Beeinflussung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen in Lichtleitern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung, insbesondere zur Minderung, der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtsignalen, die sich mit einer Gruppengeschwindigkeit innerhalb eines Wellenleiters, insbesondere innerhalb einer Glasfaser, in Ausbreitungsrichtung ausbreiten, wobei in den Wellenleiter eine Pumpstrahlung eines begrenzten Frequenzbereiches entgegen der Ausbreitungsrichtung der Lichtsignale eingekoppelt wird, wobei zwischen der Pumpstrahlung und den Lichtsignalen stimulierte Brillouin Streuung (SBS) stattfindet. Die Erfindung betrifft zudem ein System zur Umsetzung des Verfahrens.

Bekanntermaßen können Signale, die auch in Form von Lichtpulsen vorliegen können, gegenüber anderen Signalen verzögert werden, indem die einen einen längeren Leiter als die anderen durchlaufen müssen. Darauf aufbauend ist eine Art der optische Speicherung bekannt, bei der unterschiedlich lange Fasern. als Verzögerungsleitungen in Kombination mit optischen Schaltern genutzt werden. Die Verzögerung wird durch die Zeit bestimmt, die das Signal braucht, um sich in der jeweiligen Faser auszubreiten. Abhängig von der gewünschten Verzögerung leitet der Schalter das Signal in die Faser der entsprechenden Länge. Derartige Systeme benötigen viel Platz, sind kostenaufwendig und insofern unflexibel, als sie sich nur auf Vielfache einer bestimmten festen Verzögerungszeit einstellen lassen. Außerdem treten in diesen Systeme starke Verluste auf, die eine zusätzliche Verstärkung der Signale nötig machen.

Während diese „konventionellen" optischen Zwischenspeicher das Signal über unterschiedlich lange Wege schicken, wird bei dem sogenannten „Slow-Light"- Ansatz die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale entlang eines einzigen Weges verändert. Dies geschieht ^' über eine Verringerung oder eine Steigerung der

Gruppengeschwindigkeit der Signale auf einer bestimmten Wegstrecke. So konnte in Experimenten gezeigt werden, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale zwischen nahezu Null und Vakuum-überlichtgeschwindigkeit variiert werden kann.

Zur Verzögerung der Pulse lassen sich unterschiedliche Mechanismen und Materialsysteme nutzen. Beispielsweise kann der Gruppengeschwindigkeitsindex in ultrakalten und in heißen Atomgasen eine Größenordnung von 10 ⁶ annehmen, was die Geschwindigkeit der Pulse, wie gezeigt wurde, auf 17m/s reduzieren kann. ähnliche Ergebnisse wurden auch mit Rubidium Dampf, Halbleiter- Nanostmkturen, Quantum-Well und Quantum-Dot Strukturen sowie Wellenleitern auf der Basis der photonischen Bandlücke erreicht.

Es ist zudem bekannt, dass sich die Gruppengeschwindigkeit auch in optischen Glasfasern verändern lässt. Insofern lässt sich diese Technik in der optischen Nachrichtenübertragung und in Zukunft auch in optischen Computersystemen einsetzen. Dabei wird der schmalbandige Gewinn unterschiedlicher nichtlinearer Effekte zur Veränderung der Gruppengeschwindigkeit genutzt. So konnten Signale mit Raman-Streuung, mit Raman-gestützter parametrischer Verstärkung sowie mit einer Kombination aus Vierwellenmischung und linearer Dispersion verzögert werden („Slow-Light"). Auch mit stimulierter Brillouin Streuung (SBS) konnte eine Verzögerung optischer Pulse in Glasfasern erreicht werden.

Dabei hat das Verfahren der SBS verschiedene Vorteile: So benötigt die SBS zumindest in langen Fasern nur geringe Pumpleistungen von wenigen mW, um große Verzögerungen zu bewirken. Zudem funktioniert SBS in allen Fasertypen und - zumindest in einem Transparenzbereich - bei allen Wellenlängen. Das gilt insbesondere für die Fasern, die heute in der optischen Nachrichtentechnik eingesetzt werden. Außerdem ist von Vorteil, dass sich die preiswerten und zuverlässigen Standardkomponenten der Nachrichtentechnik nutzen lassen. Da nur geringe Pumpleistungen benötigt werden, ist es sogar möglich, dass einfache DFB-Laserdioden als Pumpquellen zum Einsatz kommen. Weiterhin ist von Vorteil, dass mit der SBS die Gruppengeschwindigkeit über einen weiten Bereich

zwischen weniger als 71000 km/s bis zur Vakuum-überlichtgeschwindigkeit kontrolliert werden können.

