DE60013406T2

DE60013406T2 - Wdm sender

Info

Publication number: DE60013406T2
Application number: DE60013406T
Authority: DE
Inventors: Neil David PAYNE; Nickolaos Michael Southampton ZERVAS; Morten Ibsen
Original assignee: University of Southampton
Current assignee: University of Southampton
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: CA2363152C; DE60013406D1; AU773406B2; CA2363152A1; EP1153462A1; US6993258B2; WO2000049687A1; US20020154355A1; EP1153462B1; GB9903880D0; AU2564200A

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Transmitter bzw. Übertrager für Wellenlängenmultiplexsignale.
Optische Fasertelekommunikationssysteme unterliegen einer kontinuierlichen Expansion gefolgt von der Notwendigkeit größerer Bandbreite. Die Natur des Wachsens der Anforderung für Bandbreite ist derart, daß gefordert wird, daß das Wellenlängenmultiplexen (WDM) von optischen Kanälen den Engpaß in der Kapazität überwindet, der bei Zeitmultiplex-(TDM), Einzelwellenlängensystemen aufgrund von Geschwindigkeitsbeschränkungen elektronischer Schaltkreise auftritt. Kommerzielle Systeme des Standes der Technik verwenden simultan bis zu sechzehn Kanäle, um die Systemkapazität zu erhöhen, die Anforderungen an die Kapazität werden jedoch weiter steigen.
Obwohl die Kapazität des dritten Telekommunikationsfensters sehr groß ist, diktieren Verlustbeschränkungen, daß optische Verstärker wesentliche Aufbaublöcke in modernen Netzwerken sind, und optische Verstärker, insbesondere Erbium dotierte Faserverstärker (EDFA) bestimmen die gegenwärtige verfügbare praktische Bandbreite.
Gegenwärtige Trends gehen in Richtung dichtem Wellenlängenmultiplexen mit einem 100 GHz Kanalabstand als die nächste Generation der WDM-Kammstandards.
Beispielsweise haben kürzliche Experimente eine 1 Tb/s-Übertragung unter Verwendung von 100×10 Gb/s demonstriert, wie beschrieben ist in A. K. Srivastava et al., "1 Tb/s transmission of 100 WDM 10 Gb/s channels over 400 km of TrueWave^TM fiber" in der Veröffentlichung OFC '98 Technical Digest, Dokument PD 10, 1998.
Ein anderes Beispiel ist die Demonstration der Übertragung oder Verwendung von 50×20 Gb/s WDM-Kanälen über 400 km und 600 km, wie beschrieben ist in S. Aisawa, T. Sakamoto, M. Fukui, J. Kani, M. Jinno und K. Oguchi, "Ultra-wide band, long distance WDM transmission demonstration: 1 Tb/s (500×20 Gb/s), 600 km transmission using 1550 and 1580 nm wavelength bands", in OFC '98 Technical Digest, Dokument PD 11, 1998.
Es gibt zwei alternative Ansätze, um Quellen hoher Qualität für Zwecke der Telekommunikation zu implementieren, nämlich den Halbleiter- und den Distributed-Feedback-(DFB)Faserlaser. Kommerzielle Systeme und die meisten experimentelle Systeme, die bislang untersucht wur den, beispielsweise die Systeme, auf die in den obigen Referenzen Bezug genommen wird, verwenden verschiedene Typen von Halbleiterlasern (SLs) als Quellen, beispielsweise DFB- oder DBR-Laser. SLs werden einzeln mit Leistung versorgt und sind üblicherweise wellenlängenstabilisiert (um die strengen Telekomgitteranforderungen zu erfüllen) durch die Verwendung einer externen Kavität. Es ist ebenso gut bekannt, daß SLs anfällig sind gegenüber Alterungseffekten und gegenüber plötzlichen Ausfällen, was zu einem kompletten Verlust des entsprechenden Kommunikationskanals führt. Dies macht SLs sehr ungeeignet für die Integration, da der Ausfall eines einzelnen Lasers das Ersetzen des gesamten integrierten Chips beinhaltet.
Faser-DFBs wurden während der letzten paar Jahre untersucht, seit ihrer ersten Entwicklung in der Southampton University, wie berichtet wurde in J. T. Kringlebotn, J.-L. Archambault, L. Reekie und D. N. Payne: "Er³⁺:Yb³⁺-codoped fiber distributed-feedback laser", Optics Letters, 19/24), 2101-3, Dezember 1994. DBF-Faserlaser haben potentielle Vorteile hinsichtlich der Wellenlängeneinstellbarkeit und Stabilität sowie der Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und der Kosten, so daß sie als eine vielversprechende Alternative zu Halbleiterlaserquellen erscheinen. Zusätzlich und am wichtigsten gibt es keine bekannte Verschlechterung und keinen bekannten Ausfallmechanismus für Faser- oder DFB-Wellenleiterlaser. Faser- oder DFB-Wellenleiterlaser beruhen dennoch immer noch auf Halbleiterlasern mit hoher Leistung für ein effizientes Pumpen und für große Ausgangsleistungen.
