Eine M¨oglichkeit der Erzeugung optischer Pulse aus einem sinusf¨ormigen Signal be- steht in der Ausnutzung nichtlinearer Effekte in der Glasfaser [175]. Das Prinzip der Pulskompression beruht auf der Erzeugung von optischen Solitonen h¨oherer Ordnung und deren ¨Ubertragung ¨uber eine Glasfaser mit abnehmender Dispersion (Herleitung Anhang E). Neben den Glasfasern mit kontinuierlich abnehmender Dispersion (DDF8),

k¨onnen Faserstrecken mit Segmenten, welche sich im Vorzeichen der Dispersion abwech- seln (CDPF9) f¨ur die Pulskompression verwendet werden.

Aufbau des Pulskompressors

Der Aufbau des verwendeten Pulskompressors ist in Abb. 7.9 dargestellt. Der Kompres- sor weist eine Gesamtl¨ange von 6 km auf und besteht aus 8 Segmenten. Jedes dieser Segmente ist aus einer Standard Glasfaser (SMF10) und einer dispersionsverschobenen

Glasfaser (DSF11) aufgebaut. Ein lineare Verringerung der Dispersion wie in einer idea-

len DDF ist am besten f¨ur die Pulskompression geeignet [176]. Aus diesem Grund ist die CDPF so ausgelegt, dass sie die Dispersion einer DDF geteilt durch die Nummer des jeweiligen Segments aufweist. Aufgrund der optischen Verluste an den Koppelstellen der optischen Glasfasern (typ. ∼0.15 dB pro Koppelstelle) muss die Anzahl der Seg- mente im Pulskompressor m¨oglichst gering gew¨ahlt werden. Der detaillierte Aufbau der verwendeten CDPF ist in Tab. E.2 zusammgefasst.

Das Ausgangssignal der optischen Taktr¨uckgewinnung wird mit einem 30 dBm EDFA (IPG Photonics EAD-5-C) verst¨arkt. Der nachfolgende Filter (∆λf whm = 5 nm) zur Unterdr¨uckung der ASE des EDFAs weist Einf¨ugeverluste <1 dB auf.

EDFA SMF DSF

8 Segmente < 30 dBm

5 nm

Abbildung 7.9: Aufbau des verwendeten Pulskompressors.

8DDF:dispersion decreasing fibre

9CDPF: engl. comb-like dispersion profile fibre 10SMF: engl. single mode fibre

Ergebnisse

Dauer der Pulse und Pulsform: Die Dauer der optischen Pulse wurde mit Hilfe eines

Autokorrelators bestimmt. Abb. 7.10 zeigt die Autokorrelationsfunktionen der Pulse am Eingang und Ausgang des Pulskompressors. Bei einer Eingangsleistung von 25 dBm betr¨agt die gemessene Halbwertsbreite der Pulse 3 ps. Die Autokorrelationsfunktion muss mit einem Korrekturfaktor multipliziert werden, um die tats¨achliche Pulsdauer zu erhalten [177]. F¨ur einen gaussf¨ormigen Puls betr¨agt der Korrekturfaktor 1/√2 ≈ 0.71 und die tats¨achliche Dauer der Pulse ist 2.12 ps. Bei den mit einer Eingangsleistung von 25 dBm erzeugten Pulsen war die Lichtleistung nicht nur im Puls konzentriert, sondern vor und nach den Pulsen traten zus¨atzliche Sockel auf. Außerdem kam es durch die Pulskompression zu einer deutlichen Anhebung des Jitters. Bei einer reduzierten Leistung am Eingang der CDPF von 22 dBm konnten Pulse mit einer Dauer von 2.75 ps erzeugt werden. In diesem Fall waren die Sockel deutlich unterdr¨uckt und der Jitter am Ausgang der CDPF war mit 660 f s (Abb. 7.11a) nur unwesentlich gr¨oßer als der Jitter am Ausgang der Taktr¨uckgewinnung, der 600 fs betrug (Abb. 7.2).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 10 20 30 40 Zeit / ps A u to k o rr e la ti o n / w il lk . E in h e it Ausgang optische Taktrückgewinnung Ausgang Kompressor 22 dBm -> 3.9 ps Ausgang NOLM -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 1533 1535 1537 1539 1541 1543 1545 Wellenlänge / nm o p t. Le is tu n g / d B m

