DE69207805T2 - Optisches Nachrichtenübertragungssystem mit faseroptischen Verstärkern für die Signalübertragung über weite Entfernungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nachrichtensystem für die Übertragung von Signalen einer Wellenlängen von 1550 nm über große Entfernungen, insbesondere für Seekabel, mit optischen Verstärkern, die eine mit Erbium dotierte Faser besitzen.
• Für Nachrichtenstrecken von mehreren tausend Kilometern wurden bereits Systeme vorgeschlagen, die eine Kaska denanordnung von optischen Verstärkern mit Lichtleitfasern enthalten, welche mit Erbium dotiert sind.
• Der Aufsatz in der Zeitschrift Electronic Letters vom 17. Januar 1991, Vol. 27 No 2 von L.F. Mollenauer, B.M. Nyman, M.J. Neubelt, G. Raybon, S.G. Evangelides, mit dem Titel "Demonstration of transmission at 2,4 Gbit/s over 12000 km" beschreibt eine Nachrichtenverbindung über 12000 km mit Signalen einer Wellenlänge von 1531,9 nm.
• Der Aufsatz von Noboru Edegava, Yoshihiro Yoshida, Hidenon Taga, Shu Yamamoto, Kiyofumi Mochizuki und Hiroharu Wakabayashi mit dem Titel "Non-regenerative optical transmission experiment using 12 erbium-doped fiber amplifiers", der veröffentlicht wurde durch ECOC 89, Post Deadline Paper, PDA-8, Gothenburg 1989, beschreibt eine Nachrichtenverbindung über 902 km mit Signalen einer Wellenlänge von 1536 nm.
• Der Aufsatz von D.J. Malyon, T. Widdowson, E.G. Bryant, S.F. Carter, J.V. Wright, W.A. Stallard mit dem Titel "Demonstration of optical pulse propagation over 10000 km offiber using recirculating loop", der in Electronic Letters, 17. Januar 1991, vol. 27 No 2 erschienen ist, betrifft eine Nachrichtenverbindung über 10000 km mit Signalen einer Wellenlänge von 1560 nm.
• Alle oben vorgeschlagenen Systeme enthalten Verstärker, deren Lichtleitfasern Kerne aus Siliziumoxid besitzen, welche entweder mit Aluminium und Erbium oder mit Aluminium, Germanium und Erbium dotiert sind. Es scheint nicht notwendig, optische Filter zwischen die Verstärker solcher Systeme einzufügen.
• Verwendet man dagegen optische Verstärker des obigen Typs für die Übertragung von Signalen einer Wellenlänge von etwa 1550 nm, dann muß man unbedingt optische Filter zwischen die Verstärker einfügen, um das Rauschen in Grenzen zu halten. Ein solches System wird in dem Aufsatz von Shigeru Saito, Takamasa Imai, Toshihiko Sugie, Norio Ohkawa, Yasutaka Ichihashi und Takeshi Ito mit dem Titel "An over 2200 km coherent transmission experiment at 2,5 Gbit/s using erbiumdoped fiber amplifiers" beschrieben, der veröffentlicht wurde von OFC 1990, San Francisco, PD2-1.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Übertragung von Signalen mit einer Wellenlänge von 1550 nm vorzuschlagen, das keinen außerordentlich schwierig anzupassenden optischen Zwischenfilter erfordert und in Nachrichtenstrecken sehr großer Länge verwendbar ist, beispielsweise in transatlantischen Strecken.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Nachrichtensystem mit optischen Verstärkern, die eine mit Erbium dotierte Lichtleitfaser enthalten, für die Übertragung von Signalen, von denen mindestens eines eine Wellenlänge in der Größenordnung von 1550 nm besitzt, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Verstärker Lichtleitfasern besitzen, deren Kern mit Erbium und Germanium, aber nicht mit Aluminium dotiert ist,
• - und daß für jeden der Verstärker die Länge der Lichtleitfaser und die in sie eingespeiste Pumpleistung so gewählt sind, daß das von der Faser erzeugte Rauschen im wesentlichen im Umkreis von 1550 nm ausgesendet wird.
• In einem solchen Nachrichtensystem besitzen die oben definierten optischen Verstärker völlig überraschend eine eigene Filterfunktion in der Umgebung von 1550 nm.
• So erfährt ein Signal einer Wellenlänge von 1550±4 nm die gleiche Verstärkung wie das Rauschen und steht mit diesem nicht im Wettstreit. Das erfindungsgemäße System kann für Verbindungen über mehr äls 10000 km verwendet werden.
• In einem erfindungsgemäßen System kann man die oben definierten Verstärker mit Abständen einsetzen, die bis zu 300 km betragen, ohne daß optische Zwischenfilter nötig wären.
• Beispielsweise werden die Dotierungsraten des Faserkerns wie folgt gewählt:
• - Dotierungsrate für Germanium: größer als 2%
• - Dotierungsrate für Erbium: zwischen 0,1 ppb und 500 ppm.
• Jeder Verstärker hat eine Faser einer Länge zwischen 1 m und 60 km. Die in die mit Erbium dotierte Faser eingespeiste Pumpleistung liegt zwischen 2 mW und 300 mW bei einer Wellenlänge von 980 ± 40 nm und/oder 1480 ± 50 nm.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1 zeigt die Resultate für ein bekanntes System, und zwar, abhängig von der Streckenlänge in km, die Leistung Ps (in dBm) des Signais einer Wellenlänge von 1550 nm am Ausgang der Verstärker sowie den entsprechenden Rauschpegel Nb (in dBm/nm).
• Figur 2 zeigt das Spektrum des von einem erfindungsgemäßen System ausgesendeten Signals nach 1000 km, nämlich die Intensität I (im logarithmischen Maßstab bezogen auf beliebigen Einheitswert) abhängig von der Wellenlänge λ(in nm).
• Figur 3 entspricht Figur 2, entspricht aber einer Strecke von 10000 km.
• Figur 4 entspricht Figur 1, betrifft aber ein System gemäß der Erfindung.
• Hier wird ein bekanntes System mit einem erfindungsgemäßen System verglichen, die je jeweils nach 50 km einen optischen Verstärker mit einer mit Erbium dotierten Lichtleitfaser enthalten.
• Die Ergebnisse des bekannten Systems bei einem Eingangssignal einer Wellenlänge von 1550 nm gehen aus Figur 1 hervor. Man stellt fest, daß bereits nach 1250 km das Signal-Rauschverhältnis unzureichend wird.
• Im erfindungsgemäßen System besitzt jeder optische Verstärker eine wie folgt dotierte Faser:
• - Dotierungsrate für Germanium: größer als 2%
• - Dotierungsrate für Erbium: zwischen 0,1 ppb und 500 ppm.
• Die Länge der Faser beträgt 25 m, die eingespeiste Pumpleistung beträgt 6 mW bei einer Wellenlänge in der Nähe von 1480 nm.
• Figur 2 zeigt das Spektrum des Signals nach einer Strecke von 1000 km Länge.
• Figur 3 zeigt das Spektrum des Signals nach einer Strecke von 10000 km Länge.
• Figur 4 zeigt die Entwicklung der Leistung Ps des Signals abhängig von der durchlaufenen Strecke L (in km) sowie den entsprechenden Rauschpegel Nb.
• Die in dem erfindungsgemäßen System verwendeten Verstärker besitzen eine Eigenfilterfunktion im Umkreis von 1550 nm. Der Rauschspitzenwert bei etwa 1532 nm, der in den Figuren 2 und 3 zu sehen ist, wird in den Filtern wieder absorbiert und ein anderer Rauschspitzenwert erscheint bei 1550 nm. Die optischen Verstärker des erfindungsgemäßen Systems übertragen daher überwiegend Energie im Umkreis von 1550 nm. Das bei diesem Spitzenwert der Verstärkung liegende Signal nutzt den gleichen Verstärkungsgrad wie das Rauschen und steht mit diesem nicht in Wettstreit. Das allgemeine Verhalten ist dasselbe, als wenn ein Filter hinter jedem Verstärker angeordnet wäre, was den Begriff der Eigenfilterung rechtfertigt.
• Wie die Kurven in Figur 4 zeigen, bleibt das Signal- Rauschverhältnis auch nach 10000 km Übertragungsstrecke ohne optische Zwischenfilter noch ausreichend.
• Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, könnte man jedes Mittel durch ein äquivalentes Mittel ersetzen.
• So können die Abstände zwischen den Verstärkern sich von dem in dem obigen Beispiel erwähnten Wert unterscheiden. Die Pumpleistung sowie die Wellenlänge der mit Erbium do tierten Lichtleitfaser sind dann entsprechend anzupassen. Der äußerste Fall einer "verteilten Verstärkung", bei der die ganze in dem System verwendete Faser mit Erbium dotiert ist und die Pumpen weit entfernt sind, kann auch in Betracht gezogen werden. Auch das Pumpen im Umkreis von 980 nm ist möglich.
• Gemäß einer anderen Ausführungsvariante können die Verstärker eines erfindungsgemäßen Systems sich voneinander unterscheiden und auch die Ausgangsleistung braucht nicht konstant zu sein, insbesondere wenn das Ausgangssignal einer Leistungsregelung unterliegt. Die Abstände zwischen den Verstärkern können ebenfalls ungleich groß sein.