In einem Artikel von W. N. Loh, B. N. Samson, L. Dong, G. J. Cowle und K. Hsu, "High Performance single frequency fiber grating-based erbium:ytterbium-codoped fiber lasers", J. Lightwave Technology, Band 16, Nr. 1, S. 114–118 (1998), wird vorgeschlagen, daß eine Anordnung von Halbleiterpumplasern verwendet werden kann, um eine Anordnung von Faserlasern mit Energie zu versorgen. Genauer gesagt wird in dem erwähnten Artikel ein 16-Kanal WDM-Transmitter vorgeschlagen, in dem die Lichtausgänge von allen 16 Pumplasern kombiniert und erneut zu 16 Faserlasern verteilt werden unter Verwendung eines 16×16 Splitters. In diesem Fall wird jeder Faserlaser gleichzeitig von allen Pumplasern versorgt und daher wird das Versagen eines einzelnen Pumplasers nur zu einer reinen Reduktion der Übertragungsleistung von jedem Kanal führen, der von dem verknüpften Faserlaser geliefert wird.
Die vorgeschlagene Architektur ist beschränkt auf eine gleiche Anzahl von Pumplasern und Faserlasern, was für 16+ Kanal WDM-Transmitter, in denen eine exzessive Anzahl von Pumplasern benötigt wird, nicht erwünscht sein kann. Darüber hinaus ist es im allgemeinen unerwünscht, einen Splitter in der vorgeschlagenen Art und Weise für eine große Anzahl von Kanälen zu verwenden, da die Leistung von allen Pumplasern in dem aktiven Teil des Splitters lokalisiert wird, was zu nichtgewünschten nichtlinearen Effekten führt. Weiterhin ist der Vorschlag in dem Artikel begrenzt auf das Bereitstellen von Toleranz bzw. Widerstandsfähigkeit gegenüber Pumpausfall, wobei ein Mechanismus für das positive Abfangen eines Ausfalls wünschenswert wäre.
Die WO 92/06542 und die US 5,241,414 beschreiben optische Repeaterverstärkungsschemata, in denen die Ausgänge von einer Anzahl von Pumplasern kombiniert werden, um redundantes Pumpen zu einer Reihe von optischen Verstärkern bereitzustellen. Die WO 92/06542 und die US 5,241,414 sind auf nichtwellenlängenselektive Verstärkungsschemata gerichtet, in denen ein Grad des positiven Ausfallabfangs bereitgestellt wird. Diese Schemata erfordern es, daß der Ausgang von jedem Pumplaser kontinuierlich überwacht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 festgelegt ist, wird ein optischer Übertrager bereitgestellt, der aufweist: eine Pumplaseranordnung mit bis zu M Pumplasern für das Erzeugen entsprechender Pumpstrahlen, einen M×N Multiplexer mit M Eingängen und N Ausgängen, wobei die M Eingänge derart angeschlossen sind, daß sie die Pumpstrahlen von den entsprechenden Pumplaser empfangen, wobei der Multiplexer in eine Mehrzahl von Module unterteilt ist, wobei jedes Modul von dem anderen Modul oder den anderen Modulen entkoppelt ist, und wobei jedes Modul derart ausgestaltet ist, daß ein Pumpstrahl, der an einem der Eingänge des Multiplexers, der mit diesem Modul verknüpft ist, empfangen wird, intern zu allen Ausgängen dieses Moduls geleitet wird, und eine Faserlaseranordnung von bis zu N Faserlasern, wobei die N Ausgänge des Multiplexers angeschlossen sind, um entsprechende Faserlaser zu pumpen.
In einer Ausführungsform ist der Multiplexer derart ausgelegt, so daß ein Pumpstrahl, der an einem seiner M Eingänge empfangen wird, intern zu allen seinen N Ausgängen geleitet wird.
Das Verhältnis der Ausgänge zu den Eingängen N/M kann größer als eins sein, beispielsweise ein unechter Bruch oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei. Dies hat den wichtigen Vorteil des Ermöglichens, daß der Grad der Pumpredundanz unabhängig von der Anzahl von WDM-Kanälen ausgewählt wird. Es ist klar, daß für ein WDM mit 16, 32 oder mehr Kanälen die Anzahl von benötigten Pumplasern für die Redundanz im allgemeinen nicht so groß sein wird wie die Anzahl von WDM-Kanälen.
