DE19612408C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Rauschzahl in optischen Verstärkern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Rauschzahlen von optischen Verstärkern, die Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtsignale verstärken.

Zunächst wird ein herkömmliches Verfahren zum Messen von Rauschzahlen von optischen Verstärkern beschrieben.

In einem herkömmlichen Verfahren werden jeweils Wellen­ längen λ₁~λ_n aufweisende Lichtsignale durch n Licht­ quellen erzeugt.

Die derart erzeugten Lichtsignale werden zur Erzeugung eines Multiplex-Wellenlängen-Lichtsignals gemischt und das Multiplex-Wellenlängen-Lichtsignal wird als Input einem optischen Verstärker zugeführt. Als Folge hiervon werden das verstärkte Lichtsignal, welches zum Input- Wellenlängen-Multiplex-Lichtsignal korrespondiert und das Rauschlicht, also auf Rauschen basierendes Licht, vom optischen Verstärker ausgegeben. Die Rauschzahlen NF_k (k = 1~n) des optischen Verstärkers werden dann folgendermaßen bestimmt:

NF_k = (P_ASEk/hν_kG_kB_o) + (1G_k) .... (1)

In obiger Gleichung ist P_ASEk die ASE-Leistung des als Output ausgegebenen Lichts des optischen Verstärkers und wird durch ein Lichtleistungsmeßgerät gemessen; B_O ist die Bandbreite des Lichtleistungsmeßgeräts; G_k ist der auch als Gain bezeichnete Verstärkungsgrad des optischen Verstärkers; h ist die Planck-Konstante (Plancksches Wirkungsquantum) ν_k ist die Lichtfrequenz des Licht­ signals; ASE ist die Abkürzung von "Amplified Spontaneous Emission", also von "verstärkte Spontanemision". Spontanemission ist ein Phänomen, bei welchem ein angeregtes Atom spontan unabhängig von externen Einflüssen Licht abgibt, wenn das Energieniveau des Atoms von einem angeregten in den Grundzustand fällt. Die ASE ist die auf dieser Spontanemission basierende Emission.

Im allgemeinen ist die Höhe der ASE-Licht-Leistung P_ASEk sehr niedrig und vernachläßigbar gegenüber der Leistung P_AMK des Ausgangs-Lichtsignals des optischen Verstärkers. Deshalb ist es schwierig, die ASE-Lichtleistungen getrennt zu messen und die auf den gemessenen ASE- Lichtleistungen basierenden Rauschzahlen gemäß der obigen Gleichung (1) zu berechnen. Aus diesem Grund wird die Rauschzahl durch Schätzen der ASE-Lichtleistungen be­ stimmt.

Fig. 15 zeigt den Aufbau eines Systems zur Messung der Rauschzahl eines optischen Verstärkers gemäß dem her­ kömmlichen Verfahren. In Fig. 15 emittieren die Licht­ quellen 101a, 101b und 101c Lichtsignale mit ver­ schiedenen Wellenlängen. Die derart emittierten Licht­ signale werden durch einen Lichtmischer 102 gemischt. Somit wird ein Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtsignal vom Lichtmischer 102 als Output ausgegeben und als Input am optischen Verstärker 103 eingegeben, dessen Rauschzahlen bestimmt werden sollen. Das als Output ausgegebene Ausgangslicht des optischen Verstärkers 102 wird durch eine optische Spektralanalyse­ einrichtung 104, also einen optischen Spectrum-Analyzer analysiert.

In Fig. 15 zeigt ein Kasten (a) die Spektren der Input- Lichtsignale des optischen Verstärkers und ein Kasten (b) zeigt die Spektren des Ausgangslichts, also des Output- Lichts des optischen Verstärkers. Wie im Kasten (a) gezeigt, enthält das Input-Signallicht des optischen Verstärkers 103 die zu den Output-Licht-Signalen der Lichtquellen 101a, 101b und 101c korrespondierenden Spektren. Das Ausganglicht des optischen Verstärkers enthält die verstärkten, zu den Input-Lichtsignalen korrespondierenden Lichtsignale und das im Kasten (b) gezeigte ASE-Licht. Die Spektren des ASE-Lichts sind über einen weiteren Frequenzbereich verteilt.

Um die Rauschzahlen NF_k (k = 1~n) zu bestimmen, ist es erforderlich, die Leistungen der ASE-Lichtspektren, welche zu den Wellenlängen λ₁~λ_n des Wellenlängen- Teilungs-Multiplex-Eingangslichtsignals korrespondierende Wellenlängen aufweisen, zu bestimmen, also die Leistungen P_ASE1~P_ASE (gepunktet dargestellt als "0"). Um die Leistungen P_ASE1~P_ASEn' zu bestimmen, ist es erforderlich, separat die verstärkten Lichtsignale und das ASE-Licht zu messen.

Deshalb beobachtet der die Messung Durchführende, ohne als Input Signale am optischen Verstärker 103 einzugeben, die Spektren des ausgegebenen Lichts, (also des ASE- Lichts) des Verstärkers durch die Spektralanalyse- Vorrichtung 104. Dann wird unter Eingabe des Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Eingabelichtsignals als Input am optischen Verstärker von dem die Messung Durchführenden das als Output ausgegebene Ausgangslicht (also das verstärkte Signal-Licht und das ASE-Licht) mittels der Spektralanalysevorrichtung 104 beobachtet. Der die Messung Durchführende vergleicht die beobachteten Spektren und schätzt die Leistungen P_ASE1~P_ASEn des ASE-Lichts bei den Wellenlängen λ₁~λ_n.

Wie oben ausgeführt, ist es, um die Rauschzahlen des optischen Verstärkers zu bestimmen, nötig, die Leistung der ASE-Lichtanteile des Verstärkers zu bestimmen. Jedoch werden die ASE-Lichtanteile nicht direkt gemessen und die Leistungen basierend auf der Beobachtung der Spektren der als Output ausgegebenen Ausgangslichtsignale des optischen Verstärkers geschätzt. Deshalb ist es schwierig, die Streuung der von messenden Personen geschätzten Leistungen der ASE-Lichtsignale zu reduzieren und es ist schwierig, die Rauschzahl präzise zu bestimmen.

Desweiteren ist es zur automatischen Bestimmung der Rauschzahlen von optischen Verstärkern erforderlich, die beobachteten Spektren mittels eines Computers zu ver­ gleichen. Deshalb ist dieses System teuer.

In der US 5,223,705 wird ein Verfahren zur Messung eines optischen Verstärkers mit Polarisation beschrieben. Hier wird ein Polarisator am Austritt des optischen Verstärkers angeordnet. Es wird beschrieben, daß das verstärkte Rauschsignal, das durch einen optischen Verstärker erzeugt wird, nicht polarisiert wird, während das verstärkte Signal einen definierten polarisierten Zustand aufweist.

In der US 5,282,074 wird ein System zur optischen Mehrfachverstärkung beschrieben. Es wird beschrieben, daß mit einer solchen Anordnung der Signalrauschabstand im Verstärker während des Einsatzes des Systems gemessen werden kann.

In der EP 0 486 205 A2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Rauschzahl von optischen Verstärkern beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt einen optischen Empfänger und Einrichtungen zur Messung der Ausgangsleistung einer Test- Rauschquelle wie eine Lampe oder eine LED.

