BR112021004770A2

BR112021004770A2 - Amplificador de fibra dopada com bismuto

Info

Publication number: BR112021004770A2
Application number: BR112021004770-0A
Authority: BR
Inventors: Jiawei Luo; Vitaly Mikhailov
Original assignee: Ofs Fitel, Llc
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2021-08-31
Also published as: JP7264994B2; CN112689928A; US20220052502A1; EP3850714A4; WO2020056264A1; EP3850714A1; JP2022501810A

Abstract

amplificador de fibra dopada com bismuto. fibras ópticas dopadas com bismuto (bi) (bidf) e amplificadores de fibra dopadas com bismuto (bidfa) são mostradas e descritas. o bidf compreende uma banda de ganho e uma banda auxiliar. a banda de ganho tem um primeiro comprimento de onda central (1) e uma largura de banda de ganho de primeiros 6 decibéis (6db). a banda auxiliar tem um segundo comprimento de onda central (2), com 2 maior 1. o sistema compreende ainda uma fonte de sinal e uma fonte de bomba que são opticamente acopladas à bidf. a fonte de sinal fornece um sinal óptico em 1, enquanto a fonte da bomba fornece luz da bomba em um comprimento de onda da bomba (3).

Description

AMPLIFICADOR DE FIBRA DOPADA COM BISMUTO REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório de Patente dos Estados Unidos com Número de Série 62/730.766, depositado em 13 de setembro de 2018, tendo o título "Bismuth Doped Fiber Amplifier to Extend O-Band", por DiGiovanni, o qual é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES CAMPO DA DIVULGAÇÃO

[0002] A presente divulgação se refere geralmente a óptica e, mais particularmente, a amplificadores de fibra óptica.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0003] A banda O (para banda original) em sistemas de comunicações de fibra óptica opera entre um comprimento de onda (λ) na faixa de aproximadamente 1260 nanômetros (~ 1260 nm) a ~ 1360 nm. Uma vantagem de operar na banda O é que os comprimentos de onda do transmissor estão localizados próximos ao comprimento de onda de dispersão zero (λ0). Portanto, nem a compensação de dispersão cromática óptica ou eletrônica é normalmente necessária. Por causa desses e de outros benefícios, há esforços contínuos para melhorar os sistemas e processos de fibra óptica que operam dentro da banda O.

SUMÁRIO

[0004] A presente divulgação fornece sistemas ópticos que empregam fibras ópticas dopadas com Bismuto (Bi). Uma modalidade do sistema compreende uma fibra óptica Bi-dopada (ou fibra Bi-dopada (BiDF)) compreendendo uma banda de ganho e uma banda auxiliar. A banda de ganho tem um primeiro comprimento de onda central (λ1) e uma largura de banda de ganho de primeiros 6 decibéis (6dB). A banda de ganho auxiliar tem um segundo comprimento de onda central (λ2). O sistema compreende ainda uma fonte de sinal que é opticamente acoplada à BiDF. A fonte de sinal fornece um sinal óptico dentro da banda de ganho para a BiDF. Além disso, uma fonte de bomba é opticamente acoplada à BiDF. A fonte da bomba fornece luz da bomba em um comprimento de onda da bomba (λ3) para a BiDF. Para algumas modalidades, várias fontes de bomba fornecem vários comprimentos de onda de luz de bomba para a BiDF.

[0005] Outros sistemas, dispositivos, métodos, recursos e vantagens serão ou se tornarão aparentes para uma pessoa versada na técnica após o exame dos seguintes desenhos e descrição detalhada. Pretende-se que todos esses sistemas, métodos, recursos e vantagens adicionais sejam incluídos nesta descrição, estejam dentro do escopo da presente divulgação, e sejam protegidos pelas reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] Muitos aspectos da divulgação podem ser melhor compreendidos com referência aos seguintes desenhos. Os componentes nos desenhos não estão necessariamente em escala, em vez disso, a ênfase é colocada na ilustração clara dos princípios da presente divulgação. Além disso, nos desenhos, números de referência semelhantes designam partes correspondentes ao longo das várias vistas.

[0007] A Figura 1A é um diagrama que mostra uma modalidade de um sistema que compreende uma fibra óptica dopada com bismuto (Bi) (ou fibra de ganho Bi-dopada, ou truncada para fibra Bi-dopada (BiDF)).

[0008] A Figura 1B é um gráfico que mostra a emissão espontânea amplificada (ASE) no sistema da Figura 1A para lasers de bomba com comprimentos de onda centrais (λ) de aproximadamente 1155 nanômetros (~ 1155nm), ~ 1175nm, ~ 1195nm, ~ 1215nm e ~ 1235nm.