In Ausführungsformen der Erfindung hat der Multiplexer eine Konfiguration, die eine Mehrzahl von Multiplexorten aufweist, wo die Pumpstrahlen gemultiplext werden, wobei die Konfiguration derart ist, daß nicht mehr als die Hälfte der Gesamtleistung der Pumpstrahlen an irgendeinem der Multiplexorte miteinander interagieren kann. Dies kann erreicht werden mit angeordneten Wellenleitergittern (AWGs) oder Faserkopplern an den Multiplexorten. Durch das Verhindern des Kombinierens der Gesamtleistung der Pumpstrahlen an einem einzelnen Ort, wie dies bei dem Splitter der Fall ist, der im Stand der Technik, auf den oben hingewiesen wurde, vorgeschlagen wird, besteht ein wichtiger Vorteil darin, daß höhere Pumpleistungen verwendet werden, ohne unerwünschte nichtlineare Effekte zu induzieren.
Der Transmitter kann vorzugsweise mit einer zusätzlichen Rückkopplung ausgestattet sein, um einen automatischen Abfang von Pumplaserausfällen und die Beibehaltung von WDM-Kanalausgangsleistung bereitzustellen. Um dies durchzuführen kann eine Leistungsüberwachungseinrichtung angeordnet sein, um die Leistung an einem Punkt in dem Transmitter nach dem Multiplexer zu messen. Eine Rückkopplungssteuereinrichtung kann angeschlossen sein, um die Pumplaser in Antwort auf die von der Energieüberwachungseinrichtung gemessenen Energie zu steuern. Die Energie- bzw. Leistungsüberwachungseinrichtung kann bequem angeordnet sein, um die Energie bei den Faserlasern zu messen, beispielsweise an dem Ausgang oder dem Eingang von diesen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Transmitters ist,
2 ein schematisches Diagramm eines Transmitters gemäß der ersten Ausführungsform ist,
3 einen mit 8 Kanälen gepumpten 16-Kanalfaserlaser WDM-Transmitter gemäß eines ersten Beispiels zeigt,
4 einen mit 8 Kanälen gepumpten 16-Kanalfaserlaser WDM-Transmitter gemäß eines zweiten Beispiels zeigt,
5 einen mit 8 Kanälen gepumpten 16-Kanalfaserlaser WDM-Transmitter gemäß eines dritten Beispiels zeigt und
6 einen mit 8 Kanälen gepumpten 8-Kanalfaserlaser WDM-Transmitter gemäß eines vierten Beispiels zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im folgenden beschreiben wir ein vollständig integriertes Transmittermodul für DWDM-Anwendungen.
Hintergrund
Für ein besseres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung, die weiter unten beschrieben werden, wird zunächst ein DWDM-Transmitterdesign beschrieben. Dieses Design ist nicht Teil der beanspruchten Erfindung.
1 zeigt schematisch die allgemeine Konfiguration eines DWDM-Transmitters. Eine Anordnung von M Pumplasern 10 (Stufe #1) wird durch einen M×N Multiplexer, in der Form eines Kopplers 20 (Stufe #2) gemultiplext und wird verwendet, um eine Anordnung von N optisch gepumpten Faserlasern 30, die mit Wellenlängen λ₁, λ₂,... λ_N (Stufe #3) emittieren, zu versorgen. Der Parameter M bestimmt die Anzahl von Pumplasern sowie die Anzahl von Eingängen des Multiplexkopplers und kann kleiner oder gleich dem Parameter N sein, der die Anzahl von optisch gepumpten Lasern bestimmt. Die Faserlaserausgänge werden durch N Isolatoren 40 (Stufe #4) geleitet, bevor sie in den N Modulatoren 50 (Stufe #5) eintreten, wo die Signale monolithisch moduliert werden. Die Ausgänge der Modulatoren werden durch eine Anordnung von N einstellbaren Abschwächern 60 (Stufe #6) geleitet. Schließlich werden alle einzelnen Kanalausgänge erneut kombiniert in einen einzelnen Ausgang 80 in einem Kombinierer 70 (Stufe #7). Der Ausgang 80 wird typischerweise zu einem optischen Netzwerk führen.
Stufe #1 weist M Pumplaser auf, die elektrisch oder optisch angetrieben sein können. Der Parameter M kann größer oder gleich 2 sein. Die Pumplaser emittieren mit irgendeiner geeigneten Wellenlänge und einem Energieniveau, um die Laserkavitäten von Stufe #3 optisch zu pumpen. Als ein Beispiel können geeignete Pumpwellenlängen in den Bereich von 980 nm, 1060 nm, 1480 nm sein, um ein paar zu erwähnen.