Ausgang Ausgang optische Taktrückgewinnung Ausgang Kompressor RB 0.1nm Ausgang Kompressor RB 1nm angepasster Gauss FWHM 1.5 nm

Abbildung 7.10: Autokorrelationsfunktion der synchronisierten Selbstpulsation am Ein- gang und am Ausgang des CDPF (a) sowie hinter dem nichtlinearen Faserring-Interferometer (NOLM). Optischen Spektren am Eingang und am Ausgang des CDPF(b).

Die mittels Pulskompression erzeugten Pulse mit einer Dauer von 2.75 ps sind f¨ur das rein optische Demultiplexen von 160 Gb/s auf 40 Gb/s geeignet [178].

Optisches Spektrum: Die optischen Spektren der Pulse vor und hinter dem Pulskom-

pressor sind in Abb. 7.10b zusammengefasst. Die minimale Halbwertsbreite ∆λ der Pulse l¨asst sich aus der Halbwertsbreite ∆t des Pulses und seiner Pulsform bestimmen. Pulse, deren optische Spektren die minimal m¨ogliche Breite besitzen, werden als trans- formationsbegrenzte Pulse bezeichnet. Es ist ¨ublich das gemessene Puls-Bandbreite- Produkt ∆f ∆t mit dem f¨ur die entsprechende Pulsform minimalen, transformations- begrenzten Puls-Bandbreite-Produkt (∆f ∆t)tbzu vergleichen und damit einen Aussage

Abbildung 7.11: Signal der optischen Taktr¨uckgewinnung hinter dem Pulskompressor (a) und hinter dem NOLM (b).

¨uber die Qualit¨at der Pulse zu gewinnen. Das optische Spektrum am Ausgang des Puls- kompressors weist eine Halbwertsbreite von 1.5 nm auf. Mit Gl. 1.1 gilt f¨ur das Puls- Bandbreite-Produkt ∆f ∆t = c∆λ

λ2 ∆t ≈0.515. Dieser Wert unterscheidet sich nur un-

wesentlich vom Puls-Bandbreite-Produkt von transformationsbegrenzten, gaussf¨ormi- gen Pulsen ((∆f ∆t)tbgauss=0.4413). Die Abweichung des gemessenen vom theoretischen Wert betr¨agt 15 % und liegt damit innerhalb der Messungenauigkeit der verwendeten Messger¨ate.

Ansteuerung eines optisch gesteuerten optischen Schalters: Die M¨oglichkeit mit den

Pulsen der Taktr¨uckgewinnung ein Schaltfenster zu ¨offnen, wurde mit Hilfe eines nicht- linearen Faserring-Interferometers (NOLM12) untersucht. Das verwendete Interferome-

ter ist schematisch in Abb. 7.12 dargestellt.

HNLF 500 m Polarisations- steller Eingangssignal Pein, ein Steuersignal Pst, st Ausgangsignal Paus, ein Polarisations- steller Po lar is at io n s- st e ll e r

Abbildung 7.12: Schematischer Aufbau eines nichtlinearen Faserring-Interferometers als optisch gesteuerter optischer Schalter.