[0009] A Figura 1C é um gráfico que mostra a dependência de ganho (G), pico de ganho (em micrômetros (µm)) e eficiência de conversão de potência (PCE) na bomba λ para o sistema da Figura 1A.

[0010] A Figura 1D é um gráfico que mostra os espectros de entrada e saída do sistema da Figura1A para uma bomba λ de ~ 1195 nm.

[0011] A Figura 1E é um gráfico que mostra os espectros de entrada e saída do sistema da Figura 1A para uma bomba λ de ~ 1235 nm.

[0012] A Figura 2A é um gráfico que mostra G e figura de ruído em potência de bomba de ~ 500 miliwatt (mW) para uma modalidade de um sistema amplificador de fibra Bi-dopada (BiDFA) contra-bombeado.

[0013] A Figura 2B é um gráfico que mostra G e a figura de ruído em ~ 750mW de potência de bomba para o sistema BIDFA contra-bombeado que foi usado para obter o gráfico da Figura 2A.

[0014] A Figura 3A é um gráfico que mostra espectros ópticos de uma modalidade de um sistema BiDFA com os espectros representando uma saída de transmissor, uma entrada BiDF após transmissão de 40 quilômetros (km), e uma saída de amplificador.

[0015] Figura 3B é um gráfico que mostra a taxa média de erro de bit (BER) como uma função da potência do sinal para um enlace de 40 km de fibra de transmissão G.652 e um atenuador óptico variável (VOA) em comparação com o desempenho em sucessão para o sistema BiDFA que foi usado para obter o gráfico da Figura 3A.

[0016] A Figura 3C é uma tabela que mostra BER para diferentes canais de comprimento de onda no sistema BiDFA da Figura 3A.

[0017] Figura 3D é um gráfico que mostra a degradação de BER como uma função da razão sinal-para-ruído óptico (OSNR) para o sistema BiDFA da Figura 3A.

[0018] A Figura 3E é um gráfico que mostra BER para várias distâncias de transmissão usando o sistema BiDFA da Figura 3A.

[0019] A Figura 4A é um gráfico que mostra os espectros ópticos de outra modalidade de um sistema BiDFA no qual o sinal é pré-amplificado com outra BiDFA, com os espectros representando uma saída do transmissor, uma entrada BiDF e uma saída do amplificador.

[0020] A Figura 4B é um gráfico que mostra BER para várias distâncias de transmissão usando o sistema BiDFA da Figura 4A.

[0021] A Figura 4C é uma tabela que mostra BER para diferentes canais de comprimento de onda no sistema BiDFA da Figura 4A.

[0022] Figura 5 é um diagrama que mostra uma modalidade de um sistema BiDFA tendo estágios de amplificação em cascata.

[0023] Figura 6 é um diagrama que mostra uma modalidade de um BiDFA tendo uma fonte óptica adicional.

[0024] Figura 7 é um gráfico que mostra uma melhoria na perda óptica para a BiDFA da Figura 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0025] Recentemente, a taxa total do transponder da banda O foi aumentada para 425 gigabits por segundo (Gb/s) usando, por exemplo, oito (8) canais (LAN) multiplexados por divisão de comprimento de onda (WDM) de rede local modulados em aproximadamente sinais modulados por amplitude de pulso de quatro níveis (PAM-4) de 26,6 gigabaud por segundos (~ 26,6 Gbaud/s). O uso de LAN WDM e formato de modulação complexo reduz a potência por canal disponível no receptor e a sensibilidade do receptor, tornando a amplificação óptica desejada. Embora os amplificadores ópticos semicondutores possam ser usados para aumentar os sinais da banda O, os amplificadores ópticos semicondutores introduzem distorções devido à modulação de ganho próprio e modulação de ganho cruzado. Assim, os amplificadores ópticos semicondutores não são adequados para transmissão WDM de formatos de modulação de intensidade complexos, como o PAM-4.

[0026] Amplificadores de fibra dopada com praseodímio (PrDFA) com uma largura de banda de ganho entre aproximadamente 1280 nanômetros (~ 1280nm) e ~ 1320nm são usados em algumas aplicações de banda O. No entanto, o PrDFA requer vidro hospedeiro sem sílica, tornando o PrDFA caro e complicado.