Der M×N Multiplexer (Stufe #2) kann irgendein zusammengesetzter gekoppelter Wellenleiter oder eine Faserstruktur sein, die irgendwelche der M Eingänge gleichmäßig in irgendwelche der N Ausgänge splittet. Wie bereits erwähnt wurde, ist M kleiner oder gleich N. Die Pumpmultiplexer können auf einzelnen N×N geschweißten bzw. fused (oder Multimoden-)Kopplern oder verketteten 2×2 Kopplern (50:50 bei der Pumpwellenlänge) basieren. Die Koppler können in einer Faserform oder in einer ebenen Wellenleiterform sein. Ein anderes Beispiel von Pumpmultiple xern ist das angeordnete Wellenleitergitter (AWG), was insbesondere für große M attraktiv ist. Typische Werte von N sind 2, 4, 8, 16 ... 256 ....
Die optisch gepumpte Lasersektion (Stufe #3) wird N vollständig thermisch stabilisierte und optimierte individuelle einzelpolarisierte Faser- oder Wellenleiter-DFB oder DBR-Laser aufweisen. Faser- oder Wellenleiter-DFBs können in einem Material hergestellt werden, das mit einer geeigneten seltenen Erde dotiert ist, die eine ausreichende Verstärkung bereitstellt über eine bestimmte Bandbreite irgendwo innerhalb des 800 nm bis 1900 nm Bereichs. Er³⁺ und Er³⁺/Yb³⁺ sind zwei Beispiele solch geeigneter Dotierstoffe, die eine Verstärkung im 1550 nm Fenster bereitstellen. Die optisch gepumpten Laser können ebenso auf der Halbleitertechnologie beruhen.
Die Isolatoranordnung (Stufe #4) wird eingefügt, um eine Rückkopplung aufgrund von Fasersplice oder Wellenleiterbrechungsindex/Modalfeldfehlanpassungen oder Rayleigh-Rücksteuer zu eliminieren und um Frequenz- und Leistungsinstabilitäten des Laserausgangs zu vermeiden.
Für die Modulation des optischen Signals in Stufe #5 kann eine Anzahl von unterschiedlichen Modulatoren verwendet werden, wie z.B. die LiNbO3-Modulatoren oder die chi(2)-basierten elektrooptischen Modulatoren. In Stufe #6 werden die individuellen Kanäle durch eine Anordnung von N variablen optischen Abschwächern geleitet, die verwendet werden, um ihre Ausgangsleistungen einzustellen. Die optischen Abschwächer können elektrisch oder optisch gesteuert werden durch Abgreifen und Überwachen eines kleinen Abschnittes ihres Ausgangs. Die variable optische Abschwächeranordnung kann verwendet werden, um entweder die optischen Leistungen anzugleichen oder sie geeignet einzustellen (pre-emphasis), bevor sie in einer verstärkte optische Verbindung angekoppelt werden. Die Abschwächeranordnung kann alternativ zwischen den Stufen #3 und #4 oder zwischen #4 und #5 eingefügt werden. In Stufe #7 werden alle modulierten und korrekt eingestellten Kanalausgänge rekombiniert in einen einzelnen Ausgang für das Einkoppeln in das optische Netzwerk. Der Rekombinierschaltkreis kann auf ebener Wellenleiter- oder optischer Fasertechnologie basieren.
Wenn wir als Pumpredundanz die Größe der relativen Pumpreduktion (in %) festlegen, wenn einer der Pumplaser ausfällt, kann leicht erkannt werden, daß der M×N (M ≤N) Pumpmultiplexer von 1 (1/M) % Pumpredundanz bereitstellen kann. In den meisten Telekommunikationsanwendungen wird eine Pumpredundanz von ~ 10 % üblicherweise ausreichen. Für M ≥ 16 ist klar, daß der oben beschriebene M×N Pumpmultiplexer eine exzessive Pumpredundanz bereitstellt. Auf der anderen Seite erhöht sich für M ≥ 16 die Komplexität der Anzahl von Komponenten, die für den Multiplexer erforderlich sind, deutlich und nenten, die für den Multiplexer erforderlich sind, deutlich und macht die Implementierung solch einer Einrichtung entweder unpraktisch oder unmöglich oder extrem teuer. Um das Design zu vereinfachen, die Leistung zu verbessern oder die Kosten des Pumpmultiplexers (Stufe #2) zu reduzieren, schlagen wir einen anderen Ansatz vor.
Erste Ausführungsform
2 zeigt eine Ausführungsform, die solch einen Ansatz verwirklicht. Die Pumpredundanz wird in den n Blöcken von Mi Pumpen 10₁ , 10₂ ,... 10_n angelegt, wobei Mi (i=1,2..n)<M und M1+M2+ ... +Mn=M ist. Jeder Block der Mi (i=1,2,..n) Pumpen versorgt einen Block aus Ni (i=1,2...n) optisch gepumpten Lasern 20₁ , 20₂ ,... 20_n , wobei Ni (i=1,2..n)<N und N1+N2+ ... +Nn=N über einen Mi×Ni Pumpmultiplexer. In diesem Fall ist die Gesamtpumpredundanz, die von dem Multiplexer bereitgestellt wird, (1/Mp) %, wobei Mp das minimale Mi ist. Der Rest der Stufen ist gleich wie in 1.
