP2 zur Bestimmung der Dispersionskonstanten D mit Hilfe eines iterativen Auswer tungsverfahrens ausgewertet. Hierzu wird der die dritte Mess kurve MK3 repräsentierende, in der Speichereinheit MEM ge speicherte Datensatz mit Hilfe der Bewertungsroutine BWR der art ausgewertet, dass zunächst der Schnittpunkt zwischen der Abszisse und der dritten Messkurve MK3 der zweite Messpunkt MP2 ausgewählt wird und ausgehend von dem Abszissenwert des zweiten Messpunktes MP2, der Abszissenwert des vierten Mess punktes aus dem Datensatz ermittelt wird, indem der Abszis senwert des zweiten Messpunktes MP2 um den Betrag der Erhö hung der Pumpsignalleistung P_P, im betrachteten Ausführungs beispiel um 6 dB, nach rechts verschoben wird bzw. erniedrigt wird. Ausgehend davon wird der zugehörige Ordinatenwert des vierten Messpunktes MP4 ermittelt.

Ausgehend von dem im Ausführungsbeispiel betrachtete Diffe renz zwischen dem ersten Produkt von der Dispersionskonstan ten D, dem ersten Wellenlängenunterschied Δλ1 und der Modula tionsfrequenz fmod D.Δλ1.fmod für die erste Messkurve MK1 und dem zweiten Produkt von der Dispersionskonstanten D, dem zweiten Wellenlängenunterschied Δλ2 und der Modulationsfre quenz fmod D.Δλ2.fmod für die dritte Messkurve MK3 von 10 war der erste Messpunkt MP1 bzw. Startpunkt des iterativen Bewer tungsverfahrens nicht exakt genug und wird wie folgt verbes sert. Der zuvor ermittelten Ordinatenwert des vierten Mess punktes MP4 wird durch die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Produkt, den Faktor 10, dividiert und somit ein neuer verbesserter Ordinatenwert für den ersten Messpunkt MP1 er mittelt. Zu dem neuen verbesserten Ordinatenwert wird anhand der Datenbasis der zugehörige neue verbesserte Abszissenwert des ersten Messpunktes MP1 ermittelt und zur Weiterverarbei tung in der Speichereinheit MEM gespeichert. Gemäß des ersten Iterationsschrittes wird in einem zweiten Durchlauf des ite rativen Bewertungsverfahrens der neue verbesserte Abszissen wert des zweiten Messpunktes MP2 wiederum um den Betrag der Erhöhung der Pumpsignalleistung P_P, im betrachteten Ausfüh rungsbeispiel um 6 dB, nach rechts verschoben bzw. ernied rigt. Ausgehend davon wird ein verbesserter Ordinatenwert des sich ergebenden neuen vierten Messpunktes MP4 ermittelt. Die ses Bewertungsverfahren konvergiert in den überwiegenden An wendungsfällen nach wenigen Iterationen, so dass der erhalte ne Ordinatenwert für den vierten Messpunkt MP4 zu Ermittlung der Dispersionskonstanten gemäß der folgenden Gleichung he rangezogen werden kann:

D = 4,4.10^-4/(Δλ.fmod)
= 4,4.10^-4/(10^-8.2.10⁸)ps/nm/km
D = 220 ps/nm/km.

Somit ergibt sich für das dargestellte Ausführungsbeispiel eine Dispersionskonstante von D = 220 ps/nm/km. In analoger Weise kann beispielsweise die zweite Messkurve zur Bestimmung der zugehörigen Dispersionskonstante D ausgewertet werden.

Die erfindungsgemäße Meßanordnung ist keinesfalls auf eine sendeseitige Realisierung beschränkt, sondern kann für beliebige optische Übertragungsmedien auch empfangsseitig einge setzt werden.

