DE10040446A1 - Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung - Google Patents

Abstract

Die kaskadierbare optische Verstärkeranordnung weist eine modular und in Einmodentechnik aufgebaute Basisverstärkeranordnung (BVA) mit mindestens einer Verstärkerstufe (VS1 bis VS4) auf, an dessen mindestens eine Verstärkerstufe (VS4) erfindungsgemäß mindestens eine Hochleistungsverstärkerstufe (HSV1) mit einer eigenen aktiven Faser (AF) und mit mindestens einer Pumpsignalquelle (PSQ1, PSQ2) angeschaltet ist. Hierdurch wird eine schrittweise Erhöhung der Ausgangsleistung einer bereits bestehenden Basisverstärkeranordnung (BVA) mit einem vertretbaren technischen Aufwand realisierbar.

Description

Das rasante Wachstum des Datenverkehrs, insbesondere in der Weitverkehrstechnik, erfordert eine Erhöhung der Übertra­ gungskapazität von derzeitigen und zukünftigen Übertragungs­ systemen. Hierzu werden optische Übertragungssysteme in Wel­ lenlängen-Multiplexbetrieb (WDM) betrieben, bei denen opti­ sche WDM-Signale in einzelnen Kanälen bzw. WDM-Kanälen über­ tragen werden. Diese Technologie stellt derzeit die bevorzug­ te Lösung zur Umsetzung der geforderten Übertragungskapazi­ tätszuwächse dar.

Für eine fehlerfreie Übertragung von WDM-Signalen sind in der Empfangseinheit des optischen Übertragungssystems einen kon­ stanten Wert aufweisende Kanalpegel bzw. WDM-Kanalpegel er­ forderlich, wodurch mit zunehmender WDM-Kanalzahl, insbeson­ dere bei einer Übertragung von mehreren WDM-Signalen, die in der optischen Faser zu übertragende Summenleistung zunimmt. Ein Anstieg der Summenleistung in der optischen Faser erfor­ dert jedoch optische Verstärkeranordnungen mit höheren Aus­ gangsleistungen. Neben der hohen Ausgangsleistung ist es ins­ besondere für optische Verstärkeranordnung erforderlich, ein flaches Gewinnspektrum über einen weiten Wellenlängenbereich aufzuweisen. Insbesonde erfordern Inline- Verstärkeranordnungen eine rauscharme Realisierung der gefor­ derten Verstärkungsleistung sowie eine Kompensation der dyna­ mischen Gewinnverkippung, mit deren Hilfe eine Kompensation von unterschiedlichen Streckendämpfungen realisierbar ist.

Des Weiteren ist es erforderlich, daß derartige optische In­ line-Verstärkeranordnungen einen Zwischenabgriff zum Einfügen von Dispersionskompensationseinheiten oder optischen Filtern für das Abzweigen bzw. Einfügen von optischen WDM-Signalen bzw. WDM-Kanälen aufweisen.

Zur Realisierung derartiger optischer Verstärker bzw. Ver­ stärkeranordnungen mit hohen Ausgangsleistungen sind bisher im wesentlichen drei Ansätze bekannt bzw. wurden vorgeschla­ gen. Einer der Ansätze basiert auf der konventionellen Einmo­ dentechnik. Die erforderlichen hohen Pumpleistungen des opti­ schen Verstärkers werden durch das Zusammenkoppeln des Aus­ gangssignals mehrerer Pumplaserdioden mit Monomoden- Faserausgängen bereitgestellt, wobei die Pumpwellenlängen im Wellenlängenbereich um 1480 nm liegen. Als Koppelelemente dienen hierbei Polarisationskoppler und Bandweichen bzw. wel­ lenlängenselektive Multiplexer. Die derartig erzeugte Pump­ leistung wird über einen wellenlängenselektiven Multiplexer in die aktive Faser, beispielsweise eine Erbium dotierte op­ tische Faser, eingekoppelt - siehe hierzu Y. Tasiro et. al. "1.5 W Erbium Doped Fiber Amplifier Pumped by the Wave Length Devision-Multiplexed 1480 nm Laser Diodes with Fiber Bragg Grating", Technical Digest of the Conference on Optical Amplifiers and their Applications (1998), WC2-1, Seiten 213 bis 215.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, die hohe Pumpleistung mit Hilfe eines Raman-Pumplasers zu erzeugen - siehe hierzu G. R. Jacobotic-Weselka et. al.: "A 5.5-W. Single-Stage-Single Pumped Erbium-Doped Fiber Amplifier at 1550 nm", Technical Digest of the Conference on Optical Amplifiers and their Ap­ plications (1997), PD3, Seiten 1-4. Hierbei dienen als primä­ re Strahlungsquellen einzelne Halbleiterlaserdioden bzw. Dio­ denzeilen im Wellenlängenfenster um 900 nm mit deren Hilfe kostengünstig hohe Ausgangsleistungen erzeugt werden können. Deren Ausgangssignal wird nicht in eine Monomodenfaser einge­ koppelt, sondern per Freistrahl oder über eine Multimodenfa­ ser in den inneren Mantel einer speziellen aktiven optischen Faser mit doppeltem Mantel eingespeist. Der innere Mantel führt die Pumpstrahlung mehrmodig und ermöglicht somit eine einfache und effiziente Einkopplung der Pumpstrahlung. Der Kern der aktiven optischen Faser ist mit Dotierionen dotiert.