Als ein Beispiel der Komplexitätsreduktion, das von dem Schema von 2 bereitgestellt wird, betrachte man zwei unterschiedliche Implementierungen eines 128×128 Pumpmultiplexers. Wenn der N×N Multiplexer (wo N=2^m) aus verketteten 2×2 Kopplern besteht, kann leicht gezeigt werden, daß die Gesamtzahl von erforderlichen Kopplern C=m 2^m–1 ist. In der Konfiguration von 1 ist M=N=2⁷ (m=7) und daher die Anzahl von erforderlichen Kopplern 7×2⁶=448!!! Die Pumpredundanz ist in diesem Fall 0,008 %. Die Gesamtsplice- und Strahlungsverluste werden jedoch diese sehr teure Lösung unpraktikabel machen. Falls auf der anderen Seite wir statt dessen die Strategie von 2 anpassen und die Pumpmultiplexeinheit in 16 Blöcken von 8 Eingängen jeweils aufteilen, dann ist M1=M2=...M16=8 und die Gesamtzahl von 2×2 Kopplern wird reduziert auf 16×(3×2²)=16×12=192. Jeder Block beinhaltet nur 12 Koppler und zeigt daher einen massiv reduzierten Einfügungsverlust. Solch ein Ansatz halbiert nicht nur die Kosten der Einheit, sondern reduziert ebenso den Einfügungsverlust auf sehr kleinen Niveaus. Die Pumpredundanz ist in diesem Fall ~12 %, was sehr nahe dem 10 % Ziel ist. Die Anpassung der selben Strategie in ebenen Wellenleiter- oder AWG basierten Multiplexern wird zu ähnlichen Vorteilen führen.
Die Stufen #1 bis #6 in 2 können entweder getrennte Einheiten, die optisch miteinander verbunden sind, sein, oder sie können in integrierten Untergruppen kombiniert werden, die miteinander verbunden sind. Jede Untergruppe kann zwei oder mehr der vorher erwähnten Stufen enthalten. Sie können ebenso alle auf einem einzelnen ebenen oder Hybridwellenleiterchip integriert sein, um ein vollständig integriertes und robustes Transmittermodul zu erzeugen. Der integrierte Chip kann auf Glas oder LiNbO3-Technologie oder irgendeiner anderen geeigneten integrierten Optiktechnologie basieren. In dem Fall, daß alle Stufen vollständig in einem Chip integriert sind oder die Stufen #3, #5, #6 und #7 die einzige vollständig integrierte Untergruppe bilden, kann die Isolatoranordnung (Stufe #4) ignoriert werden und durch einen einzelnen Isolator an dem kombinierten Ausgang des integrierten Transmitters ersetzt werden (um die schädlichen Effekte der Rayleigh Rückstrahlung, die von der faseroptischen Verbindung erzeugt wird, zu vermeiden). Die Transmittertopologie von 2 erfordert, daß jeder optisch gepumpte Laserausgang auf einer getrennten Faser oder Wellenleiter ist, so daß sie leicht eine Schnittstelle mit dem optischen Modulator sein kann. Die Laseranordnung ist vollständig geschützt gegenüber Rückreflexionen durch die auftretenden Isolatoren. Eine einzelne Pumpe kann verwendet werden, um eine Anzahl von Lasern zu pumpen durch Aufsplitten des Pumpausgangs und Verteilen dieses Ausgangs zu einer Anzahl von optisch gepumpten Lasern. Die Zuverlässigkeit des Moduls ist ein wichtiger Punkt und diese kann verbessert werden durch Multiplexen und Splitten einer Anzahl von Pumplasern und Verteilen der Leistung zu den optisch gepumpten Lasern. Der Verlust eines einzelnen Pumplasers wird dann nicht den Verlust irgendeines Kanals verursachen. Die Antriebsströme der verbleibenden Pumplaser könnten erhöht werden, um den ausgefallenen Laser zu kompensieren, falls ein ausreichender Spielraum eingebaut wurde, bis die ausgefallene Einheit ersetzt wird. Die Wellenlängenseparation der optisch gepumpten Laser kann mit Flexibilität konstruiert werden, es wird jedoch vorgeschlagen, einen optischen 100 GHz-Kamm oder irgendeinen anderen Kamm, der mit dem ITU-Gitter kompatibel ist, zu erzeugen. Alle Laserausgänge werden, nachdem sie moduliert wurden, in einen Ausgang rekombiniert, so daß sie alle in das optische Kommunikationsnetzwerk eingekoppelt werden können.