Bekanntermaßen ist die SBS das Ergebnis der Wechselwirkung zweier sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitender Wellen, nämlich einer starken Pump- und eine schwachen Probewelle. Wenn der Energie- und Impulserhaltungssatz, respektive die Frequenz- und Phasenanpassungsbedingung erfüllt sind, wird in der Faser eine akustische Welle erzeugt, an der Photonen der Pumpwelle zur Probewelle gestreut werden können, was unter bestimmten Bedingungen zu einer stimulierten Wechselwirkung führt. Die SBS kann als Verstärkungsprozess beschrieben werden, bei dem eine starke Pumpwelle mit der Frequenz f _p in der ihr entgegengesetzten Richtung einen schmalbandigen Gewinn in einem spektralen Bereich um f _p - fb (Stokes) und einen Verlust um f _p + f _b (anti Stokes) erzeugt. Dabei ist f _b die Frequenz der generierten akustischen Welle.

Diese sogenannte Brillouin-Verschiebung hängt von der Art der Faser und den Umgebungsbedingungen ab. Nach den Kramers-Kronig Beziehungen geht der

Prozess des Brillouin-Gewinns respektive des Brilloüin-Verlustes einher mit einer

änderung des Brechungsindex in der Faser, der als Folge in den beiden oben genannten spektralen Bereichen eine starke Frequenzabhängigkeit aufweist. Auf

Grund der starken änderung des Brechungsindex mit der Frequenz ergibt sich ein großer, schmalbandiger Gruppenbrechungsindex

n _g = n + ω dn /dω (1)

innerhalb der Faser. Dieser verringert wiederum die Gruppengeschwindigkeit der sich gegen die Ausbreitung des Pumplichts ausbreitenden Pulse und führt zu einer Verzögerung ihrer Ankunftszeit am Ausgang der Faser um

δT _g = g ₀ P _p L / (TpA ₆ ιr) (2)

mit g ₀ als Brillouin-Gewinnkoeffizienten, L als der Länge und A _βff als der effektiven Fläche der Faser. Mit P _p ist die Leistung der Pumpwelle und mit r _p /2π die Brillouin Bandbreite innerhalb der Faser bezeichnet. Nach Gleichung (2) ist die Verzögerungszeit linear von der Pumpleistung innerhalb der Faser abhängig.

- A -

Die Ankunft eines Pulses an einem Vermittlungsknoten lässt sich demnach über die optische Leistung einer von diesem Vermittlungsknoten aus gegenläufig in die Faser eingespeisten Pumpwelle steuern. Wird jedoch die Pumpleistung oder das Signal selbst zu groß, so gilt diese einfache Beziehung nicht mehr, da der Brillouin Gewinn in die Sättigung gerät, was die maximale Verzögerungszeit der Pulse begrenzt. üblicherweise liegt die maximale Verzögerungszeit in wenigen km langen Fasern bei etwa 30 ns. In Experimenten wurden bei einer Faserlänge von 50 km Verzögerungszeiten von 60 ns erreicht. Diese Verzögerungszeiten lassen sich durch kaskadierte Verzögerung vergrößern, indem Fasersegmente durch breitbandige, unidirektionale Abschwächer voneinander getrennt werden. Dadurch, dass die Signalverstärkung immer wieder kompensiert wird, kann eine Verstärkung der spontanen Brillouin Emission und die Sättigung des Verstärkungsprozesses verhindert werden. Mit vier gleichen Fasersegmenten konnte eine maximale Verzögerungszeit von 152 ns erzielt werden.

Allerdings hat die SBS für diese Art der Anwendungen auch Nachteile: So ist sie zum einen besonders schmalbandig und zum anderen geht die Verzögerung mit einer starken Verzerrung der Pulse einher, wobei die Verzerrung mit der geringen Bandbreite der SBS zusammenhängt. So ist die Pulsverbreiterung am Ausgang der Verzögerungsleitung indirekt proportional zur Bandbreite der SBS in der Faser. Bei einer kohärenten Pumpwelle der Wellenlänge von 1550 nm hat der Brillouin-Gewinn in Standard-Single-Mode-Fasem (SSMF) eine lorentzförmige Einhüllende einer spektralen Halbwertsbreite von 30 MHz. Bei dieser geringen Bandbreite lassen sich lediglich Datenraten von rund 15 Mbit/s verzögern, wobei eine Verzögerung von 152 ns mit einer Pulsverbreiterung von 42 ns auf 102 ns einhergeht.