Somit ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen und präzisen Messung einer Rauschzahl eines optischen Verstärkers zu schaffen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung von Rauschzahlen eines optischen Verstärkers geschaffen, welches folgende Schritte umfaßt: Erzeugung von Lichtpulsen, welche verschiedene Wellenlängen λ₁~λ_n und eine kürzere Periode als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers aufweisen, Beaufschlagen des optischen Verstärkers mit den Licht-Impulsen, getrenntes Messen der Leistungen P_AMP1~P_AMPn von vom optischen Verstärker als Output ausgegebenen verstärkten Lichtsignalen, welche zu den Lichtimpulsen korrespondieren und die Wellenlängen λ₁~­ λ_n aufweisen und der Leistungen P_ASE1~P_ASEn von Lichtsignalen mit den Wellenlängen λ₁~λ_n die als Output des optischen Verstärkers ausgegeben werden, wenn die verstärkten Lichtsignale nicht vom optischen Verstärker als Output ausgegeben werden, und Berechnung der Rauschzahlen NF₁~NF_n bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:

NF_k = (P_ASEk/hν_kG_kB_o) + (1/G_k)

K = 1~n

In der obigen Gleichung ist h das Planck'sche- Wirkungsquantum; ν_k (k = 1~n) sind die Lichtsignal­ frequenzen der Licht-Impulse; G_k (k = 1~n) sind die Verstärkungen bei den Wellenlängen λ_k (k = 1~n) des optischen Verstärkers; B_o ist eine Bandbreite eines Passierbandes eines zur Messung der Leistungen P_ASE1~­ P_ASEn verwendeten Instrumentes.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Messung von Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, welches folgende Schritte umfaßt: Erzeugung erster und zweiter Modulationstakte mit entgegengesetzter Phase, wobei die ersten und zweiten Modulationstakte eine Periode aufweisen, welche kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers; Erzeugung von Lichtimpulsen mit kurzer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ₁~λ_n/2 aufweisen und welche durch den ersten Modulationstakt moduliert sind; Erzeugung von Lichtimpulsen mit langer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n aufweisen und durch den zweiten Modulationstakt moduliert werden; Mischung der Lichtimpulse mit kurzer Wellenlänge und der Lichtimpulse mit langer Wellenlänge, um ein kontinuierliches Licht zu erzeugen; Beaufschlagung des optischen Verstärkers mit dem kontinuierlichen Licht; Zuführen des als Output vom optischen Verstärker ausgegebenen Lichts zu einem Instrument zur getrennten Messung der Leistungen der Spektren des als Output ausgegebenen Lichts durch einen optischen Schalter; Schalten des optischen Schalters unter Synchronisation mit dem ersten oder zweiten Modulationstakt, sodaß Leistungen PAMP₁~PAMP_(n/2) bei Wellenlängen λ₁~λ_n/2 eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen kurzer Wellenlänge korrespondiert und Leistung P_ASE(n/2)+1~­ P_ASEn bei Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n eines Lichts, welches als Output ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht als Output vom optischen Verstärker ausgegeben wird, werden durch das Instrument gemessen; Schalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem ersten oder zweiten Modulationstakt, sodaß die Leistungen PAMP_(n/2)+1~PAMP_n bei den Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen langer Wellenlänge und Leistung P_ASE1~ P_ASE(n/2) bei den Wellenlängen λ₁~λ_n/2 eines Lichtes korrespondieren, welches als Output ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht als Output vom optischen Verstärker ausgegeben wird, werden durch das Meßgerät gemessen; Messen der Rauschzahlen NF₁~NF_n bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des optischen Verstärkers gemäß folgender Beschreibung.

NF_k = (P_ASEk/hν_kG_kB_o) + (1/G_k)

(k = 1~n)

In obiger Gleichung ist h das Planck'sche Wirkungs­ quantum; ν_k (k = 1~n) sind Lichtsignalfrequenzen der Licht-Impulse; G_k (k = 1~n) sind die (auch als Gains bezeichneten) Verstärkungen bei den Wellenlängen λ_k (k = 1­ ~n) des optischen Verstärkers und B_o ist eine Bandbreite eines Passierbandes des zur Messung der Leistungen P_ASE1~P_ASEn verwendeten Instrumentes.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Messen der Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, welches folgende Schritte umfaßt: Erzeugung eines Modulationstakts mit einer Periode, die kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers; Erzeugung eines Wellen-kontinuierlichen Lichts mit einer Wellenlänge λ₁, Erzeugung von Licht-Impulsen mit einer Wellenlänge λ_n und Modulieren der Amplitude durch den Modulationstakt, Zuführen des wellenkontinuierlichen Lichts und des Lichtimpulses zum optischen Verstärker, Zuführen des als Output ausgegebenen Lichts des optischen Verstärkers zu einem Instrument zur getrennten Messung von Leistungen von im als Input zugeführten Licht enthaltenen Spektren über einen optischen Schalter, Änderung der Wellenlänge λ_n der Lichtimpule und Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem Modulationstakt, sodaß die Leistung P_AMPn bei den Wellenlängen λ_n eines verstärkten Lichts, welches zum Lichtimpuls korrespondiert und eine Leistung P_ASEn bei den Wellenlängen λ_n eines Lichts, welches als Output ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht als Output vom optischen Verstärker ausgegeben wird, werden durch das Instrument gemessen, und Berechnung der Rauschzahlen NF_n bei mehreren Wellenlängen λ_n des optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:

NF_n = (P_ASEn/hν_nG_nB_o) + (1/G_n)

In obiger Gleichung ist h das Planck'sche Wirkungsquantum; ν_n ist die Lichtfrequenz des Lichtimpulses G_n ist eine Verstärkung bei der Wellenlänge λ_n des optischen Verstärkers; B_o ist eine Bandbreite eines Passierbandes des zur Messung der Leistung P_ASEn verwendeten Instruments.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Messung von Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, welche folgendes umfaßt: Licht-Impuls-Erzeugungs-Einrich­ tung zum Erzeugen von Lichtimpulsen mit verschiedener Wellenlänge λ₁~λ_n und einer Periode, die kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers und zum Zuführen der Lichtimpulse zum optischen Verstärker, und eine Lichtleistungsmeßeinrichtung zum separaten Messen von Leistungen P_AMP1~P_AMPn der verstärkten, vom optischen Verstärker als Output ausgegebenen Lichtsignale, welche zu den Licht-Impulsen korrespondieren und die Wellenlängen λ₁~λ_n aufweisen, und von Leistungen P_ASE1~P_ASEn von Lichtsignalen mit den Wellenlängen λ₁~λ_n, welche vom optischen Verstärker als Output ausgegeben werden, wenn die verstärkten Lichtsignale nicht als Output vom optischen Verstärker ausgegeben werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können Rauschzahlen von optischen Verstärkern, die für Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-Licht-Komunikation verwendet werden, automatisch und präzise gemessen werden. Deshalb kann eine Inspektion von optischen Verstärkern, welche von einem Hersteller hergestellt oder bezogen werden, oder eine Evaluierung zum diesseitgen Wechsel von optischen Verstärkern einfach und präzise durchgeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Rauschzahl-Meßgeräts gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2A~2E, 3A, 3B die Wellenformen von in der in Fig. 1 gezeigten Rauschzahlmeßeinrichtung erzeugten Signalen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugter Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 die Wellenformen von in der in Fig. 4 gezeigte Rauschzahl­ meßeinrichtung erzeugten Signalen,

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 die Wellenformen, also den Verlauf von Signalen, die in der in Fig. 8 gezeigten Rauschzahlmeßeinrichtung erzeugt wurden,

Fig. 10A~10C und 11A~11C die mit der in Fig. 8 gezeigten Rauschmeßzahleinrichtung detektierten Lichtspektren,

Fig. 12 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13A, 13B, 14A und 14B die Veränderung der in den Input-Lichtsignalen und Output- Lichtsignalen eines in Fig. 12 gezeigten Verstärkers enthaltenen Spektren über die Zeit,

Fig. 15 ein herkömmliches Verfahren zur Messung der Rauschzahlen eines optischen Verstärkers.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung erläutert.

A. Prinzip des Rauschzahlmeßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung

Wie bereits ausgeführt, wird, wenn ein Input-Lichtsignal, welches verschiedene Wellenlängenspektren enthält, durch einen optischen Verstärker verstärkt wird, das Outputlicht, welches das verstärkte Lichtsignal und ASE- Licht enthält, vom Verstärker emittiert und von einer Spektralanalysevorrichtung (Spektrumanalyzer) beobachtet.