[0027] Para abordar essas deficiências, esta divulgação ensina um amplificador de fibra dopada com bismuto (Bi) à base de sílica (BiDFA) que permite a extensão do alcance de transmissão da banda O e da capacidade de transmissão da banda O. O BiDFA baseado em sílica divulgado tem uma largura de banda de ganho de seis decibéis (6dB) de mais de ~ 60nm. O centro da banda de ganho depende do comprimento de onda da bomba e pode ser centralizado de forma flexível entre ~ 1305 nm e ~ 1325 nm. O BiDFA usa uma fibra óptica que é substancialmente livre de érbio (Er) enquanto exibe parâmetros que são comparáveis aos sistemas amplificadores de fibra dopada com Er (ErDFA). As modalidades divulgadas são capazes de estender uma distância de transmissão ASE-LR- 8 de 400GB para além de aproximadamente quarenta quilômetros (~ 40km) de uma fibra óptica que está em conformidade com o padrão da indústria ITU-T G.652.

[0028] Tendo fornecido uma ampla solução técnica para um problema técnico, agora é feita referência em detalhes à descrição das modalidades, conforme ilustrado nos desenhos. Embora várias modalidades sejam descritas em conexão com esses desenhos, não há intenção de limitar a divulgação à modalidade ou modalidades divulgadas neste documento. Ao contrário, a intenção é cobrir todas as alternativas, modificações, e equivalentes.

[0029] A Figura 1A é um diagrama que mostra uma modalidade de um sistema que compreende fibra óptica dopada com bismuto (Bi) (ou fibra bi-dopada (BiDF)). Especificamente, a Figura 1A mostra um sistema de amplificador óptico com uma entrada de sinal 105, um primeiro isolador óptico 110 acoplado à entrada de sinal 105 e um BiDF 115 opticamente acoplado ao primeiro isolador óptico

110. O BiDF 115 é opticamente acoplado a um acoplador de banda larga de três decibéis (3dB) 120, que permite a introdução de luz de bomba através de uma fonte de bomba óptica contra-bombeada 125. Deve ser apreciado que a BiDF

115 também pode ser bombeada usando um esquema de co- bombeamento ou uma combinação de esquemas de co-bombeamento e contra-bombeamento. Na medida em que esquemas de co- bombeamento e contra-bombeamento são conhecidos na técnica, uma discussão adicional de esquemas de co-bombeamento e contra-bombeamento é omitida neste documento. Uma fibra de transmissão de saída 130 transporta sinal do acoplador 3dB 120 para um segundo isolador óptico 135 e, posteriormente, para uma saída de sinal 140.

[0030] Na modalidade da Figura 1A, a BiDF 115 compreende um núcleo Dopado com Bi de vidro de fosfosilicato com uma concentração de Bi inferior a aproximadamente 0,01 por cento molar (<0,0l% mol). Como é conhecido na técnica, processos de fabricação, como deposição de vapor químico modificado (MCVD) ou usando um tubo de vidro para formar um revestimento de uma pré-forma enquanto os componentes do núcleo (por exemplo, compostos de Silício (Si), Fósforo (P) e Bi) são depositados a partir de uma fase gasosa.

[0031] Outros processos de fabricação, conhecidos na técnica, podem produzir a BiDF 115.

[0032] Quando fabricado, a BiDF 115 tem um diâmetro de núcleo de aproximadamente sete micrômetros (~ 7 µm), uma diferença de índice de aproximadamente 6e-3 (-0,006) entre o núcleo e o revestimento e um comprimento de onda de corte de ~1100 nm. O diâmetro do núcleo de ~ 7 µm permite uma boa combinação de emenda com outras fibras ópticas à base de sílica. Na medida em que pessoas com conhecimento comum na técnica entendem MCVD e outros processos de fabricação de BiDF, uma discussão adicional dos processos de fabricação de fibra óptica é omitida neste documento.

[0033] O sistema, conforme mostrado especificamente na Figura 1A compreende um BiDF 115 que tem aproximadamente oitenta metros (~ 80m) de comprimento que é contra-bombeado por uma ou mais fontes de bomba 125 com um comprimento de onda central (λ3) que está entre ~1155 nm e ~1255 nm. Especificamente, a modalidade da Figura 1A usa uma (1) bomba selecionando cinco (5) comprimentos de onda centrais diferentes de ~ 1155 nm, ~ 1175 nm, ~ 1195 nm, ~ 1215 nm e ~ 1235 nm. Além disso, para a modalidade da Figura 1A, a entrada de sinal 105 compreende um laser de retroalimentação distribuído (DFB) operando a ~1310nm e ganho de fibra (G), potência de saída saturada, e eficiência de conversão de potência (PCE), todos mostrados na Figura 1C, foram medidos a partir de uma crista$ de oito canais de uma saída de um transceptor ASE-LR8 de 400 GB com uma faixa de comprimento de onda de ~ 1272 nm a -1310 nm.