Neben dieser Pulsverbreiterung unterliegen die Datensignale in solchen SBS- Verzögerungsleitungen noch anderen Verzerrungen. Das sind beispielsweise eine Vergrößerung der Anstiegs- und Abfallzeit der Pulse, ein variabler Gewinn über die Pulsbreite und eine variable Verzögerung innerhalb der Pulsbreite. So wurden beispielsweise die durch SBS hervorgerufenen Verzerrungen an Pulsen einer Frequenz von 10 Mhz und einer Breite von 40 ns untersucht, wobei die

Verstärkung des Pulsmaximums kontinuierlich zwischen 0 dB und 23 dB verändert wurde. Die damit erzielten Verzögerungen lagen zwischen 0 und 23 ns. Durch eine schmalbandige Filterung erhöhten sich die Anstiegs- und Abfallzeiten der Pulse von 12.7 ns auf 30.3 ns. Dabei führt die Filterwirkung bei rechteckigen Signalen dazu, dass die Wellenform durch das Fehlen der hohen Frequenzen weicher wird und sich die öffnung des Augendiagramms verringert.

Es wurden auch Möglichkeiten zur Vergrößerung der Bandbreite des Brillouin Gewinns untersucht. So wurde beispielsweise der Strom des Pumplaser in einem Maße von weniger als 1 % mit einer Pseudozufalls-Bitsequenz (pseudo- random bit sequence PRBS) einer Bitrate von 38Mbit/s moduliert. Das Resultat war ein auf 325 MHz vergrößertes glockenförmiges Pumpspektrum. Dabei ist der Brillouin- Gewinn in der Faser die Faltung zwischen dem Spektrum der Pumpe und dem lorentzförmigen, natürlichen Brillouin Spektrum, das eine Breite von rund 30 MHz aufweist. Wenn die Pumpwelle ein breiteres Spektrum hat, wird die Breite des Gesamtspektrums im Wesentlichen von der spektralen Breite der Pumpwelle bestimmt. Mit dem oben genannten System wurden Pulse einer zeitlichen Dauer von 2.7 ns um etwas mehr als um ihre Pulslänge verzögert. Auf Grund der großen Bandbreite betrug die Pulsverbreiterung weniger als 25%.

Als andere Möglichkeit, große Slow-Light Bandbreiten zu erzielen, wurde die Modulation des Laserstroms mit einer Rauschquelle beschrieben. Auf diese Weise konnte die Slow-Light Bandbreite auf 1.9 GHz erhöht werden. Mit einer solchen Bandbreite lassen sich Datenraten von etwa 1 Gb/s verarbeiten, wobei 400 ps kurze Pulse wurden bis zu 1 ns verzögert. Dasselbe Konzept wurde auch dazu benutzt, die Slow-Light Bandbreite auf 12 GHz zu erweitern.

Bei allen bislang angewandten Verfahren für Slow- und Fast-Light auf der Basis der SBS wurde der schmalbandige Gewinn zur Verlangsamung und der Verlust zur Beschleunigung der Lichtpulse ausgenutzt. Dabei wurde die Bandbreite durch eine Modulation der Pumpwelle vergrößert. Da die Pumpwelle jedoch Gewinn und Verlust gleichzeitig erzeugt, ist die maximal erzielbare Bandbreite durch die Brillouin-Frequenzverschiebung begrenzt. So sind zunächst Gewinn und Verlust . weit voneinander getrennt. Wird die Bandbreite der Brillouin-Streuung durch