Claims

1. Messverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten in ei ner optischen Faser (OF), dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt zumindest ein optisches Testsig nal (ots) in die optische Faser (OF) eingekoppelt wird, des sen Testsignalleistung (P_S) geändert wird und anhand der Än derung der Leistung (P_ros) des rückgestreuten optischen Sig nals (ros) eine erste Eintrittsschwelle (SBS₁) der Stimulier ten Brillouin Streuung bestimmt wird,
dass in einem zweiten Schritt zusätzlich zu dem optischen Testsignal (ots) zumindest ein moduliertes optisches Pumpsig nal (ops) mit einer vorgegebenen Pumpsignalleistung (P_P1) und einer ersten Pumpwellenlänge (λ₁) in die optische Faser (OF) eingekoppelt wird und anhand der Änderung der Testsignalleis tung (P_S) eine zweite Eintrittsschwelle (SBS₂) der Stimulier ten Brillouin Streuung bestimmt wird und
dass durch die Auswertung zumindest der ersten und zweiten Eintrittsschwelle (SBS₁, SBS₂), der Test- und Pumpsignalparame ter sowie der Faserparameter der Nichtlinearitätskoeffizient (γ) der optischen Faser (OF) ermittelt wird.

2. Messverfahren zur Bestimmung der Nichtlinearitäten in ei ner optischen Faser, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt mindestens ein optisches Test signal (ots) mit einer Testsignalleistung (P_S) und einer Testsignalwellenlänge (λ₁) in die optische Faser (OF) einge koppelt wird und die Leistung (P_ros) des rückgestreuten opti schen Signals (ros) gemessen sowie ein erstes Verhältnis aus eingekoppelter Testsignalleistung (P_S) und der Leistung (P_ros) des rückgestreuten optischen Signals gebildet wird,
dass in einem zweiten Schritt zusätzlich zu dem eine Testsig nalleistung (P_S) und Testwellenlänge (λ₁) aufweisenden opti schen Testsignal (ots) mindestens ein moduliertes optisches Pumpsignal (ops) mit einstellbarer Pumpsignalleistung (P_P1) und einer ersten Pumpwellenlänge (λ₁) in die optische Faser (OF) eingekoppelt wird und die Leistung (P_ros) des rückge streuten optischen Signals (ros) gemessen sowie ein zweites Verhältnis aus eingekoppelter Testsignalleistung (P_S) und der Leistung des rückgestreuten optischen Signals (P_ros) ermittelt wird,
dass die einstellbare Pumpsignalleistung (P_P1) des modulier ten optischen Pumpsignals (ops) solange erhöht oder verrin gert wird bis das zweite Verhältnis mit dem ersten Verhältnis übereinstimmt und
dass durch eine Auswertung der Test- und Pumpsignalparameter sowie der Faserparameter der Nichtlinearitätskoeffizient (γ) der optischen Faser (OF) ermittelt wird.

3. Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Test- und Pumpsignalparameter die Testsignalwellen länge (λ₁), die vorgegebene Pumpsignalleistung (P_P1), die ers te Pumpwellenlänge (λ₁) und die Modulationsfrequenz (ν₁) des optischen Pumpsignals (ops) ausgewertet werden.

4. Messverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Test- und Pumpsignalparameter die Testsignalleistung (P_S), die Testsignalwellenlänge (λ₁), die eingestellte Pump signalleistung (P_P1), die erste Pumpwellenlänge (λ₁), die Mo dulationsfrequenz (ν₁) des optischen Pumpsignals (ops) ausge wertet werden.

5. Messverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsignalwellenlänge (λ₁) und die erste Pumpwellen länge (λ₁) eine Wellenlängendifferenz kleiner als 1 nm auf weisen.