[0034] As fibras de transmissão e a BiDF 115 são emendadas com padrão de unificação e programas de emendas automáticos, que são conhecidos pelas pessoas versadas na técnica. Embora seja mostrado na Figura 1A que uma (1) de cinco (5) fontes de bomba 125 podem ser utilizadas, modalidades adicionais podem permitir que qualquer número de fontes de bomba seja usado em qualquer combinação. Tais modalidades podem ser usadas para ampliar a largura de banda de ganho.

[0035] Figura 1B mostra espectros de emissões espontâneas amplificadas (ASE) para todos os cinco (5) comprimentos de onda da bomba em aproximadamente 275 miliwatts (~ 275mW) de potência da bomba. Conforme mostrado na Figura 1B, há uma mudança de ~ 0,5 nm no pico de intensidade de ASE por bomba de ~ 1 nm. Além disso, os espectros de ASE exibem uma curva em forma de sino com largura de banda de 3dB de ~ 60nm e largura de banda de 6dB de ~ 85nm.

[0036] A uma potência de entrada de aproximadamente -2 decibéis-miliwatts (-2dBm), a dependência do comprimento de onda da bomba (λ3) de G, potência, e PCE são mostradas na Figura 1C. Especificamente, para a modalidade da Figura 1A, o sistema amplificador produz G de ~ 15dB a ~ 18dB, potência de ~ 20dBm, e um PCE de ~23% a ~27% para λ3 de ~1195nm a ~ 1235nm. Para λ3 mais curto (na potência da bomba de ~ 400mW), todos os parâmetros diminuem drasticamente. Deve ser apreciado que uma faixa de sinal de entrada de ~ 1272 nm a ~ 1380 nm é coberta pelo uso de um transceptor LR-8 em combinação com três (3) lasers Fabry-Perot. Os espectros de entrada (potência do sinal total de aproximadamente -6dBm) para a potência da bomba de 400mW e os espectros de saída a ~1195nm e ~ 1235nm são mostrados na Figura 1D e Figura 1E, respectivamente. O pico de ganho coincide com o comprimento de onda do pico ASE e as larguras de banda de ganho de 6dB são de pelo menos ~ 80nm na faixa de λ3 de ~1195nm a ~ 1235nm. Com base nas Figuras 1B a 1E, o sistema de amplificador óptico da Figura 1A exibe um ganho de pelo menos ~ 16 dB para um comprimento de fibra de ganho de ~ 80 m. Para o mesmo comprimento, o sistema exibe um PCE de pelo menos ~20% e uma potência de saída de pelo menos ~ 16 dBm.

[0037] Para outra modalidade, o segundo isolador óptico 135 é removido (para simplificar o projeto e melhorar o desempenho) e o acoplador 3dB 120 é substituído por um multiplexador de divisão de comprimento de onda de fibra fundida (WDM) transmitindo luz ao longo de uma faixa de comprimento de onda cobrindo tanto o sinal quanto a bomba (na qual induziu uma perda que pode ser de até ~ 4dB). O ganho para canais de comprimento de onda curto é aumentado para λ3 de ~1195nm. Para a modalidade WDM, um gráfico de G e figura de ruído (NF) para a potência da bomba de ~ 500mW é mostrado na Figura 2A, enquanto um gráfico de G e NF em ~ 750mW de potência da bomba é mostrado na Figura 2B. Como mostrado nas Figuras 2A e 2B, ao longo de uma faixa de comprimento de onda entre ~ 1272nm e ~1310nm, o sistema amplificador tem um G máximo de ~ 18dB com nivelamento de ganho de ~ 2dB e NF típico de ~ 5dB, com ~ 5,5dB sendo o NF mais alto a ~ 1272nm.

[0038] O desempenho da BiDFA é testado com um transceptor ASE-LR8 de 400 GB e um testador ONT-604. O testador gera linhas de dados com chaveamento ligado-desligado (OOK) de sequência binária pseudoaleatória (PRBS) de 16 x 26,6 gigabits por segundo (Gb/s) 231-l no lado do transmissor, enquanto detecta taxas de erro de bit individual (BER) para cada uma das 16 linhas do lado do receptor. O transceptor ASE-LR8 de 400 GB combina as 16 linhas de dados OOK em 8 canais PAM-4 modulados por amplitude de pulso de 26,6 Gbaud/s e os transmite usando um conjunto de oito (8) lasers modulados diretamente. No lado do receptor, oito (8) canais WDM são demultiplexados (usando uma largura de filtro maior que ~ 4 nm), detectados e convertidos em 16 linhas de sinal digital. O sinal do transceptor (em ~ 1,17dBm) é lançado em ~ 40km a ~ 55km de fibra óptica ou um atenuador óptico variável (VOA) e amplificado pela BiDFA. Para controlar a potência recebida, outro VOA é colocado entre a BiDFA e a fibra de transmissão (compatível com G.652, o que significa um comprimento de onda central de transmissão de ~1312nm e uma perda de ~ 0,33dB a ~ 1310nm).