Es wird nun der Fall betrachtet, daß eine Amplitudenmodulation mit dem Input-Signal basierend auf periodischen Impulsen ausgeführt wird und die durch die Amplitudenmodulation erzeugten Lichtimpulse dem optischen Verstärker als Input zugeführt werden.

In diesem Fall umfaßt das ausgegebene Output-Licht des optischen Verstärkers die verstärkten Lichtsignale, welche zu den Lichtimpulsen korrespondieren und das ASE- Licht.

Im Output-Licht erscheinen die verstärkten Lichtsignale periodisch mit der Periode der obigen periodischen Impulse. Das ASE-Licht wird vom optischen Verstärker als Output ausgegeben wenn die verstärkten Lichtsignale nicht als Output ausgegeben werden. Während jede Periode, in der kein verstärktes Lichtsignal als Output ausgegeben wird, wird die Leistung des vom Verstärker ausgegebenen ASE-Lichts nach und nach entsprechend einer Extinktions- Zeitkonstante, also einer Auslöschungszeitkonstante gedämpft und das ASE-Licht wird gelöscht. In dem Fall, daß der optische Verstärker ein Erbium-dotierter optischer-Faser-Verstärker ist, ist die Extinktions- Zeitkonstante basierend auf der Dauer des Verbleibs eines Atoms im angeregten Zustand festgelegt. In dem Fall, daß der optische Verstärker ein Halbleitergerät, (z. B. ein Halbleiterlasergerät) ist, ist die Extinktions­ zeitkonstante basierend auf der Lebensdauer der Träger des Halbleiters festgelegt.

Das Rauschzahl-Meßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verursachung dieses Phänomens und zur Messung der Leistung des durch dieses Phänomen erzeugten ASE-Lichts und zur Berechnung der Rauschzahl basierend auf der gemessenen ASE-Leistung.

Im Rauschzahlmeßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden Lichtimpulse dem optischen Verstärker als Input zugeführt, und zwar in kurzen Perioden, welche alle kürzer sind als die oben beschriebene Extinktions- Zeitkonstante des optischen Verstärkers. Folglich wird das verstärkte Signallicht vom optischen Verstärker als Antwort auf den Lichtimpuls ausgegeben und das ASE-Licht wird zusammen mit dem verstärkten Signallicht ausgegeben. Überdies wird das ASE-Licht vom optischen Verstärker ausgegeben, wenn das verstärkte Signallicht nicht ausgegeben wird. Somit wird das ASE-Licht kontinuierlich vom optischen Verstärker ausgegeben.

Gemäß diesem Verfahren wird ein Lichtleistungsmeß­ instrument zur Analyse des Output-Lichts des optischen Verstärkers verwendet und ein optischer Schalter wird zwischen dem Output-Anschluß des optischen Verstärkers und dem Lichtleistungsmeßinstrument eingefügt. Dieser optische Schalter ist synchronisiert mit dem Modulationstakt, also der Modulations-Takt-Uhr geschaltet, sodaß das Output-Licht des optischen Verstärkers dem Lichtleistungsmeßinstrument zugeführt wird, wenn kein verstärktes Signallicht vom Verstärker als Output ausgegeben wird. Aufgrund dieser Steuerung wird das aus dem ASE-Licht bestehende Output-Licht dem Lichtleistungsmeßinstrument zugeführt und die Leistungen der Spektren des ASE-Lichts werden unabhängig vom verstärkten Signallicht analysiert.

In dem Fall, daß mehrere Lichtsignale mit den verschiedenen Wellenlängen λ₁~λ_n erzeugt werden und das Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtsignal, welches diese Lichtsignale enthält, dem optischen Verstärker als Input zugeführt wird, werden die zu den Wellenlängen λ₁~­ λ_n korrespondierenden Spektren aus dem Output-Licht des optischen Verstärkers detektiert. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die jeweils zu diesen Spektren korrespondierenden Lichtleistungen P_ASEk (k = 1 bis n) gemessen und die Rauschzahl NF_k (k = 1 bis n), welche zu den Wellenlängen λ₁~λ_n korrespondieren, basierend auf den gemessenen Lichtleistungen bestimmt.

Um die Lichtleistungen P_ASEk (k = 1~n) zu messen, können mehrere optischen Filter mit einem Schmalbandpaß und mehrere Lichtleistungsmeßinstrumente anstatt des Spektral-Analysiergerät (Spectrum Analyser) verwendet werden. Bei diesem Aufbau haben die Filter verschiedene Passierbänder und die mittleren Wellenlängen der Passierbänder sind λ₁~λ_n.

Ein automatisches Rauschzahlmeßsystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun aufgebaut. In diesem System ist eine Recheneinrichtung, wie beispielsweise ein Computer, mit der Einrichtung zur Messung der ASE- Lichtleistungen P_ASEk (k = 1 bis n) verbunden. Ein Programm zur Berechnung der Rauschzahl ist in diesem Computer installiert. Die Kommunikation zwischen dem Computer und der Einrichtung zur Messung der ASE- Lichtleistung wird durch ein exklusives Interface unter Real-Time-Ausbildung (also in Echtzeit) ausgeführt.

In diesem System werden die zu den in der Wellenlängen- Teilungs-Multiplex-Verstärkung verwendeten Wellenlängen korrespondierenden Rauschzahlen automatisch und kontinuierlich berechnet.

Die Messungen der ASE-Lichtleistungen P_ASEk (k = 1~n) können in einer Speichereinrichtung wie einer flexiblen Scheibe, also beispielsweise einer Computerdiskette gespeichert werden und die Messungen können dem Computer zur Berechnung der Rauschzahlen zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Bedingung, daß die Stärke des ASE-Lichts, welches als. Output ausgegeben wird, wenn das verstärkte Signal-Licht ausgegeben wird, gleich der Stärke ASE-Lichts ist, welches als Output ausgegeben wird, wenn das verstärkte Signal- Licht nicht ausgegeben wird.

Um die Intensitäten obiger ASE-Lichter gleich zu machen, ist es erforderlich, die Periode der Input-Licht-Impulse zu optimieren.

In dem Fall, daß der optische Verstärker ein Erbium­ dotierter optische-Faser-Verstärker ist, muß die Periode der Input-Licht-Impulse kürzer sein als die Dauer der Anregung der Atome im Verstärker im Mittel ist.

In dem Fall, daß der optische Verstärker ein Halbleiterlaser ist, muß die Periode der Input-Licht- Impulse kürzer sein als die Träger-Lebensdauer des Lasers.

Unter diesen Voraussetzungen können die Stärken der ASE- Licht-Anteile gleichgehalten werden, sodaß sie keinen Einfluß auf die Messung der ASE-Licht-Leistungen haben.

B Erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches den Gesamtaufbau eines Rauschzahlmeßgerätes zum Messen von Rauschzahlen einer Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtverstärkung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen optischen Verstärker, dessen Rauschzahlen gemessen werden sollen. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet einen Input-Anschluß, also einen Eingang des optischen Verstärkers 1 und das Bezugszeichen 1b bezeichnet einen Output-Anschluß, also einen Ausgang des optischen Verstärkers.

Zunächst wird das Rauschzahlmeßgerät im Überblick beschrieben.

Im Rauschzahlmeßgerät wird unter Verwendung eines Modulations-Zeitgebers, also eines Modulationstaktes, eine Amplituden-Modulation mit einem kontinuierlichen Licht ausgeführt und durch die Amplituden-Modulation erzeugte Lichtimpulse werden sequentiell als Input dem optischen Verstärker 1 zugeführt, um ein kontinuierliches ASE-Licht vom Verstärker zu emittieren. Der optische Verstärker 1 ist ein Erbium-dotierter optischer-Faser- Verstärker und die atomare Lebensdauer τ_2eff des Verstärkers ist etwa 0,2 bis mehrere Vielfache von 10 msek. Deshalb reichen etwa 10 kHz als Modulationsfrequenz aus, um ein kontinuierliches ASE-Licht zu emittieren. Bei dieser Ausführungsform ist die Frequenz des Modulationstaktes 1 MHz.