Erstes Beispiel
3 zeigt ein Beispiel eines integrierten 16-Kanal-WDM-Transmitters, der acht 980 nm Pumplaser 10 verbindet (Stufe #1). Das Pumpredundanzschema (Stufe #2) besteht vollständig aus Fasern und weist einen 8×16 Reinfaserankoppler 20 auf, der aus vierundzwanzig 2×2 Faserkopplern 22 (50:50@980 nm) besteht. Stufe #3 besteht aus einer sechzehn Kanal-50 GHz Faser-DFB-Anordnung, genauer gesagt aus sechzehn einzelpolarisierenden, unidirektionalen Faser-DFB-Hochleistungslasern 30 bei 1550 nm. Stufe #4 beinhaltet sechzehn Pigtailfaserisolatoren 40. Stufe #6, die Kombinatorstufe, ist ein Reinfaser-Multiplexer 70, der fünfzehn 2×2 Faserkoppler 72 (50:50@1550 nm) aufweist. Die optischen Modulatoren (Stufe #5) und die optischen Abschwächeranordnungen (Stufe #7) sind in diesem Beispiel der Einfachheit halber nicht dargestellt und könnten ebenso in der Praxis ausgelassen werden, falls dies gewünscht ist. Es sollte jedoch betont werden, daß die Pumpstufe 10 (Stufe #1) einen zusätzlichen WDM-Koppler 24 (980/1550 nm) vor jeder Pumpquelle beinhaltet, d.h. acht insgesamt, um die Laserrestlei stung (bei 1550 nm), die aus dem hinteren Ende des DFB-Lasers entweicht und sich in die Rückwärtsrichtung ausbreitet, auszufiltern.
Zweites Beispiel
4 zeigt einen integrierten WDM-Transmitter, ähnlich zu dem von 3, mit zusätzlicher Rückkopplungssteuerung. Das Pumpredundanzschema (Stufe #2) in 1 stellt sicher, daß jegliche Pumpleistungsreduktion aufgrund ein oder mehreren Pumpausfällen gleichmäßig über die optisch gepumpte Laseranordnung verteilt wird (Stufe #3). In dem Beispiel von 3 werden somit alle Ausgangsleistungen von den Faserlasern 30 um denselben Betrag reduziert.
Um diese passive Toleranz gegenüber Pumplaserausfall in einen aktiven Rückgewinnungsmechanismus, der auf einen Pumpenausfall reagiert, umzuwandeln, wird eine Rückkopplungssteuerung in dem Beispiel von 4 verwendet. Die Ausgangsleistung von einem der optisch gepumpten Laser wird nämlich durch eine Überwachungseinrichtung 92, wie in 4 gezeigt ist, überwacht. Die gemessene Leistung wird dann mit einer Steuereinheit 90 zu den Pumplasern 10 zurückgeführt. Genauer gesagt, wird die zu den Pumplasern gelieferte elektrische Leistung, z.B. der Injektionsstrom, eingestellt, um die Faserlaserausgangsleistungen auf das Vorausfallniveau zurückzustellen, was ein voreingestellter Wert sein kann. Weiterhin werden, wenn die fehlerhafte Pumpe oder die fehlerhaften Pumpen ersetzt werden, die Faserlaserausgangsleistungen durch denselben Rückkopplungsmechanismus stabil bleiben, der dynamisch die Leistung, die zu den Pumplasern geliefert wird, reduzieren wird. Eine ähnliche Rückkopplungssteuerung kann eingesetzt werden in dem Pumpredundanzschema von irgendeiner der Ausführungsformen und Beispielen der Erfindung, selbst wenn dies nicht explizit dargestellt oder beschrieben ist.
Im Fall der Ausführungsform von 2 sollte zumindest ein Laser, der zu jedem Block korrespondiert, überwacht werden und nur der bestimmte Pumpenblock eingestellt werden.
In allen Fällen kann die Rückkopplung durch den Kopplungsschaltkreis mit variabler Abschwächung, der in Bezug auf das Beispiel von 4 beschrieben ist, bereitgestellt werden.
Es versteht sich darüber hinaus, daß die Überwachungseinrichtung 92 statt dessen auf der Eingangsseite der Faserlaser 30 angeordnet sein kann, um die Pumpleistung, die zu einem der Faserlaser geliefert wird, zu messen, anstelle an dem Faserlaserausgang. Dies würde immer noch die notwendige Rückkopplung bereitstellen, da die Pumpleistung, die an den Eingang von jedem Faserlaser geliefert wird, ebenso eine Zusammensetzung mit Beiträgen von allen aktiven Pumplasern ist. Noch allgemeiner kann die Leistung für Rückkopplungszwecke an irgendeinem Pumpstrom abwärts des Multiplexers vor oder nach der Kombinationsstufe gemessen werden.