[0039] A Figura 3A mostra o espectro óptico após a transmissão (fibra G.652 e BiDFA). Especificamente, a Figura 3A mostra uma saída de transmissor, a entrada BiDF após ~ 40km, e a saída BiDFA. Na Figura 3A, uma mudança de comprimento de onda é adicionada para aumentar a visibilidade. O sistema exibe uma perda média de fibra de ~

14.6dB (incluindo conectores), enquanto os canais de comprimento de onda curto sofrem uma perda de até ~ 2dB maior em comparação com os canais de comprimento de onda longo. Para fins práticos, a potência da bomba é restrita a ~ 500mW.

[0040] Com esses parâmetros, a taxa média de erro de bit (BER) como uma função da potência de sinal para uma fibra de transmissão de ~ 40km e 14,6dB VOA são comparados ao desempenho em sucessão na Figura 3B. A penalidade de potência em 1e-5 BER é menor que ~ 2dB para VOA e fibra de transmissão, enquanto BER de longo prazo (por mais de ~ 8 horas) é 5e-6 para transmissão amplificada em uma distância de ~ 40km.

[0041] A Figura 3C é uma tabela que mostra BER para diferentes canais de comprimento de onda no sistema BiDFA da Figura 3A. Conforme mostrado na Figura 3C, os canais de comprimento de onda curto têm BER mais alto e o BER do canal diminui com o comprimento de onda. Essa dependência do comprimento de onda é atribuível à maior dispersão acumulada em canais de comprimento de onda curto (em comparação com canais de comprimento de onda longo), além de potência recebida de ~ 3dB inferior e razão sinal-para-ruído (OSNR) ótica de ~ 2dB inferior.

[0042] A inserção de um VOA entre a fibra G.652 e a BiDFA,

mantendo a potência recebida em ~ 6dBm, e mantendo uma diferença de ~ 3dB entre o melhor e o pior canal permite a investigação da degradação de BER de OSNR, que é degradada porque o amplificador produz ruído ASE, e, também, permite uma estimativa da margem de perda do enlace. Isto é mostrado na Figura 3D. Para a potência do transmissor de ~ 11.7dBm e uma extensão de fibra de ~ 40km com perda de ~ 14.6dB, uma perda de até ~ 1.8dB pode ser adicionada antes que um BER de 1e-5 seja alcançado. Conforme mostrado na Figura 3E, também é possível medir BER em todas as linhas para distâncias de até ~ 55km. Entretanto, com o aumento das distâncias, o piso de erro aumenta gradualmente para ~ 1,3e-4.

[0043] A Figura 4A é um gráfico que mostra os espectros ópticos de outra modalidade de um sistema BiDFA no qual o sinal é pré-amplificado com outra BiDFA (Amp I), além da pós-amplificação do receptor (Amp II). Os espectros exibidos representam a saída do transmissor, a entrada BiDF e a saída BiDFA. Especificamente, o sistema tinha uma potência de saída total de ~ 20,8dBm (λ3 de ~ 1215nm e potência da bomba de 750mW). Embora os canais 1 a 4 continuaram a transmitir, apenas os dados BER dos canais 8 a 15 são mostrados na Figura 4C. BER para fibras G.652 com comprimentos de transmissão de ~ 70km, ~ 81.5km e ~ 85km são mostrados na Figura 4B. Como visto nas Figuras 4A, 4B e 4C, e especificamente pelo piso de erro de longo prazo de 3e-5 no comprimento de transmissão de ~ 81.5 km, canais de comprimento de onda curto limitam a distância de transmissão. Além disso, para algumas modalidades, o sistema de amplificador exibe um efeito branqueador em que o sinal do amplificador PCE aumenta com a potência do sinal de entrada.