Modulation jedoch erhöht, so begegnen sich Gewinn und Verlust, wenn die Bandbreite der Brillouin-Frequenzverschiebung entspricht. Wird die Bandbreite noch weiter erhöht, kompensieren sich der Gewinn und der Verlust im Bereich der Frequenz f _p . Heben sich beide gegenseitig auf, so entspricht der resultierende Gruppenbrechungsindex dem einer Faser ohne Pumpwelle. Die mit einem Pumplaser maximal erzielbare Bandbreite beträgt demnach ungefähr das Doppelte der Brillouin-Verschiebung in der Faser. Bei einer Pumpwellenlänge von 1550 nm sind dies in SSMF rund 22 GHz. Die damit maximal bearbeitbare Bitrate liegt in der Größenordnung der halben Bandbreite, also rund 10 Gbit/s, wobei dafür die resultierende Verzerrung relativ groß ist. Moderne Systeme der optischen Nachrichtentechnik übertragen jedoch Datenraten von 40 Gbit/s und mehr. Bei solch hohen Datenraten versagen die bekannten Systeme.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zu schaffen, das sich mit einfachen Mitteln kostengünstig umsetzen lässt und das Verzögerungen und Beschleunigungen von Signalen auch bei hohen Datenraten ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein System zur Umsetzung des Verfahrens zu schaffen

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt darin, mindestens zwei Pump- Quellen einzusetzen und einen der beiden von der ersten Pumpquelle erzeugten Brillouin-Peaks durch den Brillouin-Peak umgekehrten Vorzeichens der zweiten Pumpquelle zumindest in beträchtlichem Maße zu überlagern, zu kompensieren oder sogar zu „überkompensieren": Wenn der eine Brillouin-Verlust der einen Pump-Quelle „ausgelöscht" ist, kann die Bandbreite des Brillouin-Gewinns dieser Pump-Quelle aber über das Maß der Brillouin-Verschiebung hinaus erhöht werden. Diese Kompensation wird dadurch erreicht, dass zusätzlich zu der Strahlung der ersten Pump eine eine zweite Pumpstrahlung in den Wellenleiter eingespeist wird, deren Frequenz gegenüber der ersten Pumpstrahlung derart verschoben ist, dass sich das Gewinnspektrum des zweiten mit dem Verlustspektrum des ersten zumindest teilweise kompensiert. Das kann erreicht

werden, wenn die Frequenzen der beiden Pumpquellen so eingestellt werden, dass sie etwa die doppelte Brillouin-Verschiebung auseinander liegen.

An dieser Stelle sei hervorgehoben, dass der Terminus „Brillouin-Gewinn" das schmalbandige Spektrum (Stokes-Peak) mit der um die Brillouinverschiebung geminderten Frequenz und „Brillouin-Verlust" das schmalbandige Spektrum (Anti- Stokes-Peak) mit der um die Brillouinverschiebung erhöhten Frequenz bezüglich der Frequenz der Signale und entgegengesetzem Vorzeichen bezeichnet. Eine Wechselwirkung mit dem „Brillouin-Gewinn" führt zu einer Verzögerung der Signale, während der „Brillouin-Verlust" eine Beschleunigung verursacht. Wenn die Erfindung nachfolgend im Wesentlichen anhand des Brillouin-Gewinns und der Verzögerung beschrieben wird, gilt Gleiches ebenso für den Brillouin-Verlust und die damit einhergehende Beschleunigung der Signale.

Für solche Maßnahmen zur Beeinflussung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der von Lichtpulsen gebildeten Signale gibt es verschiedene Anwendungen. Mit der erfindungsgemäßen rein optischen Verzögerung können beispielsweise Zwischenspeicher in Systemen der optischen Paketübertragung realisiert oder unterschiedliche Bitströme in optischen Schaltnetzwerken synchronisiert werden. Außerdem kann sie zur Entzerrung gestörter optischer Pulse und zur Steuerung der Sende- bzw. Empfangscharakteristik von Antennensystemen eingesetzt werden. Die mit der erfindungsgemäßen Technologie realisierten optischen Zwischenspeicher können eine Schlüsselkomponente in zukünftigen optischen Kommunikations- und Informationsverarbeitungssystemen darstellen.

Um eine möglichst gute Kompensation der Peaks zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Bandbreiten der die Pumpstrahlungen erzeugenden Lichtquellen, die insbesondere von Lasern („Pumplasern") gebildet werden, auf ein zumindest nahezu gleiches Maß einzustellen. Wenn dann zum Zwecke der stärkeren Verzögerung der Lichtsignale die Bandbreite des den „nutzbaren" Peak erzeugenden ersten Lasers beispielsweise durch Modulation künstlich erhöht wird, ist es vorteilhaft, diese Modulation auch dem „kompensierenden" Pumplaser aufzuprägen.. . •

Die Möglichkeit, die Bandbreite des Gewinns noch weiter steigern zu können wird dadurch erreicht, dass weitere Pumplaser in dieser Art zusammengeschaltet werden, wobei immer der Gewinn des nächsten den Verlust des vorherigen kompensiert.