Diese absorbieren die Pumpstrahlung und emittieren bei länge­ ren Wellenlängen, typischerweise um 1060 bzw. 1100 nm, wo­ durch optische Signale in diesem Wellenlängenbereich eine Verstärkung erfahren. Hierbei werden mit Hilfe eines Resona­ tors Laseroszillationen bei den Emissionswellenlängen er­ zeugt. Da die aktive Faser die Emissionsstrahlung einmodig führt, läßt sich diese in Monomodenfasertechnik weiterverar­ beiten. Zur Umwandlung der Pumpstrahlung in den zum Pumpen der optischen Verstärkeranordnung erforderlichen Wellenlän­ genbereiche dienen Raman-Kaskadenlaser.

Die beschriebene Mehrmodentechnik kann zum direkten Pumpen der aktiven optischen Faser eines optischen Verstärkers ein­ gesetzt werden. Bei einer derartigen Realisierungsform weist die aktive Faser des optischen Verstärkers selbst einen inne­ ren Mantel auf, der die Pumpstrahlung mehrmodig führt und ei­ ne einfache Einkoppplung der Pumpstrahlung ermöglicht. Neben den für den Verstärkungsprozess erforderlichen Dotierionen befinden sich im Kern weitere Ionen. Deren Aufgabe ist es, die Pumpstrahlung zu absorbieren und sie durch nicht strah­ lende Transferprozesse an die Verstärkerionen weiterzugeben.

Den beschriebenen Realisierungsformen von optischen Verstär­ kern hoher Ausgangsleistung ist gemein, daß diese bisher im wesentlichen für den Aufbau kompletter Boosterverstärker ge­ eignet sind. Derartige Boosterverstärker weisen Summenein­ gangsleistungen um 0 dBm und Summenausgangsleistung von ca. 27 dBm bis über 33 dBm auf.

Des Weiteren ist ein Verfahren bzw. eine Verstärkeranordnung zur schrittweisen Aufrüstung der Ausgangsleistung von opti­ schen Verstärkern bekannt, bei dem eine in konventioneller Einmodentechnik realisierte und nicht bestückte Pumpeingänge aufweisende Verstärkeranordnung und zusätzliche externe Pump­ quellen vorgesehen sind. Bei diesem Ansatz weist die schritt­ weise aufrüstbare optische Verstärkeranordnung intern alle für den Normalbetrieb erforderlichen Komponenten, d. h. eine lange aktive Faser, Pump-WDM-Koppler etc., auf, wobei jedoch für die Erhöhung der Ausgangsleistung der Verstärkeranordnung weitere externe Pumplaser bzw. -quellen an die bestehenden Pumpeingänge angeschlossen werden können. Bei geringen Kanal­ zahlen bzw. wenigen zu übertragenden WDM-Signalen wird durch die optische Verstärkeranordnung die geforderte Ausgangsleis­ tung ohne das Zuschalten von zusätzlichen externen Pumpquel­ len erzeugt. Eine beispielsweise bei einer Verdopplung der WDM-Kanalzahl erforderliche Steigerung der Ausgangsleistung der optischen Verstärkeranordnung wird durch die Einkopplung extern erzeugter Pumpstrahlung bzw. Pumpsignale über die Pumpeingänge bzw. über die nach außen geführten Eingangsarme der intern bereits vorhandenen Pump-WDM-Koppler in die aktive Faser möglich.