[0044] Para algumas modalidades, os estágios de amplificação para a BiDFA podem ser colocados em cascata. Uma dessas modalidades é mostrada na Figura 5. Especificamente, a modalidade da Figura 5 compreende um primeiro estágio de amplificação 510 e um segundo estágio de amplificação 550, que são opticamente acoplados juntos por uma fibra de conexão 555. Deve ser apreciado que estágios de amplificação adicionais podem ser colocados em cascata conforme necessário. Conforme mostrado na Figura 5, o primeiro estágio 510 compreende uma entrada de sinal 515, uma primeira fonte de bomba 520 e um primeiro WDM 525 que combina o sinal com a bomba em uma configuração (ou esquema) de co-bombeamento. O primeiro estágio 510 compreende ainda um primeira BiDF 530 que é opticamente acoplada a uma saída do primeiro WDM 525. O primeiro estágio 510 compreende ainda uma segunda fonte de bomba 540 e um segundo WDM 535 que acopla opticamente a luz de bomba da segunda fonte de bomba 540 para a primeira BiDF 530 em uma configuração (ou esquema) de contra-bombeamento.

[0045] O segundo estágio 550 compreende uma entrada de sinal 515, uma terceira fonte de bomba 560 e um terceiro WDM 565 que combina o sinal com a bomba em uma configuração (ou esquema) de co-bombeamento. O segundo estágio 550 compreende ainda um segunda BiDF 570 que é opticamente acoplada a uma saída do terceiro WDM 565. O segundo estágio 550 compreende ainda uma quarta fonte de bomba 580 e um quarto WDM 575 que acopla opticamente a luz de bomba da quarta fonte de bomba 580 para a segunda BiDF 570 em uma configuração (ou esquema) de contra-bombeamento. O quarto WDM 575 é opticamente acoplado a uma saída de sinal 585.

[0046] Também deve ser apreciado que para algumas modalidades o branqueamento para o primeiro estágio de amplificação 510 é diferente do branqueamento para o segundo estágio de amplificação 550, enquanto para outras modalidades o branqueamento para os dois estágios 510, 550 são iguais. A diferença no branqueamento é conseguida, por exemplo, alterando as concentrações de Bi na fibra de ganho. Consequentemente, certos parâmetros do sistema em cascata geral (por exemplo, ganho geral do sistema, potência de saída, etc.) são melhorados melhorando certos parâmetros (por exemplo, ganho, nível de branqueamento, etc.) em cada estágio de amplificação 510, 550. Além disso, deve ser apreciado que algumas das bombas são redundantes e, assim, podem ser omitidas (por exemplo, um esquema apenas de co- bombeamento pode ser usado, um esquema apenas de contra- bombeamento pode ser usado ou uma combinação de ambos os esquemas de co-bombeamento e contra-bombeamento (como mostrado na Figura 5) podem ser usados, etc.). Além disso, cada estágio adicional é configurável com um ou mais tipos diferentes de fibras de ganho (por exemplo, dopada com Bi, dopada com Er, etc.). Além disso, cada bomba é configurável para um único comprimento de onda da bomba ou para vários comprimentos de onda da bomba, conforme necessário. Além disso, cada fonte de bomba pode operar no mesmo comprimento de onda que outras fontes de bomba ou em comprimentos de onda diferentes de outras fontes de bomba.

[0047] Voltando agora para a Figura 6, ainda outra modalidade de um sistema BiDFA é mostrada. Especificamente, a modalidade da Figura 6 mostra um sistema BiDFA compreendendo uma fonte de sinal 610 operando em um comprimento de onda central de S, uma fonte de bomba 620 e uma fonte de luz 630 operando em um comprimento de onda central de λA. A fonte de bomba 620 pode ser uma fonte de comprimento de onda de bomba única com um comprimento de onda central de λ3 ou um agregado de mais de uma fonte de bomba. Em alternativa, uma fonte de bomba adicional com um comprimento de onda central de λ4 pode ser adicionada à configuração da Figura 6.

[0048] Para algumas modalidades, vários comprimentos de onda de bomba podem ser multiplexados juntos para exibir muitos comprimentos de onda centrais diferentes (λ3), cada um correspondendo à sua respectiva fonte de bomba. Em algumas modalidades, λ3 (ou λ4, dependendo da configuração) está entre ~ 1155nm e ~ 1255nm. Especificamente, para algumas modalidades, λ3 (ou λ4, dependendo da configuração) inclui comprimentos de onda de ~ 1155nm, ~ 1175nm, ~ 1195nm, ~1215nm e ~ 1235nm. Para várias fontes de bomba, um VOA equilibra a potência de saída de λ3 (ou λ4).