Wenn die (auch als Gain bezeichneten) Verstärkungen des optischen Verstärkers 1 bei den Wellenlängen λ_k (k = 1~­ n) gleich G_k (k = 1~n) sind und die Bandbreite des Lichtleistungsmeßgeräts zur Messung der Leistungen P_ASEk (k = 1~n) des ASE-Lichts, welches als Output ausgegeben wird, wenn das Amplituden-Signal-Licht nicht ausgegeben wird, B_o ist, werden die Rauschzahlen NF_k (k = 1~n) der Wellenlängenteilungsmultiplex-Verstärkung gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) bestimmt.

Um die ASE-Lichtleistungen P_ASEk (k = 1~n) von den Leistungen P_AMPk (k = 1~n) des verstärkten Signal­ lichtes zu trennen, wird das Timing, also die zeitliche Abfolge, der Messung des Output-Lichts des optischen Verstärkers 1 durch den Modulationstakt gesteuert.

Um getrennt die ASE-Licht-Leistungen P_ASEk (k = 1-n) zu messen, werden optische Schmal-Band-Pass-Filter und Lichtleistungsmeßinstrumente vorgesehen.

Bei diesem Aufbau haben die Schmalbandfilter verschiedene Passierbänder und die mittleren Wellenlängen der Passier­ bänder sind λ_k (k = 1 bis n). Die Verstärkungen, also Gains, der Lichtleistungsmeßinstrumente sind B_o.

Die Leistungen der Eingangslichtsignale, welche das Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Signallicht bilden und Wellenlängen λ_k (k = 1 bis n) aufweisen, sind P_INPUTk (k = 1~n). Diese Gains G_k (k = 1~n) werden gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

G_k = (P_AMPk~P_ASEk) /P_INPUTk ...(2)

Als nächstes wird der Aufbau des Rauschzahlmessgeräts im Detail beschrieben.

In den Fig. 1, 2a~2c bezeichnet E/O (elektrisches Signal/optisches Signal) Transducer, also Umwandler, welche als Output Lichtsignale mit verschiedenen Wellenlängen λ₁~λ_n abgeben. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Lichtmischer, welcher die Output-Licht- Anteile der E/O-Transducer 2a~2c mischt und das gemischte Signallicht dem Eingang 1a des optischen Verstärkers zuführt.

Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen optischen Schalter, der mit dem Ausgang 1b des optischen Verstärkers 1 verbunden ist. Ein akustisch-optisches Gerät wird als optischer Schalter 1 verwendet.

Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Modulations­ signalgenerator, welcher Modulationstaktsignale Q₁~Q_n und ein Steuerungssignal Q_i erzeugt.

Die Modulationstaktsignale Q₁~Q_n weisen, wie oben ausgeführt, die gleichen Wellenformen und die Frequenz 1 MHz auf. Die Modulationstaktsignale Q₁~Q_n werden jeweils den E/O Transducern (= Umsetzern) 2a~2c zugeführt, um die Amplituden des Output-Lichts der E/O-Transducer zu modulieren.

Das Steuerungssignal Qi wird synchronisiert mit der Generation der Modulationstaktimpulse Q₁~Q_n erzeugt und die Phase des Steuerungssignals wird gegenüber den Phasen der Modulationstaktsignale um 180° verschoben.

Der ON/OFF-Zustand (= AN/AUS-Zustand) des optischen Schalters 4 wird basierend auf dem Steuerungssignal Qi angesteuert. Genauer ausgedrückt wird der optische Schalter 4 durch das Steuerungssignal Qi in einen ON- Zustand geschaltet, wenn das verstärkte Signallicht nicht als output vom optischen Verstärker 1 ausgegeben wird und der optische Schalter 4 bleibt in einem ON-Zustand, während das Steuerungssignal Qi aktiviert ist. Überwachungszeiten sind vorgesehen zwischen den Perioden, in welchen das verstärkte Signallicht vom optischen Verstärker 1 als output ausgegeben wird und den Perioden, in welchen der optische Schalter 4 in einem ON-Zustand ist. Eine detaillierte Beschreibung der Überwachungszeiten folgt weiter unten.

Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein optisches Spektralanalysegerät (optical spectrum analyzer), welches die Spektren des Output-Lichts des optischen Verstärkers 1, welches über den optischen Schalter 4 zugeführt wird, analysiert.

In Fig. 1 sind die Elemente 7, 8a~8c und 9a~9c mit gestrichelten Linien dargestellt. Statt des optischen Spektralanalysegeräts 6 können diese Elemente verwendet werden, um die Spektren des Output-Lichts des optischen Verstärkers 1 zu analysieren.

Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen optischen Teiler, der das vom optischen Verstärker 1 ausgegebene, über den optischen Schalter 4 geführte Output-Licht aufteilt.

Die Bezugszeichen 8a~8c bezeichnen optische Schmalbandfilter, welche verschiedene Passierbänder aufweisen. Die mittleren Wellenlängen der Passierbänder sind jeweils λ₁~λ_n. Die aufgeteilten Lichtanteile, die vom optischen Teiler 7 abgegeben werden, werden den optischen Schmalbandfiltern 8a~8c zugeführt.

Die Bezugszeichen 9a~9c bezeichnen Lichtleistungs­ meßinstrumente, welche jeweils die Leistungen P_ASE1~P_ASEn des ASE-Lichts messen, welches von den optischen Schmalbandfiltern 8a~8c ausgegeben wird und die Wellenlängen λ₁~λ_n aufweist.

Als nächstes wird der Betrieb der Rauschzahlmeßgeräts beschrieben.

Die Modulationstakte Q₁~Q_n und das Steuerungssignal Qi werden vom Modulationssignalgenerator 5 generiert. Die derart erzeugten Modulationstaktsignale Q₁~Q_n werden jeweils den E/O-Transducern (also Umwandlern) 2a~2c zugeführt. Das derart erzeugte Steuerungssignal Qi wird dem optischen Schalter 4 zugeführt.

Die E/O-Transducer 2a~2c geben jeweils die Licht-Impulse mit den Wellenlängen λ₁~λ_n synchronisiert mit den Modulationstaktsignalen Q₁~Q_n aus.

Die derart als Output ausgegebenen Lichtimpulse werden vom Lichtmischer 3 gemischt und das Wellenlängen- Teilungs-Multiplex-Signallicht wird als Output vom Lichtmischer ausgegeben.

Das Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Signallicht wird dem optischen Verstärker 1 zugeführt. Als Resultat hiervon wird vom optischen Verstärker 1 das Output-Licht emittiert. Wie oben beschrieben enthält dieses Output- Licht das verstärkte Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Signallicht und das ASE-Licht.

Das Output-Licht des optischen Verstärkers 1 wird dem optischen Schalter 4 zugeführt. Der optische Schalter 4 wird durch das Steuerungssignal Qi in den ON-Zustand (= AN) geschaltet, wenn das verstärkte Signallicht nicht vom optischen Verstärker 1 als Output ausgegeben wird. Deshalb wird das das Output-Licht enthaltende verstärkte Signallicht durch den optischen Schalter 4 blockiert und das Output-Licht, welches das verstärkte Signallicht nicht enthält, aber das ASE-Licht enthält, wird durch den optischen Schalter 4 ausgegeben.