Bei der erstmaligen Inbetriebnahme von optischen Übertra­ gungssystemen bzw. optischen Übertragungsstrecken wird übli­ cherweise nicht die volle Kanalzahl bzw. WDM-Kanalzahl ausge­ schöpft, d. h. zunächst werden nur wenige optische WDM-Signale bzw. WDM-Kanäle über die optische Übertragungsstrecke über­ tragen. Daher sollten optische Verstärkeranordnungen hin­ sichtlich ihrer Ausgangsleistung modular aufrüstbar sein und somit eine schrittweise Erhöhung der optischen WDM-Kanalzahl ermöglichen. Ist die Kanalzahl bzw. die Anzahl der optischen WDM-Signale beim erstmaligen Betrieb der optischen Übertra­ gungsstrecke noch gering, so können kostengünstige optische Verstärkeranordnungen eingesetzt werden. Bei einer steigenden Übertragungskapazitätsanforderung, d. h. einer steigenden WDM- Kanalzahl, ist es erforderlich, daß die optische Verstärker­ anordnung kostengüngstig stufenweise hochrüstbar ist, um die jeweiligen für die höhere Kanalzahl erforderlichen Ausgangs­ leistungen zu liefern.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kaskadierbare optische Verstärkeranordnung anzugeben, die eine schrittweise Steige­ rung der Ausgangsleistung einer modular und in Einmodentech­ nik aufgebauten Basisverstärkeranordnung ermöglicht. Die Aufgabe wird ausgehend von einer kaskadierten optischen Verstär­ keranordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 ge­ löst.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen kaskadierbaren optischen Verstärkeranordnung ist darin zu sehen, daß an eine modular und in Einmodentechnik aufgebaute Basisverstärkeran­ ordnung, die mindestens eine Verstärkerstufe aufweist, eine an die mindestens eine Verstärkerstufe der Basisverstärkeran­ ordnung anschaltbare vorgesehen ist, welche eine eigene akti­ ve Faser und mindestens eine Pumpsignalquelle aufweist. Die erfindungsgemäße kaskadierbare optische Verstärkeranordnung zur Leistungsaufrüstung durch zumindest eine zusätzliche Hochleistungsverstärkerstufe weist gegenüber dem bekannten Konzepten mit externen Pumpquellen insbesondere den Vorteil auf, daß eine Aufrüstung in mehreren Stufen durchgeführt wer­ den kann und somit die jeweils verfügbare und am kostengüns­ tigsten realisierbare Verstärkertechnologie zur Realisierung einer weiteren Hochleistungsverstärkerstufe eingesetzt werden kann. Hierdurch werden Technologien für hohe Ausgangsleistung nutzbar, die bei der Inbetriebnahme des Basisverstärkers noch nicht zur Verfügung standen. Die Basisverstärkeranordnung weist die für die beim Aufbau der optischen Übertragungsstre­ cke erforderliche Ausgangsleistung und die zur Realisierung hierfür erforderlichen Verstärkerkomponenten auf, wodurch ei­ ne sehr kostengünstige technische Realisierung der Basisver­ stärkeranordnung ermöglicht wird, d. h. ein Netzkunde muß erst bei einer späteren Aufrüstung durch die erfindungsgemäßen Hochleistungsverstärkerstufen für die zusätzliche Ausgangs­ leistung der kaskadierbaren optischen Verstärkeranordnung be­ zahlen.

Desweiteren ermöglicht die erfindungsgemäße kaskadierbare op­ tische Verstärkeranordnung die Nachrüstung von optischen Ü­ bertragungssystemen, die ursprünglich nicht für eine Aufrüs­ tung hinsichtlich der optischen Ausgangsleistung vorgesehen waren bwz. deren optische Verstärker keine Vorkehrungen zur Steigerung der Ausgangsleistung aufweisen.

Vorteilhaft ist mindestens eine weitere Hochleistungsverstär­ kerstufe an die an den Basisverstärkeranordnung angeschlosse­ ne Hochleistungsverstärkerstufe anschließbar - Anspruch 2. Durch die erfindungsgemäße Kaskadierung derartiger Hochleis­ tungsverstärkerstufen wird eine schrittweise Erhöhung der Ausgangsleistung der optischen Verstärkeranordnung möglich. Die nachgeschalteten Hochleistungsverstärkerstufen weisen ei­ nen vergleichsweise geringen Gewinn auf, woraus sich ein re­ lativ einfacher technischer Aufbau ergibt. Der Einsatz von optischen Isolatoren in den jeweiligen Hochleistungsverstär­ kerstufen ist aufgrund des genannten geringen Gewinns nur in Ausnahmefällen erforderlich, insbesondere falls die vorhande­ ne Basisverstärkeranordnung bereits an ihrem Ausgang über ei­ nen optischen Isolator verfügt.

Des Weiteren weisen die Hochleistungsverstärkerstufen beson­ ders vorteilhaft jeweils eine eigene Verstärkungsregelung und/oder Leistungsregelung auf - Anspruch 3, die sowohl op­ toelektronisch als auch rein optisch realisiert sein kann - Anspruch 4. Mit Hilfe der Verstärkungsregelung und/oder Leis­ tungsregelung können die nachgeschalteten bzw. kaskadierten Hochleistungsverstärkerstufen an die Anforderungen des jewei­ ligen Einsatzortes innerhalb des optischen Übertragungsnetzes angepaßt werden.