[0049] A fonte de sinal 610, a fonte de bomba 620 e a fonte de luz 630 são opticamente acopladas a um BiDF 670. O BiDF 670 possui uma banda de ganho e uma banda auxiliar. A banda de ganho tem um comprimento de onda central de λ1. Para algumas modalidades, λ1 está entre ~ 1305nm e ~ 1325nm. A banda auxiliar tem um comprimento de onda central de λ2 e uma fonte de luz na banda auxiliar tem um comprimento de onda λA. Para algumas modalidades, λA é ~ 1405 nm. A banda de ganho tem uma largura de banda de ganho de 6dB que é de pelo menos ~ 60nm. Para algumas modalidades, a largura de banda de ganho de 6dB e o comprimento de onda central λ1 é dependente de λ3. De preferência, a BiDF 670 é substancialmente livre de Er. O sistema da Figura 6 compreende ainda um analisador de sinal óptico opcional (OSA) 690 ou outra saída de sinal. De acordo com algumas modalidades, λA pode estar dentro de uma faixa de ~ 1360nm a ~ 1500nm (λ2b), ou alternativamente, uma faixa de ~ 1240nm a ~ 1280nm (λ2a).

[0050] A fonte de luz adicional 630 melhora a eficiência do amplificador diminuindo a perda de sinal em λS (ou aumentando o ganho de sinal em λS). Especificamente, Bi é conhecido por ter uma banda de excitação e emissão na faixa de ~ 1200nm (λ2a), faixa de ~ 1300nm (banda O) e faixa de ~ 1400nm (λ2b). Ao adicionar potência óptica em λ2 acima de determinado nível de potência, a excitação do sinal pode ser aumentada devido à redução no branqueamento. Assim, excitar λA (em λ2a ou λ2b) resulta em um ganho de sinal aumentado na banda de ganho (por exemplo, ~ 1260nm a ~ 1360nm) em algum lugar entre ~ 6dB e ~ 10dB. Isso ocorre porque o ganho e a eficiência são sensíveis à competição entre uma população de íons do estado fundamental e uma população de íons do estado excitado. Em particular, níveis de inversão mais altos são necessários para ganhos maiores. No entanto, em baixa potência de sinal de entrada (por exemplo, menos de aproximadamente -10dBm), a emissão em comprimentos de onda fora da banda (por exemplo, λA de ~ 1200nm na faixa λ2a ou λA de ~ 1400nm na faixa 2b) pode desviar a potência e reduzir níveis de inversão. Este efeito de desvio pode ser compensado até certo ponto pela introdução de luz fora de banda em λ2. As localizações relativas de λS, λ2a, λ2b e λ3 são resumidas como segue: λS está localizado dentro da banda O (em ~ 1260 nm a -1360 nm); λ3 está localizado abaixo de ~ 1240 nm

(normalmente entre -1195 nm a -1240 nm); λ2a está localizado abaixo da banda O; e λ2b está localizado acima da banda O.

[0051] A título de exemplo, para λA de ~ 1405nm e λS de ~ 1320nm, se um sinal λA de nível de potência inferior (por exemplo, ~ 4dBm) é introduzido para um pequeno sinal λS (por exemplo, aproximadamente -10dBm) na presença de um sinal de bomba maior (por exemplo, maior do que ~ 20dBm) em λ3, então uma excitação em λA aumenta a eficiência da amplificação, portanto, ganho de ~ 6dB a ~ 10dB em λ1. Um exemplo disso é mostrado na Figura 7. Em particular, a Figura 7 é um gráfico que compara a perda de sinal λ1 em um BiDF de ~ 100m. Especificamente, a perda de sinal é comparada com e sem a fonte de luz 630. Conforme mostrado na Figura 7, a adição de ~ 4,1dBm em λA de ~ 1405nm reduz a atenuação (perda) na BiDF 670 de ~ 19dB/100m para ~ 15,3dB/100m, o que é uma redução de ~ 3,7dB na perda de sinal, que por sua vez se traduz em um aumento em ganho de sinal fraco de ~ 6dB a ~ 10dB se estendido para duas polarizações. Assim, para comunicações em que o sinal de transporte de dados na banda O está na faixa de aproximadamente ~30dBm a aproximadamente + 3dBm, a adição de uma fonte de luz adicional 630 em uma banda de excitação vizinha (λ2) aumenta a eficiência do amplificador. É notado que a fonte de luz 630 pode ser um laser ou uma fonte de banda larga.

[0052] Outra abordagem para melhorar a eficiência do amplificador, especialmente para sinais pequenos (por exemplo, menos de -10dBm), é modificar as propriedades do guia de ondas do núcleo da BiDF. Como observado acima, a inversão depende em certo grau da competição entre o estado excitado e o estado fundamental. Assim, uma abordagem para aumentar os níveis de inversão é aumentar a intensidade da luz da bomba (λ3).