Drittes Beispiel
5 zeigt einen 8-Kanal gepumpten 16-Kanalfaserlaser-WDM-Transmitter gemäß eines dritten Beispiels.
Die Verwendung eines Pumpredundanzschemas wird nicht nur dafür angesehen, den Ausfall von ein oder mehreren Pumpdioden zu erlauben, sondern ebenso, um den zusätzlichen Vorteil des Ermittelns jeglicher Fluktuationen in der Diodenleistung bereitzustellen. Die Erweiterung dieses Schemas, um 16 DFB-Faserlaser mit nur 8 Pumpen zu versorgen, kann verwirklicht werden durch Aufsplitten der 8 Ausgänge von einem 8-Kanalschema mit einem zusätzlichen Satz von 3-dB-Kopplern. Diese Konfiguration ist in 5 gezeigt mit einer Demonstration, wie solch ein System mit einem Modulator, der an jedem WDM-Kanalausgang befestigt wäre, aussehen würde. Um solch ein System zu demonstrieren werden 16 DFB-Faserlaser, die jetzt in der Frequenz um 50 GHz getrennt sind, eingesetzt. Trotz des reduzierten Abstands auf 50 GHz wird ein hohes Signalrauschverhältnis (SNR) zwischen benachbarten Kanälen beibehalten. Ein Aufsplitten der Pumplaser zu zusätzlichen acht Faserlasern reduziert die Ausgangsleistung von jedem der Transmitterlaser, erzeugt jedoch ein Modul mit derselben Redundanz von 1/8. Zusätzlich hat das vergrößerte Pumpsplitting den Vorteil des Reduzierens des Preises des Transmittermoduls, da Mehrkanäle mit der gleichen Anzahl von Pumpen verfügbar sind.
Wenn ein Redundanzschema, basierend auf 3-dB-Kopplern, betrachtet wird, beträgt die Gesamtzahl von Kopplern N, die erforderlich ist, um ein n×k-Kanalsystem (n ≤k) mit einer nachfolgenden Redundanz von 1/n herzustellen
wobei n = 2^m+1 die Anzahl der Pumpen und k = 2^h+m+1 die Anzahl von unterstützten WDM-Kanälen ist. Abhängig davon, welche Pumpredundanz und Nettoausgangsleistung von den Quellen erforderlich ist, scheint selbst ein System, das aus dem Aufsplitten von nur vier Pumpen auf 16 Lasern besteht, aus Gleichung (1) mit 16 3-dB-Kopplern möglich. Solch ein System wird nur eine Redundanz von 1/4 haben, wird jedoch ein SNR zwischen 50 GHz-Kanälen bereitstellen, was 50 dB übersteigt mit einer Ausgangsleistung von –20 dBm von jedem Transmitterlaser. Dieses Ausgangsniveau wird erhöht werden durch Einsetzen von leistungsstärkeren Pumpquellen und eines Multiplexers mit geringerem Einfügungsverlust als die hier dargestellten. Dieser Multiplexertyp wird in diesem Fall verwendet, um zu demonstrieren, daß es praktikabel ist, Transmitterquellen nur aus Fasern herzustellen.
Viertes Beispiel
6 zeigt einen 8-Kanal gepumpten 8-Kanalfaserlaser-WDM-Transmitter gemäß eines vierten Beispiels.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines 8-Kanaltransmittermoduls. Dieses Modul besteht aus acht Pumpdioden, einer Pumpredundanzeinheit und acht asymmetrischen Reinfaser-DFB-Lasern mit der Länge 5 cm mit Isolatoren an dem Ausgangsende. Das Prinzip des Pumpredundanzmoduls ist es, die Leistungen von den Pumpen gleichmäßig zwischen den DFB-Faserlasern aufzusplitten, so daß jeder Laser immer noch die Pumpleistung entsprechend derjenigen, die von einer Pumpdiode bereitgestellt wird, empfängt. Das bestimmte Modul wird aufgebaut aus 2×2 3-dB-Kopplern mit 980 nm und das gleiche Aufsplitten von acht Eingängen in acht Ausgänge wird mit 12 Kopplern erzielt. Der Gesamteinfügungsverlust für jeden Pumpeingangskanal in diesem 8-Kanal-Modul beträgt ~ 1 dB. Ein einzelner 8×8-Splitter würde dasselbe Aufsplittprinzip bereitstellen.
