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Optimale Wellenlaengenkonfiguration beim optischen Demultiplexen eines OTDM-Datensignals mit Vier-Wellenmischung in einem Halbleiterverstaerker

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011862D
Original Publication Date: 2003-Apr-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Apr-25
Document File: 3 page(s) / 111K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Beim optischen Demultiplexen mit Vier-Wellenmischung (Four-Wave Mixing FWM) wird einer der Zeitkanaele durch einen diesem zeitlich ueberlagerten Steuerpulszug mit der Frequenz der Basisdatenrate durch Wellenlaengenkonversion und anschliessender optischer Spektralfilterung aus dem OTDM-Signal (Optical Time Division Multiplexing OTDM) extrahiert. Das Prinzip dieses Verfahrens ist in Abb. 1 wiedergegeben. Die Verwendung eines Halbleiterverstaerkers als nicht-lineares Medium zur Generierung des wellenlaengenkonvertierten Vier-Wellenmischsignals bietet dabei viele Vorteile gegenueber passiven Medien wie etwa der optischen Glasfaser. Die Nicht-Linearitaet in Halbleiterverstaerkern resultiert aus einer Gewinn-Saettigung des aktiven Materials und kann um Groessenordnungen hoeher sein als in Glasfasern. Eine kompakte und stabile Realisierung eines optischen Demultiplexers basierend auf Vier-Wellenmischung wird damit ermoeglicht. Allerdings entstehen bei der Verwendung eines Halbleiterverstaerkers als nicht-lineares Medium zwei Probleme, die zu einer Verschlechterung des Kanals nach Demultiplexing fuehren. Zum ersten fuehrt die Gewinn-Relaxation des Halbleiterverstaerkers zu Bitmusterabhaengigkeiten des Zeitkanals nach Demultiplexing. Dies geschieht insbesondere dann, wenn der Abstand zweier Zeitschlitze des Signals nach Demultiplexing im Bereich der charakteristischen Gewinn-Relaxationszeit liegt, wie das bei einer Basisdatenrate von 10 und 40 Gbit/s der Fall ist. Zum zweiten muss die optische Leistung des Vier-Wellenmischsignals am Ausgang des Halbleiterverstaerkers hoch genug sein, um einen ausreichenden optischen Signal-zu-Rausch-Abstand (Optical Signal-to-Noise Ratio OSNR) am elektrischen Empfaenger zu gewaehrleisten. Aufgrund dieser zwei Punkte ist es wichtig, eine optimale Wellenlaengenkonfiguration des Daten-, Steuer- und Vier-Wellenmischsignals bezueglich der spektralen Gewinnkurve des Halbleiterverstaerkers zu waehlen, um eine hoechstmoegliche Qualitaet (z.B. Bitfehlerrate, Q-Wert, sogenannte Augenoeffnung, etc.) des Zeitkanals nach Demultiplexing zu erhalten. Zur Erzeugung eines starken Vier-Wellenmischsignals mit hohem OSNR beim optischen Demultiplexen in Halbleiterverstaerkern sind zwei Effekte von Bedeutung:

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Optimale Wellenlaengenkonfiguration beim optischen Demultiplexen eines OTDM-Datensignals mit Vier-Wellenmischung in einem Halbleiterverstaerker

Idea: Sander Jansen, DE-Muenchen; Dr. Stefan Spaelter, DE-Muenchen; Dr. Mario Heid; DE- Muenchen

Beim optischen Demultiplexen mit Vier-Wellenmischung (Four-Wave Mixing FWM) wird einer der Zeitkanaele durch einen diesem zeitlich ueberlagerten Steuerpulszug mit der Frequenz der Basisdatenrate durch Wellenlaengenkonversion und anschliessender optischer Spektralfilterung aus dem OTDM-Signal (Optical Time Division Multiplexing OTDM) extrahiert. Das Prinzip dieses Verfahrens ist in Abb. 1 wiedergegeben. Die Verwendung eines Halbleiterverstaerkers als nicht- lineares Medium zur Generierung des wellenlaengenkonvertierten Vier-Wellenmischsignals bietet dabei viele Vorteile gegenueber passiven Medien wie etwa der optischen Glasfaser. Die Nicht- Linearitaet in Halbleiterverstaerkern resultiert aus einer Gewinn-Saettigung des aktiven Materials und kann um Groessenordnungen hoeher sein als in Glasfasern. Eine kompakte und stabile Realisierung eines optischen Demultiplexers basierend auf Vier-Wellenmischung wird damit ermoeglicht.

Allerdings entstehen bei der Verwendung eines Halbleiterverstaerkers als nicht-lineares Medium zwei Probleme, die zu einer Verschlechterung des Kanals nach Demultiplexing fuehren. Zum ersten fuehrt die Gewinn-Relaxation des Halbleiterverstaerkers zu Bitmusterabhaengigkeiten des Zeitkanals nach Demultiplexing. Dies geschieht insbesondere dann, wenn der Abstand zweier Zeitschlitze des Signals nach Demultiplexing im Bereich der charakteristischen Gewinn-Relaxationszeit liegt, wie das bei einer Basisdatenrate von 10 und 40 Gbit/s der Fall ist. Zum zweiten muss die optische Leistung des Vier- Wellenmischsignals am Ausgang des Halbleiterverstaerkers hoch genug sein, um einen ausreichenden optischen Signal-zu-Rausch-Abstand (Optical Signal-to-Noise Ratio OSNR) am elektrischen Empfaenger zu gewaehrleisten. Aufgrund dieser zwei Punkte ist es wichtig, eine optimale Wellenlaengenkonfiguration des Daten-, Steuer- und Vier-Wellenmischsignals bezueglich der spektralen Gewinnkurve des Halbleiterverstaerkers zu waehlen, um eine hoechstmoegliche Qualitaet (z.B. Bitfehlerrate, Q-Wert, sogenannte Augenoeffnung, etc.) des Zeitkanals nach Demultiplexing zu erhalten.

Zur Erzeugung eines starken Vier-Wellenmischsignals mit hohem OSNR beim optischen Demultiplexen in Halbleiterverstaerkern sind zwei Effekte von Bedeutung:

[g183] Ein groesstmoeglicher nicht-linearer Effekt wird erzeugt, wenn das Steuersignal die gleiche

Wellenlaenge besitzt wie das Gewinnmaximum des Halbleiterverstaerkers, was in Abb. 2a und 2b schematisch dargestellt ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass zwei Photonen aus dem Steuersignal und jeweils nur ein Photon aus dem Daten- und dem Vier-Wellenmischsignal an der nicht-linearen Wechselwirkung beteiligt sind.

[g183] Eine groess...