Das Output-Licht, welches den optischen Schalter 4 passiert, wird dem optischen Spektralanalysegerät 6 zugeführt. Das optische Spektralanalysegerät 6 detektiert die Leistungen P_ASE1~P_ASEn der im Output-Licht des optischen Schalters 4 enthaltenen ASE-Lichtanteile.

Derart werden mit der Umschalt-Steuerung des optischen Schalters 4 die Leistungen P_ASE1~P_ASEn des ASE-Lichts von den Leistungen P_AMP1~P_AMPn des verstärkten Signallichts getrennt und die ASE-Lichtleistungen unabhängig von den Leistungen der verstärkten Signallichtanteile gemessen.

Die Fig. 2a~2c zeigen Wellenformen der im Rauschzahlmeßgerät erzeugten Signale. Dabei zeigt Fig. 2a die Wellenform jedes der Modulationstaktsignale Q₁~Q_n. Fig. 2B zeigt die Wellenform des Steuerungssignals Qi. Fig. 2C zeigt die Wellenform des Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-Signallichts, das dem optischen Verstärker 1 zugeführt wird. Fig. 2D zeigt die Wellenform des Output- Licht, des optischen Verstärkers 1. Fig. 2E zeigt die Wellenform des Output-Lichts des optischen Schalters.

Wie Fig. 2D zeigt, enthält das Output-Licht des optischen Verstärkers 1 das verstärkte Signallicht und das ASE-Licht. Aber das verstärkte Signallicht wird durch den optischen Schalter 4 blockiert und nur das ASE-Licht wird dem optischen Spektralanalyse-Gerät 6 durch den optischen Schalter 4 zugeführt. Deshalb ist es möglich, die Spektren des ASE-Lichts unabhängig vom verstärkten Signallicht zu beobachten.

Ferner kann die Phase des Steuerungssignals Qi geändert werden, so daß der optische Schalter 6 in den ON-Zustand umschaltet, wenn das das verstärkte Signallicht enthaltende Output-Licht vom optischen Verstärker 1 ausgegeben wird. In diesem Fall ist es möglich, die Verstärkungsfaktoren (gains) des optischen Verstärkers 1 bei Wellenlängen λ₁~λ_n basierend auf den Leistungen P_AMP1~P_AMPn der verstärkten Signallichtanteile bei den jeweiligen Wellenlängen, welche vom optischen Spektralanalysegerät 6 detektiert werden, zu berechnen.

Zwischenzeitlich sollte die Phase des Steuerungssignals Qi präzise von den Phasen der Modulationstakte Q₁~Q_n um 180° verschoben sein. Jedoch existiert ein Fall, in welchem das Steuerungssignal Qi nicht präzise mit den Modulationstakten synchronisiert ist oder ein Fall, in welchem das Steuerungssignal und die Modulationstakte sich überlappen. Dies bedingt den Nachteil, daß das verstärkte Signallicht als Leck in das Output-Licht des optischen Schalters 6 eintritt. Fig. 3A zeigt das nachteilhafte Beispiel, wobei das Anhalten des ON- Zustands des optischen Schalters 1 zu lange ist und ein Teil des als Output vom optischen Verstärker 1 ausgegebenen verstärkten Signallichts durch eine Art von Leck in das Output-Licht des optischen Schalters 6 eintritt. In diesem Fall ist es schwierig, die Leistung P_ASE1~P_ASEn der ASE-Lichtanteile unabhängig vom verstärkten Signallicht zu messen.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem Output-timing des verstärkten Signallichts und den Perioden, in welchen der optische Schalter 6 im ON- Zustand bleibt, um das leck-artige Eintreten des verstärkten Signallichts zu blockieren, Überwachungszeiten G vorgesehen.

Fig. 3B zeigt ein Beispiel, des Signalverlaufs des Steuerungssignals Qi zum Blockieren des fehlerhaften leckartigen Eintretens. In diesem Beispiel wird das Anhalten des On-Zustands des optischen Schalters 6 um mehr als 50% reduziert, um das leck-artige, fehlerhafte Eintreten zu blockieren. Derart ist es möglich, das leck­ artige Eintreten des verstärkten Signallichts zu blockieren und die ASE-Lichtleistung präzise zu messen.

Wie oben beschrieben, wird im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Wellenlängen-Divisions-Multiplex- Signallicht, welches die Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen enthält, die von den Modulationstakten moduliert sind, deren Perioden kürzer als die Extinktionszeitkonstante des optischen Verstärkers 1 sind, dem optischen Verstärker 1 zugeführt, und das Output-Licht des optischen Verstärkers 1, welches das verstärkte Signallicht nicht enthält, wird durch den optischen Schalter 4 extrahiert, um nur das ASE-Licht dem optischen Spektralanalysegerät 6 zuzuführen. Deshalb ist es möglich, die Leistungen P_ASE1~P_ASEn des ASE-Lichts bei den jeweiligen Wellenlängen unabhängig vom verstärkten Signallicht zu messen.

Variable Wellenlängen E/O-Transducer sind vorzugsweise wie die E/O-Transducer 2a~2c aufgebaut. Bei diesem Aufbau können die Wellenlängen des Output-Lichts der E/O- transducer gesteuert werden. Deshalb ist es möglich, die Rauschzahlen bei gewünschten Wellenlängen zu bestimmen.

C. Zweite bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 4 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau eines Rauschzahl-Meßgeräts für eine Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-Verstärkung gemäß einer zweiten bevorzugten, Ausführung der vorliegenden Erfingung. Die Teile, die mit denjenigen in der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen, in Fig. 1 gezeigten Ausführung übereinstimmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung versehen, und eine Beschreibung hiervon erübrigt sich.

In der zweiten bevorzugten Ausführung sind mehrere Lichtquellen 12a~12c anstatt der E/O-Transducer 12a~12c der ersten bevorzugten Ausführung vorgesehen. Diese Lichtquellen 12a~12c emittieren jeweils kontinuierliches Licht mit verschiedenen Wellenlängen λ₁~λ_n. Die Output- Lichtanteile 12a~12c werden vom Lichtmischer 3 gemischt und das Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Signallicht wird als Output vom Lichtmischer 3 ausgegeben. Ein optischer Schalter 11 ist zur Generierung von Licht-Impulsen basierend auf dem Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Signallicht vorgesehen. Ein Modulationstaktsignal Q wird dem optischen Schalter 11 durch den Modulationssignalgenerator 5 zugeführt. Der optische Schalter 11 wird durch das Modulationstaktsignal Q in einen AN-Zustand geschaltet. Als Resultat werden Licht- Impulse als Output vom optischen Schalter 11 ausgegeben. Die derart als Output ausgegebenen Lichtimpulse werden vom optischen Verstärker 1 verstärkt und das verstärkte Signallicht wird als Output vom optischen Verstärker 1 ausgegeben.

Der optische Schalter 11 ist mit mehreren akusto­ optischen Einrichtungen ausgebildet, die in Reihe geschaltet sind und die akusto-optische Einrichtung wird auch für den optischen Schalter 4 verwendet. Der Grund für die Verbindung der akusto-optischen Einrichtungen in Reihe wird später beschrieben.

Der Modulationsgenerator 5 führt ferner dem optischen Schalter 4 ein Steuerungssignal Qi zu. Die Phase des Steuerungssignals Qi ist gegenüber der Phase des Modulationstaktes Q verschoben. Der optische Schalter 4 wird durch das Steuerungssignal Qi in einen An-Zustand geschaltet, wenn das verstärkte Signallicht nicht als Output vom optischen Verstärker 1 ausgegeben wird, sondern nur wenn das ASE-Licht als Output vom optischen Verstärker ausgegeben wird. Deshalb wird das verstärkte Signallicht vom optischen Schalter 4 blockiert und nur das ASE-Licht passiert den optischen Schalter 4.