Da sich das Slow-Light Spektrum in der erfindungsgemäßen Art an die jeweilige Anwendung anpassen lässt, können auch mehrere Pumpeinheiten gleichzeitig verwendet werden, um z.B. verschiedene Kanäle aus einem wavelength-division- multiplex (WDM)-System unabhängig voneinander zu verzögern. Die maximal mit einem solchen System auf der Basis der SBS erzielbare Verzögerung hängt von der Bandbreite des Brillouin-Gewinns und dem Sättigungsverhalten der SBS ab. Wird die Pumpleistung zu groß, kommt es zu einem stimulierten Prozess. In diesem Fall verliert die Pumpwelle in hohem Maße optische Leistung an den sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Puls und kann ihn nicht mehr weiter verzögern. Dieser Sättigungsprozess führt dazu, dass man mit SBS- Verzögerungsleitungen üblicherweise eine maximale Verzögerung von 30 ns realisieren kann. Wird die Slow-Light Bandbreite vergrößert, sinkt die Verzögern ngszeit. Eine Vergrößerung der Verzögerung ist bekanntermaßen durch ein kaskadieren mehrerer SBS-Leitungen möglich, was jedoch mit einem hohen technischen Aufwand einhergeht. Mit der Erfindung können nunmher durch Verringerung der Sättigung des Brillouin-Prozesses große Verzögerungszeiten in einer einzigen Verzögerungsleitung bei stark reduziertem technischen Aufwand erreicht werden. Dazu wird in einem breiten Verlustspektrum ein schmalbandiger Gewinn erzeugt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 6 näher erklärt. Dabei zeigen:

Figur 1 . die spektrale Anordnung der Peaks zweier Pumpquellen,

Figur 2 die Erhöhung der Bandbreite,

Figur 3 ein System zur Umsetzung des Verfahrens,

Figur 4 die überlagerung mit einem schmalbandiges Gewinnspektrum,

Figur 5 die änderung des Gruppenbrechungsindex und

Figur 6 Ergebnisse von Messungen.

Figur 1 zeigt zunächst den grundlegendne Gedanken der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise. Entgegen der Ausbreitung der Signale in einer Glasfaser wird ein erster Pumplaser 1 mit einer Frequenz fpi in die Glasfaser eingespeist. Dieser erzeugt ein Gewinnspektrum 2 bei der Frequenz fpi -fa und ein Verlustspektrum 3 bei der Frequenz f _P1 + f _B (unterbrochene Linie). Auf die gleiche Weise wird ein zweiter Pumplaser 4 in die Glasfaser eingekoppelt, wobei dessen Frequenz so eingestellt wird, dass sein „Gewinn-Peak" 5 bei der Frequenz des „Verlust-Peaks" 3 des ersten Pumplasers 1 liegt. Die Frequenz des zweiten Pumplasers 4 liegt somit bei fp ₂ = fpi +2 f _B . Dieser erzeugt ebenfalls einen Gewinn 5 bei fp ₂ - fβ und einen Verlust 6 bei f _P2 + /b (Strich-Punkt Linie). Da hier die Bandbreiten beider Pumplaser gleich sind, tritt der Verlust 3 des ersten Pumplasers 1 in demselben spektralen Bereich auf wie der Gewinn 5 des zweiten Pumplasers 4 auf, da fp2 - fe = fpi + 2 fs - fs = / _P I + fe . Wenn die Leistungen beider Pumplaser gleich wäre, käme es zu einer gegenseitigen vollständigen Kompensation der Peaks. Der Verlust des ersten Pumplasers ist damit gewissermaßen nicht mehr vorhanden, so dass die Bandbreite, beispielsweise durch Modulation, über das bekannte Maß erhöht werden kann.

Ist die Leistung des zweiten Pumplasers 4, wie hier gezeigt, größer als die des ersten 1 , so kommt es zu einer überkompensation des Brillouin-Verlusts 3 des ersten Pumplasers 1 , so dass auf beiden Seiten der Frequenz des ersten Pumplasers 1 ein „Gewinnspektrum" 7 erscheint (durchgezogene Linie). Wird nun die Bandbreite beider Pumplaser durch Modulation erhöht, so überlagern sich beide Gewinne. Das Resultat ist ein besonders breitbandiger Gewinn.