Das Eingangssignal wird am 3 dB Koppler in zwei gegenl¨aufige optische Wellen auf- geteilt, welche nach einem Umlauf am 3 dB Koppler interferrieren. Die Leistung am Ausgang des Interferometers h¨angt von der Phasendifferenz ∆Φ zwischen der rechts- und der linkslaufenden optischen Welle ab. Bei ∆Φ=0 arbeitet das nicht- lineare Faserring-Interferometer als Spiegel und f¨ur den Fall ∆Φ=π wird das Ein-

gangssignal transmittiert. F¨ur die transmittierte optische Leistung gilt [14] Paus(t) = 0.5Pein(t) (1 − cos(∆Φ)). Das Steuersignal wird durch einen zweiten 3 dB Koppler in das Interferometer eingestrahlt. Die Phasendifferenz ∆Φ am Ausgang wird dem Ein- gangssignal durch Kreuzphasenmodulation (optischer Kerr-Effekt) zwischen rechtslau- fendem Steuer- und Eingangssignal aufgepr¨agt. Sind beide Signale pulsmoduliert und weisen die gleiche Polarisation auf, ist ∆Φ gegeben durch ∆Φ = 2γRL

0

PSt(t − τ z)e−αzdz mit der Faserl¨ange L, die der Steuerpuls bis zum ersten 3 dB Koppler zur¨ucklegt und der D¨ampfung in der Faser α.

Der nichtlineare Koeffizient der Glaserfaser ist durch γ = 2πn2

λeinA

ef f geben. Hier be- schreibt n2 die durch die Kreuzphasenmodulation hervorgerufene ¨Anderung des Bre-

chungsindexes und Aef f ist die effektive Fl¨ache der Glasfaser, die aus der transver- salen Feldverteilung berechnet wird. Um die zum Schalten ben¨otigte Phasendifferenz ∆Φ=π einstellen zu k¨onnen, sind Glasfasern mit einem m¨oglichst hohen γ erforderlich. Bei der verwendeten nichtlinearen Faser (HNLF) mit einer L¨ange von 500 m wurde der hohe nichtlineare Koeffizient durch einen kleinen Kerndurchmesser Aef f erreicht (γ=18 W−1km−1) [178].

Die Zeitkonstanten der Kreuzphasenmodulation von wenigen f s haben zur Folge, dass der Effekt nur bei ¨Uberlappung von Eingangs- und Ausgangssignal wirksam ist. Bei optischen Pulsen ist die ¨Uberlappung nur gegeben, wenn f¨ur die Verz¨ogerungszeit

τ = 1/c¡nst

g − neing ¢

= 0 gilt.

Zur Bestimmung des Schaltfensters wurde das nichtlineare Faserring-Interferometer als Wellenl¨angenkonvertor betrieben. Dazu wurde das Dauerstrichsignal eines durchstimm- baren Lasers mit λein=1555 nm eingestrahlt. Die komprimierten Pulse der Taktr¨uck- gewinnung dienten als Steuersignal mit λst=1540 nm. Am wellenl¨angenkonvertierten Signal kann Dauer und Jitter des erzeugten Schaltfenster bestimmt werden. Die Ergeb- nisse sind in Abb. 7.10a und in Abb. 7.11b zusammengefasst. Die Dauer des Schaltfen- sters ist mit 3.2 ps l¨anger als die Dauer der Pulse des zur¨uckgewonnen Takts. Die un- terschiedliche Dauer ist auf die unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten (c/ng) des Steuer- und des Eingangssignals zur¨uckzuf¨uhren [179]. Der Jitter des Schaltfensters betr¨agt 690 f s und liegt ¨uber dem Wert des Jitters am Eingang des Interferometers(660 fs). Hauptgrund f¨ur das Ansteigen des Jitters ist das h¨oher Amplitudenrauschen.

Das mit dem nichtlinearen Faserring-Interferometer erzeugte Schaltfenster weist eine Dauer von 3.2 ps auf und ist damit f¨ur das rein optische Demultiplexen von 160 Gb/s auf 40 Gb/s geeignet. Der anwachsende Jitter des Schaltfensters schließt jedoch ein rein optisches Demultiplexen von 160 Gb/s auf 40 Gb/s ohne Verlust an Empf¨anger- empfindlichkeit aus.

Im Dokument DFB-Laser mit integriert optischer Rückkopplung für die optische Signalverarbeitung (Seite 103-107)