6. Messverfahren zur Bestimmung der Dispersion (D) einer op tischen Faser (OF) nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem dritten Schritt zusätzlich zu dem optischen Testsignal (ots) das modulierte optische Pumpsignal (ops) mit einer vorgegebenen Pumpsignalleistung (P_P1) und einer zweiten Pumpwellenlänge (λ₂) in die optische Faser (OF) eingekoppelt wird und wiederum durch eine Änderung der Leistung (P_ros) des rückgestreuten optischen Signals (ros) eine dritte verschobe ne Eintrittsschwelle (MK3) der Stimulierten Brillouin Streu ung bestimmt wird, und
dass durch die zusätzliche Auswertung zumindest der zweiten und dritten Eintrittsschwelle (SBS₁, MK3), der Testwellenlän ge (λ₁), der Pumpsignalleistung, der ersten und zweiten Pump wellenlänge (λ₁, λ₂), der Modulationsfrequenz (ν₁) des optischen Pumpsignals (ops) und der Faserparameter die Dispersionskon stante (D) der optischen Faser (OF) bestimmt wird.

7. Messverfahren zur Bestimmung der Dispersion (D) in einer optischen Faser (OF) nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem dritten Schritt zusätzlich zu dem eine vorgege bene Testsignalleistung (P_S) und Testsignalwellenlänge (λ₁) aufweisenden optischen Testsignal (ots) das modulierte opti sche Pumpsignal (ops) mit einer einstellbaren Pumpsignalleis tung (P_P1) und einer zweiten Pumpwellenlänge (λ₂) in die opti sche Faser (OF) eingekoppelt wird und die Leistung (P_ros) des rückgestreuten optischen Signals (ros) gemessen sowie ein drittes Verhältnis aus eingekoppelter Testsignalleistung (P_S) und gemessener Leistung (P_ros) des rückgestreuten optischen Signals (ros) ermittelt wird,
dass die einstellbare Pumpleistung (P_P1) des modulierten op tischen, eine zweite Pumpwellenlänge (λ₂) aufweisenden Pump signals (ops) solange erhöht oder verringert wird bis das dritte Verhältnis mit dem ersten Verhältnis übereinstimmt und dass durch eine zusätzliche Auswertung der Testsignalleistung (P_S), der Testsignalwellenlänge (λ₁), der eingestellten Pump signalleistung (P_P1), der zweiten Pumpwellenlänge (λ₂), der Modulationsfrequenz (ν₁) des optischen Pumpsignals (ops) und der Faserparameter die Dispersionskonstante (D) der optischen Faser (OF) bestimmt wird.

8. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserparameter effektive Faserlänge (L_eff), Dämp fungskonstante (α), Polarisationsfaktor (ξ) bei zufällig vari ierender Polarisation sowie Brilloin-Verstärkungsfaktor (g_B) der optischen Faser (OF) in der Auswertung berücksichtigt werden.

9. Messverfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Eintrittsschwelle (SBS₁, SBS₂, MK3) der Stimulierten Brillouin Streuung jeweils durch die den Eintritt des Stimulierten Brillouin Effektes hervorrufende eingekoppelte Testsignalleistung (P_S) bestimmt sind.

10. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation des optischen Pumpsignals (ops) durch ei ne Sinus-, Rechteck- oder Sägezahnförmige Amplitudenmodulati on realisiert wird.

11. Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung entsprechend der Formeln
p_S ^cr = 21.A_eff/g_B/L_eff
und
mit:
L = k.z/n,
β = D.Δλ,
ω = 2.π.fmod;
m(kz/n) = ξ.γ.I_P.Le;
erfolgt, wobei durch
P_S ^cr = die rückgestreute Leistung bei der Eintrittsschwel le der SBS,
g_B = die Brillouin Gain Konstante,
A_eff = die effektive Fläche,
L_eff = die effektive Länge,
z = die Ortsvariable,
α = die Faserdämpfungskonstante,
D = die Dispersionskonstante,
Δλ = die Wellenlängendifferenz zwischen Test- und Pump signal,
fmod = die Modulationsfrequenz des Pumpsignals,
I_P = die Pumpleistung des eingekoppelten Pumpsignals,
n = die Anzahl der Teilstücke für die Näherung,
γ = die Nichtlinearitätskoeffizient,
ξ = eine polarisationsabhängige Konstante ausgedrückt werden.

12. Messverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz (ν₁) des optischen Pumpsignals (ops) größer als die SBS-Linienbreite (Δν_B) gewählt wird.