Im Falle, daß der optische Schalter 4 einen geringen Widerstand gegen Übersprechen aufweist und das vom optischen Verstärker 1 ausgegebene verstärkte Signallicht nicht exakt blockiert wird, kann fehlerhafterweise als Leck, ein Teil des vom optischen Verstärker 1 als Output ausgegebenen, verstärkten Signallichts in das Output- Licht des optischen Schalters 4 gemäß Fig. 5 eintreten. In diesem Fall entstehen Meßfehler bei der Messung der zu den Wellenlängen λ₁~λ_n korrespondieren ASE- Lichtleistungen P_ASE1~P_ASEn.

Jedoch werden in der zweiten bevorzugten Ausführung akusto-optische Einrichtungen als optische Schalter verwendet. Die Unterdrückungs-Rate für Leck-Licht einer akusto-optischen Einrichtung ist etwa 20~40 dB. Deshalb wird, wenn jeder optische Schalter aus zwei akusto­ optischen, in Reihe geschalteten Einrichtungen ausgebildet ist, die Unterdrückungsrate für Leck-Licht des optischen Schalters auf 40~80 dB verbessert. Desweiteren heben, wenn zwei akusto-optische Einrichtungen des optischen Schalters derart angeordnet sind, daß die Polarisationsebenen der Einrichtungen sich im rechten Winkel schneiden, die von den Polarisationsebenen der Einrichtungen abhängigen Charakteristiken einander auf. Deshalb ist es in dem Fall, daß die optischen Schalter 4 und 11 aus zwei in Reihe geschalteten akusto-optische Einrichtungen ausgebildet sind, möglich, die Rauschzahlen NF₁~NF_n für die Wellenlängen-Divisions-Multiplex- Verstärkung präzise zu messen.

D. Dritte bevorzugte Ausführung

Fig. 6 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau eines Rauschzahlmeßgerätes für Wellenlängen-Divisions- Multiplex-Verstärkung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die mit denjenigen in der ersten bevorzugten, in Fig. 1 gezeigten Ausführung identischen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung versehen und auf eine Beschreibung hiervon wird verzichtet.

In den oben beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungen werden die Rauschzahlen eines Erbium­ dotierten Verstärkers für optische Fasern gemessen. Hingegen mißt die Rauschzahlmeßeinrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführung die Rauschzahlen eines in Fig. 6 gezeigten optischen Halbleiterverstärkers 50. Im allgemeinen sind die Zeitkonstanten der Extinktion von optischen Halbleiter-Verstärkern sehr kurz. Deshalb werden Lichtimpulse dem optischen Halbleiter-Verstärker 50 mit einer höheren Frequenz von mehr als 1 GHz zugeführt.

Insbesondere ist die Atom-Lebensdauer τ_2eff des optischen Halbleiterverstärkers 50 weniger als einige Nanosekunden.

Deshalb sollte die Modulationsfrequenz zur Generierung der Input-Impulse, welche dem optischen Halbleiter- Verstärker 50 zugeführt werden sollen, mehr als mehrere GHz sein.

Um derartige Lichtimpulse mit hoher Rate zu erzeugen, sind E/O-Transducer 13a~13c anstatt der E/O-Transducer 2a~2c vorgesehen. Die E/O-Transducer 13a~13c weisen jeweils Halbleiter-Laser auf, welche CW-Licht (= Continuous Wave = kontinuierliche Wellen) erzeugen, die unterschiedliche Wellenlängen bei konstanten Lichtleistungen aufweisen und Photomodulatoren zum Modulieren der CW-Lichtanteile gemäß den von dem Modulationssignal-Generator 5 zugeführten Taktsignalen Q₁~Q_n. Die Modulationstaktsignale Q₁~Q_n weisen eine hohe Frequenz, beispielsweise 10 GHz auf. Um das CW-Licht bei einer derart hohen Frequenz zu modulieren, ist es erforderlich, Photo-Transducer des Hochge­ schwindigkeitstyps als Modulatoren der E/O-Transducer 13a~13c zu verwenden. Deshalb werden LiNbO₃ Photomodulatoren oder Photomodulatoren des Extinktions- Typs, welche höhere Frequenzen von Vielfachen von 10 GHz betreiben können, in den E/O-Transducern 13a~13c als Modulatoren eingesetzt.

Die anderen Teile mit Ausnahme der E/O-transducern 13a~13c sind die gleichen wie diejenigen in der ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung.

In dieser dritten bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es möglich, die Rauschzahlen NF₁~NF_n des optischen Halbleiterverstärkers 50 zu messen, der das Wellenlänge- Divisions-Multiplex-Signallicht verstärkt.

E. Vierte bevorzugte Ausführung

Im allgemeinen werden Erbium-dotierte optische-Faser- Laser hergestellt, indem Erbium in die Seelen der optischen Einfach-Modus-Fasern dotiert wird, deren Übertragungseigenschaften unabhängig von den Polarisationsebenen des Input-Lichts sind.

Deshalb ist, wenn Licht einer Erbium-dotierten optischen Faser zur Anregung der optischen Faser als Input zugeführt wird und das Verstärkungsphänomen dadurch in der optischen Faser erzeugt wird, die derart erzeugte Verstärkung unabhängig von der Polarisationsebene des Input-Licht.

Es gibt optische Isolatoren oder optische Filter, deren Eigenschaften unabhängig von der Polarisationsebene des Lichts sind. Deshalb ist es möglich, einen Erbium­ dotierten optischen Faser-Verstärker auszubilden, dessen Eigenschaften unabhängig von der Polarisationsebene des Input-Lichts sind, indem eine Erbium-dotierte optische Faser und dieser Typ von optischem Isolator oder optischem Filter kombiniert werden. Forschung und Entwicklung werden derzeit massiv auf die Herstellung eines Erbium-dotierten optischen Faser-Verstärkers gerichtet.

Andererseits gibt es zwei andere Typen von optischen Verstärkern, deren Verstärkungseigenschaften abhängig von der Polarisationsebene des Input-Lichts sind.

Zum Beispiel gibt es optische Fasern wie PANDA optische Fasern, deren Übertragungseigenschaften abhängig von der Polarisationsebene des Input-Lichts sind. Wenn Erbium in die Seele dieses Typs optischer Fasern dotiert wird, ist es möglich, einen Erbium-dotierten optischen Faserverstärker herzustellen, dessen Verstärkungs­ eigenschaften abhängig von der Polarisationsebene des Input-Lichts sind.

Bei der Produktion von Halbleiter-Laser-Verstärkern sollte eine aktive Schicht zur Verstärkung von Licht derart ausgebildet sein, daß die Dicke und Breite der Schicht die gleiche Größe aufweisen. Jedoch ist es schwierig, die Breite und die Dicke der aktiven Schicht einzustellen. Deshalb haben die meisten optischen Halbleiterverstärker von der Polarisationsebene des Input-Lichts abhängige Verstärkungseigenschaften.

Bei diesem optischen Halbleiterverstärker-Typ sind der Verstärkungsfaktor (gain) und die Leistung des Output- Lichts abhängig von der Polarisationsebene des Input- Lichts. Ferner ist das vom optischen Halbleiterverstärker als Output ausgegebene ASE-Licht abhängig von der Polarisationsebene der Output-Oberfläche des Verstärkers.

Wenn die Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Verstärkung durch diesen optischen Halbleiterverstärker ausgeführt wird und die Rauschzahlen NF₁~NF_n der Verstärkung gemessen werden sollen, ist es erforderlich, die Verstärkungsfaktoren oder die ASE-Licht-Leistungen, welche zur Polarisationsebene des verstärkten Signallichts, das vom optischen Halbleiterverstärker emittiert wird, korrespondieren, zu messen.

Das Rauschzahlmeßgerät gemäß der vierten bevorzugten Ausführung ist ein Gerät zur Messung der Rauschzahlen von optischen Verstärkern, deren Verstärkungs-Eigenschaften von der Polarisationsebene des Input-Lichts abhängen.