Besonders vorteilhaft ist zur Einebnung des Gewinnspektrums des zu verstärkenden optischen Signals ein der aktiven Faser der Hochleistungsverstärkerstufen vorgeschaltetes Filter vor­ gesehen - Anspruch 6. Die zur Abflachung des Gewinnspektrums erforderlichen zusätzlichen optische Filtereinheiten können einfach und kostengünstig realisiert werden, da sie keinen speziellen technischen Anforderungen genügen müssen. Ein fla­ ches Gewinnspektrum der erfindungsgemäßen Hochleistungsstufe ist zusätzlich durch eine Optimierung der Verstärkereigenschaften bzw. der aktiven Faser der Hochleistungsverstärker­ stufen realisierbar.

Die Erfindung soll im folgenden anhand mehrerer Prinzip­ schaltbilder näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt beispielhaft den prinzipiellen Aufbau einer möglichen Basisverstärkeranordnung,

Fig. 2 zeigt eine mögliche Realisierungsform einer ersten Hochleistungsverstärkerstufe, und

Fig. 3 zeigt eine weitere Realisierungsform einer zweiten Hochleistungsverstärkerstufe.

In Fig. 1 ist beispielhaft eine in Einmodentechnik reali­ sierte Basisverstärkeranordnung BVA mit einer ersten rausch­ armen Verstärkerstufe VS1, einer zweiten Verstärkerstufe VS2, einer dritten Verstärkerstufe VS3 und einer vierten Verstär­ kerstufe VS4 dargestellt, wobei zur Kompensation der dynami­ schen Gewinnverkippung ein variabel einstellbares Dämpfungs­ glied VDG und zur Dispersionskompensation eine Dispersions­ kompensationseinheit DCF vorgesehen sind. Die Basisverstär­ keranordnung BVA weist einen Eingang I und einen Ausgang O auf, wobei der Eingang I zugleich der Eingang der ersten rauscharmen Verstärkerstufe VS1 ist. Die erste Verstärkerstu­ fe VS1 weist einen ersten optischen Isolator OI1, einen ers­ ten Einkoppelpunkt KP1, eine erste aktive Faser AF1 und einen zweiten optischen Isolator OI2 auf. Der erste optische Isola­ tor OI1 ist mit dem Eingang I der optischen Basisverstärker­ anordnung BVA verbunden und dessen Ausgang ist an den Eingang des ersten Einkoppelpunktes KP1 angeschlossen. An den Ausgang des ersten Einkoppelpunktes ist der Eingang der ersten akti­ ven Faser AF1, beispielsweise eine Erbium dotierte Faser, an­ geschlossen. An den Einkoppeleingang des ersten Einkoppel­ punktes KP1 ist die erste Pumpquelle PQ1 angeschlossen. Des Weiteren ist an den Ausgang der ersten aktiven Faser AF1 der zweite optische Isolator OI2 geführt. Im Anschluß an die ers­ te Verstärkerstufe VS1 ist das zur Kompensation der dynamischen Gewinnverkippung vorgesehene variabel einstellbare Dämpfungsglied VDG angeordnet. An das variable Dämpfungsglied VDG schließt sich die zweite Verstärkerstufe VS2 an.

Die zweite Verstärkerstufe VS2 weist ein erstes optisches Filter F1, eine zweite aktive Faser AF2, vorzugsweise mit ei­ ner Erbium-dotierten aktiven Faser, einen zweiten Einkoppel­ punkt KP2, eine zweite Pumpquelle PQ2 sowie einen dritten op­ tischen Isolator OI3 auf. Das erste Filter F1 ist im Anschluß an das variable Dämpfungsglied VDG angeordnet und dient zur Einebnung des Signalsspektrums des zu übertragenden optischen Signales OS. An den Ausgang des ersten optischen Filters F1 ist die zweite aktive Faser AF2 angeschlossen, an deren Aus­ gang wiederum der Eingang des zweiten Einkoppelpunktes KP2 geführt ist. Der Ausgang des zweiten Einkoppelpunktes KP2 ist mit dem Eingang des dritten optischen Isolators OI3 verbun­ den. Des Weiteren ist die zweite Pumpquelle PQ2 an den Ein­ koppeleingang des zweiten Einkoppelpunktes KP2 angeschlossen.

Zwischen die zweite Verstärkerstufe VS2 und die dritte Ver­ stärkerstufe VS3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise die Dispersionskompensationeinheit DCF einge­ schaltet, wobei auch zusätzliche Dispersionskompensationsein­ heiten DCF auch zwischen weiteren Verstärkerstufen VS1 bis VS4 möglich sind.