Figur 2 zeigt die Erhöhung der Bandbreite in drei Stufen, wobei die Bandbreiten in der Dimension der Brillouin-Verschiebung fs gemessen sind. In diesem Fall wird jeweils der Verlustpeak der ersten Pumpquelle soweit überkompensiert, dass der

jeweilige Gewinnpeak 8 und der überkompensierte Verlustpeak 9 dieselbe Höhe haben. Die strich-punktierte Linie zeigt zwei Pumplaser der Bandbreite von 1/5 fe. Beide Peaks sind deutlich voneinander getrennt. Die unterbrochene Linie zeigt zwei Pumplaser der Bandbreite von f _Q . in diesem Fall überlagern sich die Peaks schon, wobei die überlagerung bei der Bandbreite von 2f _B . nahezu vollständig ist (durchgezogene Linie).

In Figur 3 ist ein System zur Umsetzung des Verfahrens dargestellt. Dabei kommen Signale, hier in Form zweier Bitfolgen 10 und 11 , aus einem optischen Netz 12. Die Bitfolge 11 auf der Trägerwellenlänge A ₂ soll gegenüber der Bitfolge 10 auf der Trägerwellenlänge Ai verzögert und einer Verarbeitungseinheit 13 zugeführt werden.

Die zu verzögernde Bitfolge 11 bewegt sich von rechts nach links durch das Brillouin Medium, das von einer SSMF 14 gebildet wird. In entgegengesetzter Richtung breiten sich zwei Pumpwellen von den Laserdioden 15 und 16 aus, die einen Brillouin-Gewinn in der Faser 14 erzeugen. Die Pumpwellen werden durch einen Zirkulator 17 über dessen Port 1 ->2 in die. Faser 14 eingespeist. Die Bitfolgen 11 und 12 werden durch denselben Zirkulator 17 über dessen Port 2->3 aus der Faser 14 ausgekoppelt und der Verarbeitungseinheit 13 zugeführt.

Das Gewinnspektrum zur Verzögerung der Bitfolge 11 erzeugt die Pumpeinheit 18. Diese umfasst die beiden Laserdioden 15 und 16, eine Rauschquelle 19, einen einstellbaren Koppler 20 und ein Potentiometer 21. Damit beide Laserdioden 15 und 16 dieselbe Bandbreite haben, werden sie durch die gemeinsame

Rauschquelle 19 direkt über deren Ansteuerstrom moduliert. Die Bandbreite einer direkt modulierten Laserdiode hängt vom Modulationsgrad und damit von der Stärke des Stroms der Rauschquelle ab. Dieser lässt sich über das Potentiometer

21 einstellen.

Es sind auch andere Arten der Erweiterung des Brillouin Gewinns möglich, wie beispielsweise eine externe Modulation der Laser oder eine Modulation mit einer Bitfolge. Als Pumpquellen kommen neben den Laserdioden auch andere Laser, wie z.B. Festkörper- oder Gaslaser, in Frage.

Die Wellenlängen der beiden Laser werden in oben beschriebener Weise so eingestellt, dass das Gewinnspektrum des einen Lasers das Verlustspektrum des anderen kompensiert, wobei die Intensitäten so eingestellt werden, dass eine überkompensation stattfindet. Da in diesem Beispiel die Bittfolge 11 gegenüber der Bittfolge 12 verzögert werden soll, wird das durch die Laserdioden 15 und 16 erzeugte Summen-Gewinnspektrum so eingestellt, dass es dem Spektrum des zu verzögernden Signals entspricht. Ist das Spektrum des zu verzögernden Signals sehr breitbandig kann ihm das Gewinnspektrum durch das hinzufügen weiterer Pumplaser angepasst werden.

Um ein möglichst flaches Brillouin-Gewinnspektrum zu erzielen, werden die optischen Leistungen der Laserdioden 15 und 16 in einem bestimmten Verhältnis zueinander eingestellt. Dies geschieht mit dem einstellbaren Koppler 20. Weitere Pumplaser können entsprechend über weitere einstellbare Koppler eingekoppelt werden. Mit dem sich anschließenden Erbium-dotierten Faserverstärker (EDFA) 22 wird die Pumpleistung verstärkt, wobei das Verhältnis der optischen Leistungen der Pumpwellen zueinander erhalten bleibt. Neben dem EDFA 22 kommen auch alle anderen Methoden einer optischen Verstärkung in Frage. Die Signale werden dann über den Port 2->3 des Zirkulators 17 aus der Faser 14 ausgekoppelt und zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet.