Claims (4)

1. Nachrichtensystem mit optischen Verstärkern, die eine mit Erbium dotierte Lichtleitfaser enthalten, für die Übertragung von Signalen, von denen mindestens eines eine Wellenlänge in der Größenordnung von 1550 nm besitzt, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Verstärker Lichtleitfasern besitzen, deren Kern mit Erbium und Germanium, aber nicht mit Aluminium dotiert ist,

- und daß für jeden der Verstärker die Länge der Lichtleitfaser und die in sie eingespeiste Pumpleistung so gewählt sind, daß das von der Faser erzeugte Rauschen im wesentlichen im Umkreis von 1550 nm ausgesendet wird.

2. Nachrichtensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Verstärkern zwischen 0 und 300 km liegt, wobei der Wert 0 km einer "verteilten Verstärkung" entspricht.

3. Nachrichtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Fasern so gewählt ist, daß die Dotierungsrate für Germanium größer als 2% ist und die für Erbium zwischen 0,1 ppb und 500 ppm liegt.

4. Nachrichtensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Verstärker die Länge der dotierten Faser zwischen 1 m und 60 km beträgt und daß die Pumpleistung zwischen 2 mW und 300 mW bei einer Wellenlänge von 980 nm ± 40 nm und/oder 1480 nm ±40 nm liegt.