Fig. 7 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau des Rauschzahlmeßgeräts gemäß der vierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die mit denjenigen in der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführung identischen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung bezeichnet und eine Beschreibung hiervon erübrigt sich.

In Fig. 7 sind Polarisations-Steuereinrichtungen 15a~15c jeweils zwischen den Ausgängen der E/O-Transducer 2a~2c und den Eingängen des Lichtmischers 3 eingefügt, um die Polarisationsebenen der von den IE/O-Transducer 2a~2c emittierten Lichtimpulse anzugleichen.

Der optische Verstärker 1 ist ein Erbium-dotierter optischer Verstärker, dessen Verstärkungseigenschaften von der Polarisationsebene des Input-Lichts abhängen. Die von den Polarisations-Steuereinrichtungen 15a~15c als Output ausgegebenen Lichtimpulse werden durch den Mixer 3 gemischt und die Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulse werden am optischen Verstärker 1 als Input angegeben. Das Output-Licht des optischen Verstärkers 1 enthält die zu den Input-Lichtimpulsen korrespondierenden verstärkten Lichtimpulse und das andere Licht.

Eine Polarisations-Steuereinrichtung 16 und eine Polarisations-Einrichtung 17 sind zwischen dem Ausgang des optischen Verstärkers 1 und dem Eingang der Spektral- Analyse-Einrichtung 6 eingefügt.

Die Polarisation-Steuereinrichtung 16 und die Polarisations-Einrichtung 17 bilden eine Einrichtung zum Extrahieren eines polarisierten Lichts, welches eine Polarisationsebene aufweist, die mit derjenigen des verstärkten Signallichts vom Output-Licht des optischen Verstärkers 1 Koinzidenz zeigt.

Als nächstes wird die Funktion der vierten bevorzugten Ausführung beschrieben. Bei dieser bevorzugten Ausführung werden E/O-Transducer 2a~2c und der optische Schalter in Phase basierend auf den vom Modulationssignalgenerator 5 erzeugten Modulationstakt­ signalen Q₁~Q_n aktiviert.

Bei der Messung der Verstärkungsfaktoren (gains) des optischen Verstärkers 1 werden das Steuerungssignal Qi und die Modulationstaktsignale in Phase erzeugt. Deshalb wird der optische Schalter 4 in einen AN-Zustand geschaltet, wenn der verstärkte Licht-Impuls und das ASE-Licht vom optischen Verstärker 1 ausgegeben werden. Daraus resultiert, daß der verstärkte Licht-Impuls und das ASE-Licht, die derart ausgegeben werden, der Polarisationssteuerung 16 durch den optischen Schalter 4 zugeführt werden.

Die Polarisationssteuereinrichtung 16 wird derart angesteuert, daß die Leistung des Output-Lichts der Polarisationseinrichtung 17 maximiert wird. Es ist schwierig, die Polarisationssteuereinrichtung 16 derart anzusteuern, daß die Leistung des Output-Lichts der Polarisationseinrichtung 17 minimiert wird. Jedoch ist es einfach, die Polarisationssteuereinrichtung 16 derart anzusteuern, daß die Leistung des Output-Lichts der Polarisationseinrichtung 17 maximiert wird.

Unter der Ansteuerung der Polarisationssteuereinrichtung 16 gibt die Polarisationseinrichtung 17 das verstärkte, Spektren mit verschiedenen Wellenlängen enthaltende Licht und das ASE-Licht aus, dessen Polarisationsebene mit der des verstärkten Lichts Koinzidenz aufweist.

Die Spektralanalyse-Einrichtung 6 (spectrum analyser) analysiert die Leistungen P_AMP1~P_AMPn der Spektren, die zu den Wellenlängen λ₁~λ_n des Wellenlänge-Divisions- Multiplex-Lichtimpulses korrespondieren basierend auf dem Output-Licht der Polarisierungseinrichtung 17. Die derart analysierten Leistungen P_AMP1~P_AMPn werden basierend auf dem Übertragunsverlust der Polarisations- Steuereinrichtung 16 und der Polarisationseinrichtung 17 revidiert. Die Verstärkungsfaktoren (gains) des optischen Verstärkers 1 bei der Wellenlänge λ₁~λ_n werden dann basierend auf den revidierten, also umgerechneten Output- Leistungen gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2) berechnet.

Die Funktion zur Messung der ASE-Leistungen und Berechnung der Rauschzahlen sind identisch mit jenen in der ersten bevorzugten Ausführung. Deshalb wird die Beschreibung hiervon weggelassen.

F. Fünfte bevorzugte Ausführung

Fig. 8 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau eines Rauschzahlmeßgeräts für Wellenlänge-Divisions-Multiplex- Verstärkung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Teile, welche identisch mit denen in der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführung sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung bezeichnet, und die Beschreibungen hiervon werden deshalb weggelassen.

Ein Generationsteil 18 für Licht kurzer Wellenlänge und ein Generationsteil 19 für Licht langer Wellenlänge sind in der Rauschzahlmeßeinrichtung vorgesehen.

Das Generationsteil 18 für Licht kurzer Wellenlänge umfaßt Lichtquellen 2a~2c, einen Lichtmischer 20a und einen optischen Schalter 21a. Die Lichtquellen 2a~2c emittieren jeweils CW-Licht mit kurzen Wellenlängen λ₁~­ λ_n/2. Die CW-Lichtanteile werden durch den Lichtmischer 20a gemischt und das Wellenlängeteilungs-Multiplex-CW- Licht wird dem optischen Schalter 21a vom optischen Mischer 20a zugeführt. Der optische Schalter 21a wird durch ein von einem Modulationssignalgenerator 24 zugeführtes Modulationstaktsignal Q in den AN-Zustand geschaltet. Kurzwellenlänge-Teilungs-Multiplex-Licht- Impulse, die aus zu kurzen Wellenlängen λ₁~λ_n/2 korrespondierende Spektren bestehen, werden vom optischen Schalter 21a synchronisiert mit dem Modulationstakt Q ausgegeben.

Andererseits umfaßt das Lange-Wellenlängen-Licht- Generationsteil 19 Lichtquellen 2d~2n, einen Lichtmischer 20b und einen optischen Schalter 21b. Die Lichtquellen 2d~2n emittieren jeweils CW-Lichtanteile mit langen Wellenlängen X_(n/2)+1~λ_n. Die CW-Lichtanteile werden vom Lichtmischer 20b gemischt und das Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-CW-Licht wird dem optischen Schalter 21b vom optischen Mischer 20b zugeführt. Der optische Schalter 21b wird durch ein Modulationstaktsignal Qi, welches von einem Modulationssignalgenerator 24 zugeführt wird, in AN-Zustand geschaltet. Die Modulationstaktsignale Qi und Q haben die gleiche Periode. Aber die Phase des Modulationstaktsignals Qi ist gegenüber derjenigen des Modulationstaktsignales Q um 180° verschoben. Lange Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtimpulse, die aus den zu den langen Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n korrespondierenden Spektren bestehen, werden vom optischen Schalter 21b synchronisiert mit dem Modulationstakt Qi ausgegeben.

Somit werden die Kurze-Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulse und die Lange-Wellen-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulse alternativ von den kurze- und lange- Wellenlängen-Licht-Generations-Teilen 18 und 19 generiert. Die kurze- und lange-Wellenlänge-Teilungs- Multiplex-Licht-Impulse, die derart erzeugt werden, werden alternativ dem optischen Verstärker 1 durch einen Lichtmischer 22 zugeführt.

Ein optischer Schalter 23 ist zwischen dem Ausgang des optischen Verstärkers 1 und dem Eingang des optischen Spektralanalysegerät 6 eingefügt. Der optische Schalter 23 wird durch das Modulationstaktsignal Q oder Qi in einen AN-Zustand geschaltet.