Die dritte Verstärkerstufe VS3 weist einen vierten optischen Isolator OI4, einen dritten Einkoppelpunkt KP3, eine dritte Pumpquelle PQ3, eine dritte aktive Faser AF3 und ein zweites optisches Filter F2 auf. In dem in Fig. 1 dargestellten op­ tischen Basisverstärker BVA ist die dritte Verstärkerstufe VS3 unmittelbar an die Dispersionskompensationseinheit DCF angeschaltet, wobei hier der vierte optische Isolator OI4 an den Ausgang der Dispersionskompensationseinheit DCF geführt ist. Der Ausgang des vierten optischen Isolators OI4 ist mit dem dritten Einkoppelpunkt KP3 verbunden. Der Ausgang des dritten Einkoppelpunktes KP3 ist mit dem Eingang der dritten aktiven Faser AF3 verbunden und der Einkoppeleingang des dritten Einkoppelpunktes KP3 ist an die dritte Pumpquelle PQ3 angeschlossen. Der Ausgang der dritten aktiven Faser AF3 ist an den Eingang des zweiten optischen Filters F2 geführt. An den Ausgang des zweiten optischen Filters F2 ist die vierte Verstärkerstufe VS4 angeschlossen, welche einen vierten Ein­ koppelpunkt KP4, eine vierte aktive Faser AF4 und einen fünf­ ten Einkoppelpunkt KP5 sowie einen fünften optischen Isolator OI5 und einevierte und fünfte Pumpquelle PQ41, PQ42 aufweist. Der Eingang des vierten Einkoppelpunktes KP4 ist mit dem Aus­ gang des zweiten optischen Filters F2 der dritten Verstärker­ stufe VS3 verbunden. An den Ausgang des vierten Einkoppel­ punktes KP4 ist der Eingang der vierten aktiven Faser AF4 an­ geschlossen, deren Ausgang an den Eingang des fünften Einkop­ pelpunktes KP5 geführt ist. Der Einkoppeleingang des vierten Einkoppelpunktes KP4 ist mit der vierten Pumpquelle PQ41 ver­ bunden. Des Weiteren ist der Einkoppeleingang des fünften Einkoppelpunktes KP5 mit der fünften Pumpquelle PQ42 verbun­ den. An den Ausgang des fünften Einkoppelpunktes KP5 ist der Eingang des fünften optischen Isolators OI5 angeschlossen, dessen Ausgang zum Ausgang O der optischen Basisverstärkeran­ ordnung BVA geführt ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Basisverstärkeranordnung BVA stellt eine von vielen möglichen Ausgestaltungen unterschied­ lichster Basisverstärkeranordnungen BVA dar, wobei insbeson­ dere Booster-, Vorverstärker sowie Inlineverstärker leicht unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen können, d. h. es können weitere Verstärkerstufen VS1 bis VS4 hinzukommen bzw. Verstärkerstufen weggelassen werden. Der in Fig. 1 darge­ stellte Basisverstärker BVA weist eine Ausgangsleistung in etwa von 20 dBm auf.

Das zu verstärkende optische Signal OS wird an den Eingang I der optischen Basisverstärkeranordnung BVA geführt und mit Hilfe der ersten Verstärkerstufe VS1 eine rauscharme Vorver­ stärkung durchgeführt. Hierbei wird durch die erste Pumpquelle PQ1 ein erstes Pumpsignal PS1 mit beispielsweise einer Wellenlänge von 980 nm erzeugt und dieses über den ersten Einkoppelpunkt KP1 in die erste aktive Faser AF1 eingekop­ pelt. Das optische Signal OS erfährt aufgrund des in der ers­ ten aktiven Faser AF1 eingekoppelten ersten optischen Pumpsignales PS1 eine optische Verstärkung und wird im Anschluß an die erste aktive Faser AF1 über den zweiten opti­ schen Isolator OI2 an das variabel einstellbare Dämpfungs­ glied VDG übertragen.

Mit Hilfe des variabel einstellbaren Dämpfungsgliedes VDG wird eine Kompensation der dynamischen Gewinnverkippung des optischen Signales OS durchgeführt und im Anschluß daran durch das in der zweiten Verstärkerstufe VS2 vorgesehene ers­ te optische Filter FS1 eine Einebnung des optischen Spektrums des optischen Signales OS1 realisiert. Die Übertragung des optischen Signales OS wird in einer Übertragungsrichtung OER durchgeführt. Die zweite Verstärkerstufe VS2 wird im Gegen­ satz zur erste Verstärkerstufe VS1 in einer Gegenübertra­ gungsrichtung GER gepumpt, d. h. das in der zweiten Pumpquelle PQ2 erzeugte zweite Pumpsignal PS2 wird über den zweiten Ein­ koppelpunkt KP2 in Gegenübertragungsrichtung GER in die zwei­ te aktive Faser AF2 eingekoppelt. Somit breitet sich das zweite optische Pumpsignal PS2, beispielsweise mit einer Wel­ lenlänge von 1480 nm, vom Ausgang der zweiten aktiven Faser AF2 in Gegenübertragungsrichtung GER zum Eingang der zweiten aktiven Faser AF2 aus. Das am Ausgang des ersten optischen Filters F1 anliegende optische Signal OS wird in die zweite aktive Faser AF2 eingekoppelt und erfährt mit Hilfe des zwei­ ten Pumpsignales PS2 in der zweiten aktiven Faser AF2 eine weitere Vorverstärkung. Nach der zweiten aktiven Faser AF2 wird das optische Signal OS über den dritten optischen Isola­ tor OI3 an den Eingang der Dispersionskompensationseinheit DCF übertragen, in welcher eine Dispersionskompensation durchgeführt wird.