[0053] A intensidade da luz da bomba (em λ3) pode ser aumentada reduzindo a área de campo modal (MFA) do guia de ondas. O MFA do guia de ondas pode ser reduzido aumentando o índice do núcleo (por exemplo, aumentando a concentração de co-dopantes não produtores de ganho no núcleo) e reduzindo o diâmetro do núcleo. De preferência, os co-dopantes não produtores de ganho, tais como Lantânio (La) ou Lutécio (Lu), não alteram as propriedades de ganho de Bi do vidro de sílica dopado com P desejado. Alternativamente, o MFA do guia de ondas pode ser reduzido diminuindo o índice de revestimento, o que pode ser feito com dopagem com Flúor (F). Independentemente do processo pelo qual o MFA é reduzido, uma redução no MFA para BiDF produz uma melhoria correspondente na eficiência da BiDFA. Também deve ser observado que um núcleo P-Bi-SiCh produz um ganho desejável em ~ 1300nm, mas co-dopantes de Germânio (Ge) ou Alumínio (Al) (por exemplo, em um núcleo Ge-Bi-SiCh ou Al-Bi -SiCh core) não produzem ganhos comparáveis desejáveis.

[0054] Embora modalidades exemplares tenham sido mostradas e descritas, será claro para aqueles com conhecimento comum na técnica que uma série de mudanças, modificações ou alterações na divulgação, conforme descrito, podem ser feitas. Por exemplo, embora a maioria dos valores sejam fornecidos como valores aproximados (usando "~"), esses valores aproximados também incluem o valor numérico preciso e, portanto, a aproximação reflete uma margem de erro para o algarismo significativo mais próximo. Todas essas mudanças, modificações e alterações devem, portanto, ser vistas como dentro do escopo da divulgação.

Claims

REIVINDICAÇÕES EMENDADAS

1. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fibra óptica dopada com bismuto (Bi) compreendendo: uma banda de ganho que compreende: um primeiro comprimento de onda central (λ1); e uma largura de banda de ganho de primeiros 6 decibéis (6dB); e uma banda auxiliar que compreende um segundo comprimento de onda central (λ2); uma fonte de sinal opticamente acoplada à fibra óptica Dopada com Bi, a fonte de sinal para fornecer um sinal óptico dentro da banda de ganho para a fibra óptica Dopada com Bi; uma fonte de luz opticamente acoplada à fibra óptica Dopada com Bi, a fonte de luz para introduzir luz em λ2 para a fibra óptica Dopada com Bi; e uma fonte de bomba opticamente acoplada à fibra óptica Dopada com Bi, a fonte de bomba para fornecer luz de bomba em um comprimento de onda de bomba (λ3) para a fibra óptica Dopada com Bi.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fibra óptica Dopada com Bi é substancialmente livre de Érbio (Er).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que λ3 <λ2 e λ2 ≠ λ1.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que λ1 está entre aproximadamente 1305 nanômetros (~ 1305 nm) e ~ 1325 nm.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato de que a banda de ganho tem uma largura de banda de ganho de seis primeiros decibéis (6dB) que é maior do que aproximadamente sessenta nanômetros (~ 60nm).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que λ1 é dependente de λ3.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que λ2 é selecionado a partir do grupo que consiste em: um comprimento de onda entre λ1 e λ3; um comprimento de onda acima de λ1; e aproximadamente 1405 nanômetros (~ 1405 nm).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de bomba fornece ainda luz de bomba em um comprimento de onda adicional (λ4), em que λ4 é um selecionado do grupo que consiste em: ~ 1155 nm; ~ 1175 nm; ~ 1195 nm; ~ 1215 nm; e ~ 1235 nm.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que λ4 <λ3.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de bomba fornece luz de bomba usando uma configuração de bombeamento selecionada a partir do grupo que consiste em: uma configuração de co-bombeamento; uma configuração de contra-bombeamento; e uma combinação de uma configuração de co-bombeamento e uma configuração de contra-bombeamento.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento de onda operacional do sistema é um selecionado do grupo que consiste em: um comprimento de onda operacional entre aproximadamente 1260 nanômetros (~ 1260 nm) e ~ 1360 nm; e um comprimento de onda operacional entre ~ 1272nm e ~ 1310nm.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema tem um ganho de pelo menos aproximadamente dezesseis decibéis (~ 16dB) ao longo de uma distância de aproximadamente 100 metros (~ 100m).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema tem uma eficiência de conversão de energia (PCE) de pelo menos aproximadamente vinte por cento (~ 20%) ao longo de uma distância de aproximadamente 100 metros (~ 100m).

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema tem uma figura de ruído de aproximadamente 5,5 decibéis (~ 5,5 dB).

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema tem uma potência de saída de pelo menos aproximadamente dezesseis decibéis- miliwatts (~ 16dBm) ao longo de uma distância de aproximadamente 100 metros (~ 100m).