Acht DFB-Faserlaser, die in der Frequenz um 100 GHz getrennt sind, wurden unter Verwendung einer kontinuierlichen Gitterschreibtechnik mit 244 nm Ultraviolett-(UV)-Dauerstrich-(CW) Licht und einem Fasermaskenaufbau hergestellt. Die Gitterschreibtechnik wird beschrieben in der WO 98/08120. Die Laserarbeiten alle in einem einzelnen Polarisationsmodus mit einer Einheit von > 40 dB und mit einem einseitigen Ausgangsleistungsverhältnis von ~50:1. Die Steigungseffizienz der Laser beträgt – 25 % und die Verwendung des Pumpredundanzschemas mit 50 mW (17 dBm) Leistung von jeder Pumpdiode führt zu Dauerstrichausgangsleistungen von 5 dBm ± 0,25 dBm von allen Lasern. Die Ausgänge der acht Laser werden in einem Reinfasermultiplexer kombiniert, der aus sieben 1550 nm 3-dB-Splittern mit einem Gesamteinfügungsverlust von ~ 10 dB besteht. Rauschmessungen der Laser zeigen RIN < –160 dB/Hz (f > 10 MHz) mit RIN < –165 dB/Hz für Frequenzen größer als 30 MHz, was sehr ruhige Quellen mit einer Leistung, die für Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme gut geeignet ist, anzeigt.
Zusammenfassung und weitere Varianten
Es versteht sich, daß es weniger als M Pumplaser geben kann. D.h., es ist nicht wesentlich, daß jeder der Multiplexereingänge aktiv ist. Dies wird effektiv auftreten in irgendeinem Fall des Pumplaserausfalls.
In gleicher Weise kann es weniger als N Faserlaser geben. D.h., es ist nicht wesentlich, daß jeder der Multiplexerausgänge verwendet wird.
Darüber hinaus ist es nicht notwendigerweise für alte Anwendungen der Fall, daß der Ausgang von der Faserlaseranordnung in eine einzelne Ausgangsleitung kombiniert werden muß, wobei in diesem Fall die Kombinationsstufe ausgelassen würde.

Claims

Optischer Übertrager für ein WDM-System mit mehreren WDM-Kanälen, das aufweist: eine Pumplaseranordnung mit bis zu M Pumplasern (10) für das Erzeugen entsprechender Pumpstrahlen, einen M×N-Multiplexer (20) mit M Eingängen und N Ausgängen, wobei die M Eingänge derart angeschlossen sind, daß sie die Pumpstrahlen von entsprechenden der Pumplaser empfangen, wobei der Multiplexer in eine Mehrzahl von Modulen (20_n ) unterteilt ist, wobei jedes Modul von dem anderen Modul oder den anderen Modulen entkoppelt ist, und wobei jedes Modul derart ausgestaltet ist, daß ein Pumpstrahl, der an einem der Eingänge des Multiplexers, der mit diesem Modul verknüpft ist, empfangen wird, intern zu allen Ausgängen dieses Moduls geleitet wird, und eine Faserlaseranordnung von bis zu N Faserlasern (30), die derart betreibbar ist, daß sie mit den entsprechenden Wellenlängen λ, λ₂ ... λ_N für jeweilige der mehreren WDM-Kanäle emittiert, wobei die N Ausgänge des Multiplexers angeschlossen sind, um entsprechende der bis zu N Faserlaser zu pumpen.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei der Multiplexer derart ausgelegt ist, daß ein Pumpstrahl, der an einem seiner M Eingänge empfangen wird, intern zu allen seiner N Ausgänge geleitet wird.
Transmitter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei N/M gleich einer ganzzahligen Potenz von zwei ist.
Transmitter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Multiplexer eine Konfiguration hat, die eine Mehrzahl von Multiplexorten (22) aufweist, wobei die Pumpstrahlen gemultiplext werden, wobei die Konfiguration derart ist, daß nicht mehr als die Hälfte der Gesamtleistung der Pumpstrahlen an einem der Multiplexorte Wechselwirken kann.
Transmitter nach Anspruch 4, der weiterhin Faserkoppler aufweist, um die Multiplexorte bereitzustellen.
Transmitter nach einem der vorherigen Ansprüche, der weiterhin aufweist eine Leistungsüberwachungseinrichtung (92), die derart angeordnet ist, daß sie die Leistung an einem Punkt in dem Transmitter nach dem Multiplexer überwacht, und eine Rückkopplungssteuereinrichtung (90) aufweist, die derart angeschlossen ist, daß sie die Pumplaser, die auf die von dem Leistungsüberwachungsgerät gemessene Leistung reagieren, steuert.
Transmitter nach Anspruch 6, bei dem die Energieüberwachungseinrichtung derart angeordnet ist, daß sie die Leistung an einer Eingangs- oder Ausgangsseite von zumindest einem der Faserlaser mißt.