Im Anschluß an die Dispersionskompensation wird das optische Signal OS in die dritte Verstärkerstufe VS3 eingekoppelt, hierbei durchläuft das optische Signal OS den vierten opti­ schen Isolator OI4 und wird über den dritten Einkoppelpunkt KP3 in die dritte aktive Faser AF3 eingekoppelt. Die dritte aktive Faser AF3 wird durch ein in der dritten Pumpquelle PQ3 erzeugtes drittes Pumpsignal PS3, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 980 nm, in Übertragungsrichtung UER gepumpt. Hierzu wird das in der dritten Pumpquelle PQ3 erzeugte dritte Pumpsignal PS3 über den dritten Einkoppelpunkt KP3 in die dritte aktive Faser AF3 in Übertragungsrichtung UER eingekop­ pelt. Am Ausgang der dritten aktiven Faser AF3 wird das mit Hilfe des dritten Pumpsignales PS3 zusätzlich verstärkte op­ tische Signal OS an den Eingang des zweiten optischen Filters F2 geführt. Mit Hilfe des zweiten optischen Filters F2 wird eine weitere Einebnung des Spektrums des optischen Signales OS durchgeführt.

Im Anschluß an die dritte Verstärkerstufe FS3 wird das opti­ sche Signal OS mit Hilfe der vierten Verstärkerstufe VS4 ei­ ner letzten Verstärkung unterzogen. Die vierte Verstärkerstu­ fe VS4 weist eine vierte und fünfte Pumpquelle PQ41, PQ42 auf, wobei die vierte aktive Faser AF4 mit Hilfe der vierten Pumpquelle PQ41 in Übertragungsrichtung UER und mit Hilfe der fünften Pumpquelle PQ42 in Gegenübertragungsrichtung GER ge­ pumpt wird. Das über den vierten optischen Einkoppelpunkt KP4 in die vierte aktive Faser AF4 eingekoppelte optische Signal OS erfährt in der vierten aktiven Faser AF4 durch das in der vierten Pumpquelle PQ41 erzeugte vierte optische Pumpsignal PS41 und durch das in der fünften Pumpquelle PQ42 erzeugte fünfte Pumpsignal PS42 eine zusätzliche Verstärkung. Im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel weisen das vierte und das fünfte Pumpsignal PS41, PS42 beispielsweise dieselbe Pumpwel­ lenlänge von 1480 nm auf. Das derartig verstärkte optische Signal OS wird über den fünften Einkoppelpunkt KP5 und den fünften optischen Isolator OI5 an den Ausgang O der optischen Basisverstärkeranordnung BVA übertragen.

Zur Steigerung der Ausgangsleistung des in Fig. 1 darge­ stellten Basisverstärkers BVA wird gemäß der Erfindung eine in Fig. 2 dargestellte erste Hochleistungsverstärkerstufe HVS1 angeschaltet, d. h. an den Ausgang O der Basisverstärker­ anordnung BVA wird der Eingang I der ersten Hochleistungs­ leistungsverstärkerstufe HVS1 angeschlossen.

In Fig. 2 ist eine mögliche Ausführungsform der ersten Hoch­ leistungsverstärkerstufe HVS1 dargestellt, welche eine aktive Faser AF, einen ersten Einkoppelpunkt EKP1, einen zweiten Einkoppelpunkt EKP2, eine erste Pumpsignalquelle PSQ1 und ei­ ne zweite Pumpsignalquelle PSQ2 aufweist. An den Eingang I der ersten Hochleistungsverstärkerstufe HVS1 ist der Eingang der aktiven Faser AF1 geführt und deren Ausgang ist an den Eingang des ersten Einkoppelpunktes EKP1 angeschlossen. Die aktive Faser AF kann beispielsweise mit Hilfe einer Erbium­ dotierten Faser realisiert sein.