In einer konventionellen SBS Verzögerungsleitung ist die Sättigung und damit die maximale Verzögerung eine Funktion der Höhe des SBS-Gewinns, während die Verzögerung- oder Beschleunigung der Pulse vom Maße der änderung des Brillouin-Gewinns mit der Frequenz abhängt. Verändert dieser sich langsam, so ist der Gruppenbrechungsindex und damit auch die Verzögerung gering. Verändert er sich jedoch schnell, so sind beide groß. Eine Verringerung der Höhe des Gewinns bei gleichzeitiger Beibehaltung der Veränderung mit der Frequenz führt daher zu größeren Verzögerungszeiten. Das wird erreicht, indem innerhalb eines breiten Verlustspektrums, das von dem einem Pumplaser erzeugt wird, ein schmalbartdiges Gewinnspektrum mit dem zweiten der beiden Pumplaser generiert wird. Eine solche Anordnung der Frequenzen der beide Pumplaser 23 und 24 ist in Figur 4 gezeigt. Diese Anordnung entspricht im Prinzip der von Figur

1. Im Unterschied dazu, ist jetzt jedoch das Verlustspektrum 25 des Pumplasers 23 (gestrichelte Linie) breiter als das Gewinnspektrum 26 des Pumplasers 24 (Strich-Punkt-Linie). Bei der überlagerung 27 (durchgezogene Linie) von Gewinn 26 und Verlust 25 weist der Verlust, der von f _p erzeugt wird, einen starken Einbruch in der Mitte auf.

Ein konventionelles slow light system ist somit gleichzeitig auch ein optischer Verstaerker. Wenn das Signal verzoegert wird, so wird es zur selben Zeit verstaerkt. Die maximale Verzoegerung ist dann durch die Saettigung des Verstaerkers begrenzt. Wie gezeigt, kann mit Hilfe eines Verlustspektrums, das breiter als das Gewinnspektrum ist, die Saettigung des Verstaerkers verringert werden. Dadurch werden Verzoegerungszeiten von rund 100ns erreicht. Im Gegensatz zu konventionellen SBS Verzögerungs-Systemen ist in diesem Falle die Verzögerung unabhängig von der Stärke der Signale. Mit der Erfindung kann demnach die Ausgangsleistung der verzögerten Signale der jeweiligen Anwendung angepasst werden.

Figur 5 zeigt die änderung des Gruppenbrechungsindex und damit die zu erwartende Verzögerung für einen reinen Brillouin-Gewinn (gestrichelte Linie) und den mit der hier beschriebenen Methode veränderten Brillouin Gewinn (durchgezogene Linie). Wie zu erkennen ist, ist der absolute Gewinn für einen einzelnen Pumplaser höher (linkes kleines Bild) als wenn gleichzeitig mit einem zweiten Laser ein Verlust erzeugt wird (rechtes kleines Bild). Trotzdem verhält sich die änderung des Gruppenbrechungsindex für beide annähernd gleich und die maximal erzielbare Verzögerung ist identisch. Eine derartige Slow-Light Bandbreite lässt sich z.B. durch eine Veränderung der Einstellung des Potentiometers erzielen. Dies bewirkt eine unabhängige änderung des Rauschanteils auf dem Ansteuerstrom der beiden Laserdioden. Da bei direkter Modulation die Bandbreite der Pumpwelle von der Modulationstiefe des Ansteuerstroms bestimmt wird, lässt sich damit die Bandbreite beider Laser unabhängig voneinander verändern.

Anstatt einen. Gewinn in einem Verlustspektrum unterzubringen, um eine Verlangsamung der Signale zu erreichen, lässt sich mit der oben beschriebenen

Methode auch ein Verlust in einem Gewinnspektrum unterbringen, um die Signale schneller laufen zu lassen.

Figur 6 zeigt die gemessenen Ergebnisse zur Veränderung des Brillouin Gewinnspektrums. In der oberen Abbildung 6a ist rechts und links von einem Pumplaser nach der Methode der Figur 1 ein Brillouin-Gewinn erzeugt worden. Unten links 6b wurde ein Gewinn- in einem Veiiustspektrum und unten rechts 6c ein Verlustin einem Gewinnspektrum generiert.