Für die Dotierung der aktiven Fasern AF mit Ionen von Selten- Erden-Elementen werden in der Praxis unter anderem folgende Elemente verwendet, wobei die unterschiedlich dotierten, ak­ tiven Fasern AF in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen betrieben werden:
Er³⁺ 1530-1560 nm (Erbium)
Pr³⁺ 1280-1310 nm (Praseodym)
Nd³⁺ 1340-1370 nm (Neodym)
Tm³⁺ 1450-1480 nm (Thulium)
Yb³⁺ 1080-1110 nm (Ytterbium)

Die Dotierung der für den Aufbau des erfindungsgemäßen opti­ schen Hochleistungsstufe HVS1 vorgesehenen aktiven Fasern AF kann durch beliebige Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden oder weiterer laseraktiver Ionen erfolgen, wo­ bei sich insbesondere eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Hochleistungsstufe HVS1 bei der Verwendung einer Er³⁺-dotierten aktiven Faser AF ergibt.

Der Ausgang des ersten Einkoppelpunktes EKP1 der in Fig. 2 dargestellten Hochleistungsverstärkerstufe HVS1 ist an den Ausgang O der ersten Hochleistungsverstärkerstufe HVS1 ange­ schlossen. Des Weiteren sind die erste Pumpsignalquelle PSQ1 und die zweite Pumpsignalquelle PSQ2 über den zweiten Einkop­ pelpunkt EKP2 mit dem ersten Einkoppelpunkt EKP1 verbunden. Zur Erzeugung der für die Hochleistungsverstärkung erforder­ lichen Ausgangsleistung der ersten Hochleistungsverstärker­ stufe HVS1 wird in der ersten und in der zweiten Pumpsignal­ quelle PSQ1, PSQ2 ein erstes und zweites Pumpsignal PS1, PS2 erzeugt und über den ersten Einkoppelpunkt EKP2 sowie über den ersten Einkoppelpunkt EKP1 in die aktive Faser AF in Ge­ genübertragungsrichtung GER eingespeist. Das in die aktive Faser AF der ersten Hochleistungsstufe HVS1 eingekoppelte op­ tische Signal OS wird mit Hilfe der in der ersten und zweiten Pumpsignalquelle PSQ1, PSQ2 erzeugten ersten und zweiten Pumpsignales PS1, PS2 verstärkt und über den ersten Einkop­ pelpunkt EKP1 an den Ausgang O der ersten Hochleistungstufe HSV1 übertragen.

Durch das erfindungsgemäße Anschalten der ersten Hochleis­ tungsverstärkerstufe HVS1 an die Basisverstärkeranordnung BVA ist eine Steigerung bzw. eine Erhöhung der Ausgangsleistung der Basisverstärkeranordnung BVA um weitere 3 dB d. h. zu insgesamt 23 dBm, möglich. Im zweiten Aufrüstungsschritt bzw. Kaskadierungsschritt wird zusätzlich eine zweite Hochleis­ tungsverstärkerstufe HVS2 an den Ausgang O der ersten Hoch­ leistungsverstärkerstufe HVS1 angeschaltet, mit der die ge­ samte kaskadierte optische Verstärkeranordnung - Basisver­ stärkeranordnung BVA + erste Hochleistungsverstärkerstufe HVS1 + zweite Hochleistungsverstärkerstufe HVS2 - zu einer Summenausgangsleistung von 27 dBm aufgerüstet wird.

Eine derartige zweite Hochleistungsverstärkerstufe HVS2 ist in Fig. 3 beispielshaft dargestellt. Hierbei weist die zwei­ te Hochleistungsverstärkerstufe HVS2 insbesondere ein opti­ sches Filter F, eine erste, zweite, dritte und vierte Pump­ signalquelle PSQ1 bis PSQ4 sowie einen dritten Einkoppelpunkt EKP3, eine aktive Faser AF und einen vierten Einkoppelpunkt EKP4 auf. An den Eingang I der zweiten Hochleistungsverstär­ kerstufe HVS2 schließt sich das optische Filter F zur Eineb­ nung des Spektrums des optischen Signals OS an. An den Aus­ gang des optischen Filters F ist der Eingang des dritten Ein­ koppelpunktes EKP3 angeschlossen, dessen Ausgang an den Ein­ gang der aktiven Faser AF, beispielsweise eine Er³⁺-Yb³⁺- kodotierte aktive Faser, geführt ist. Des Weiteren sind an die Einkoppeleingänge des dritten Koppelpunktes EKP3 die ers­ te und zweite Pumpsignalquelle PSQ1, PSQ2 angeschlossen. An den Ausgang der aktiven Faser AF ist der Eingang des vierten Einkoppelpunktes EKP4 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Ausgang O der zweiten Hochleistungsverstärkerstufe HSV2 ver­ bunden ist. Analog zum dritten Einkoppelpunkt EKP3 sind auch an den Einkoppeleingänge des vierten Einkoppelpunktes EKP4 eine dritte und vierte Pumpsignalquelle PSQ3, PSQ4 angeschlos­ sen.

Das mit Hilfe des optischen Filters F verarbeitete optische Signal OS wird über den dritten Einkoppelpunktes EKP3 in die aktive Faser der zweiten Hochleistungsverstärkerstufe HSV2 eingekoppelt und in der aktiven Faser AF verstärkt. Hierzu werden ein erstes und zweites Pumpsignal PS1, PS2 in der ers­ ten und zweiten Pumpssignalquelle PSQ1, PSQ2 erzeugt und über den dritten Einkoppelpunkt EDP3 in Übertragungsrichtung UER in die aktive Faser AF eingekoppelt. Zusätzlich wird ein drittes und viertes Pumpsignal PS3,PS4 in der dritten und vierten Pumpsignalquelle PSQ3, PSQ4 erzeugt sowie über den vierten Einkoppelpunkt EKP4 in Gegenübertragungsrichtung GER in die aktive Faser AF eingekoppelte. Das derartig verstärkte optische Signal OS wird nach Verlassen der aktiven Faser AF über den vierten Einkoppelpunkt EKP4 an den Ausgang O der zweiten Hochleistungsverstärkerstufe HSV2 übertragen.

Die nachgeschaltete erste und zweite Hochleistungsverstärker­ stufe HSV1, HSV2 verfügen über einen geringen Gewinn, im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel von jeweils ca. 3 dB, woraus sich ein einfacher technischer Aufbau ergibt. Der Einsatz von optischen Isolatoren OI in den Hochleistungsverstärkerstufen HSV1, HSV2 ist aufgrund des geringen Gewinns nur in Ausnahme­ fällen erforderlich. Des Weitern muß das zur Einebnung des Gewinnspektrum erforderliche optische Filter F nur geringen Schärfeanforderungen genügen, weshalb derartige Filter beson­ ders einfach und kostengünstig herstellbar sind.

Zweckmässigerweise verfügen die nachgeschalteten Hochleis­ tungsverstärkerstufen HSV1, HSV2 über jeweils eine eigene Leistungs- bzw. Verstärkungsregelung - in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt, welche beispielsweise als eine Kombination aus Summen-Ausgangsleistungsregelung und einer schnellen Ge­ winnregelung realisiert sein können. Die Gewinnregelung kann sowohl opto-elektronisch als auch rein optisch realisiert sein.

Die vorgeschlagene Konzept einer kakadierbaren optischen Ver­ stärkeranordnung eignet sich zur Steigerung der Ausgangsleis­ tung von unterschiedlichen Verstärkertypen wie beispielsweise Booster-, Vor- sowie Inlineverstärkertypen. Bei Verstärkerty­ pen die einen oder mehrere Zwischenabgriffe aufweisen, wie beispielsweise Inline-Verstärkern, kann das vorgeschlagene Konzept zusätzlich am Ausgang eines oder mehrerer Zwischenab­ griffe eingesetzt werden, d. h. es werden bereits eine oder mehrere Hochleistungsverstärker HSV1, HSV2 dem Ausgang bei­ spielsweise eines Zwischenabgriffes nachgeschaltet.

Claims (6)

1. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung mit einer modu­ lar und in Einmodentechnik aufgebauten Basisverstärkeranord­ nung (BVA), die mindestens eine Verstärkerstufe (VS1 bis VS4) aufweist, und mit einer an die mindestens eine Verstärkerstufe (VS4) der Basisverstärkeranordnung (BVA) anschaltbaren Hochleistungs­ verstärkerstufe (HSV1) mit einer eigenen aktiven Faser (AF) und mindestens einer Pumpsignalquelle (PSQ1, PSQ2).

2. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Hochleistungsverstärkerstufe (HVS2) an die an den Basisverstärkeranordnung (BVA) ange­ schlossene Hochleistungsverstärkerstufe (HVS1) anschließbar ist.

3. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsverstärkerstufen (HSV1, HSV2) jeweils eine eigene Verstärkungsregelung und/oder Leistungsregelung aufweisen.

4. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsregelung und/oder Leistungsregelung ent­ weder optoelektronisch oder rein optisch realisiert ist.

5. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Pumpsignalquelle (PSQ1, PSQ2, PSQ3, PSQ4) zum Pumpen der aktiven Fasern (AF) der Hochleistungsverstärkerstufen (HVS1, HVS2) an den Eingang und den Ausgang der jeweiligen aktiven Faser (AF) anschließbar ist.

6. Kaskadierbare optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einebnung des Gewinnspektrums eines zu verstärkenden optischen Signals (os) ein der aktiven Faser (AF) der Hoch­ leistungsverstärkerstufen (HSV2) vorgeschaltetes Filter (F) vorgesehen ist.