Fig. 9 zeigt Signalverläufe von im Rauschzahlmeßgerät erzeugten Lichtsignalen. Die Funktion des Geräts wird mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben.

Wie oben beschrieben und in Fig. 9 gezeigt, werden die kurze- und lange-Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulse alternativ generiert und die kurze- und lange-Wellenlänge-Teilungs-Multiplex-Lichtimpulse, die derart generiert werden, werden alternativ dem optischen Verstärker 1 durch den Lichtmischer 22 unter Zeit- Teilungs-Steuerung zugeführt. Das kontinuierliche Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Licht wird also dem optischen Verstärker wie in Fig. 9 gezeigt, zugeführt.

Daraus resultiert, daß das Verstärkungsmittel des optischen Verstärkers 1 kontinuierlich in einem Populations-Inversions-Zustand bleibt.

Deshalb können die Periode der Modulationstakte Q und Qi länger als die Anregungsdauer der Atome oder die Dauer der Träger sein.

Die verstärkten Wellenlänge-Teilungs-Multiplex- Lichtanteile, die zu den kurze-Wellenlänge-Teilungs- Multiplex-Lichtimpulsen korrespondieren und die verstärkten Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtanteile, die zu den Lange-Wellenlänge-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulsen korrespondieren, werden alternativ vom optischen Verstärker 1 ausgegeben. Ferner werden die ASE- Lichtanteile vom optischen Verstärker 1 zusammen mit den verstärkten Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtanteilen ausgegeben.

In dem Fall, daß das Modulationstaktsignal Q dem optischen Schalter 23 zugeführt wird, werden die zu den Kurze-Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtimpulsen korrespondierenden verstärkten Lichtanteile und die ASE- Lichtanteile der optischen Spektralanalyseeinrichtung 6 durch den optischen Schalter 23 zugeführt. In dem Fall, daß das Modulationstaktsignal Qi dem optischen Schalter 23 zugeführt wird, werden die verstärkten Lichtanteile, die zu den Lange-Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Lichtimpulsen und die ASE-Lichtanteile der optischen Spektralanalyseeinrichtung durch den optischen Schalter 23 zugeführt.

Die Fig. 10A~10C und 11A~11C zeigen die Spektren des Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichts, das im Rausch­ zahlmeßgerät erzeugt wird.

Zunächst wird der Fall, daß das Modulationstaktsignal Q dem optischen Schalter 23 zugeführt wird, beschrieben. In diesem Fall gibt, wenn der optische Schalter 23 durch das Modulationstaktsignal Q in den AN-Zustand geschaltet wird, der optische Verstärker 1 das verstärkte Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Licht, das zu dem kurze- Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Lichtimpuls korrespondiert, welcher von der kurze-Wellenlängen- Generations-Einheit 18 ausgegeben wird und die ASE- Lichtanteile, welche zu den Lange-Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-Lichtimpulsen korrespondieren, welche von der Lange-Wellenlänge-Lichtgenerations-Einheit 19 ausgeben werden, aus.

Deshalb werden das verstärkte, aus den Spektren mit den kurzen Wellenlänge λ₁~λ_n/2 bestehende Licht und das ASE-Licht, welches aus den Spektren mit den langen Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n besteht, dem optischen Spektralanalysegerät 6 durch den optischen Schalter 23 zugeführt. Als Resultat werden die Leistungen P_AMP1~P_AMPn/2 der Spektren mit den Wellenlängen λ₁~λ_n, die im verstärkten Wellenlängenteilungs-Multiplex-Licht enthalten sind, und die Leistung P_ASE(n/2)+1~P_ASEn der Spektren mit den Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n, die im ASE- Licht enthalten sind, vom optischen Spektralanalysegerät 6 gemessen.

Als nächstes wird der Fall beschrieben, daß der Modulationstakt Qi dem optischen Schalter 23 zugeführt wird. In diesem Falle gibt, wenn der optische Schalter 23 durch den Modulationstakt Qi in den AN-Zustand geschaltet wird, der optische Verstärker 1 das verstärkte Wellenlänge-Teilungs-Multiplex-Licht aus, das zum lange- Wellenlänge-Teilungs-Multiplex-Lichtimpuls korrespondiert, der vom lange-Wellenlängen Licht- Generations-Teil 19 ausgegeben wird und die ASE- Lichtanteile, die zu dem kurze-Wellenlänge-Teilungs- Multiplex-Lichtimpuls korrespondieren, der von der kurze- Wellenlängen-Licht-Generations-Einheit 18 ausgegeben wird.

Deshalb wird das verstärkte Licht, das aus den Spektren mit den langen Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n und das ASE-Licht, das aus den Spektren mit den kurzen Wellenlängen λ₁~λ_n/2 besteht, dem optischen Spektralanalysegerät 6 durch den optischen Schalter 23 zugeführt. Als Resultat werden die Leistungen P_AMP(n/2)+1~P_AMPn der Spektren mit den Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n, die im verstärkten Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Licht enthalten sind, und die Leistungen P_ASE1~P_ASEn/2 der Spektren mit den Wellenlängen λ₁~λ_n/2, die im ASE-Licht enthalten sind, vom optischen Spektralanalysegerät 6 gemessen.

Derart werden die Leistungen P_AMP1~P_AMPn des verstärkten Lichts und die Leistungen P_ASE1~P_ASEn des ASE-Lichts bestimmt. Die Rauschzahlen bei den Wellenlängen λ₁~λ_n werden präzise basierend auf den derart bestimmten Leistungen gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) berechnet.

6. Sechste bevorzugte Ausführung

Fig. 12 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau eines Rauschzahlmeßgerätes für Wellenlängen-Teilungs-Multiplex- Verstärkung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Teile, welche mit denen der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführung identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung bezeichnet und die Beschreibung hiervon wird deshalb weggelassen.

In dieser bevorzugten Ausführung sind Lichtgenerations- Einheiten 27a und 27b vorgesehen. Die Lichtgenerationseinheit 27a weist eine Lichtquelle 2a und einen optischen Schalter 25a auf. Die Lichtquelle 2a emittiert CW-Licht mit der Wellenlänge λ₁. Die Licht- Generations-Einheit 27b weist eine Lichtquelle 2b und einen optischen Schalter 25b auf. Die Lichtquelle 2b emittiert ein CW-Licht, mit der Wellenlänge λ_n. Die Wellenlängen λ₁ und λ_n der CW-Lichtanteilanteile können gesteuert werden.

Die von den Lichtquellen 2a und 2b emittierten CW- Lichtanteile werden einem Lichtmischer 26 über die optischen Schalter 25a und 25b zugeführt. Die derart zugeführten CW-Lichtanteile werden durch den Lichtmischer gemischt und das gemischte Licht wird dem optischen Verstärkter 1 zugeführt. Das Output-Licht des optischen Verstärkers 1 wird dem optischen Spektralanalysegerät 6 durch einen optischen Schalter 28 zugeführt. Ein Modulations-Signal-Generator 29 erzeugt Modulations­ taktsignale zum Umschalten der optischen Schalter 25a, 25b und 28.

Die Fig. 13A, 13B, 14A und 14B zeigen die Änderungen der in den Input- und Output-Lichtanteilen des optischen Verstärkers 1 enthaltenen Spektren über der Zeit. Unter Bezug auf diese Zeichnungen werden einige Beispiele der Funktion der bevorzugten Ausführung erläutert.

Im ersten Beispiel ist der optische Schalter 25a im AN- Zustand fixiert und keine Modulation wird mit dem von der Lichtquelle 2a emittierten CW-Licht ausgeführt. Andererseits wird der optische Schalter 25b durch das vom Modulationssignal-Generator 29 erzeugte Modulations­ taktsignal umgeschaltet und die Amplitudenmodulation wird derart mit dem von der Lichtquelle 2b emittierten CW- Licht ausgeführt. Deshalb wird das Wellenlängen-Teilungs- Multiplex-Licht, das aus dem CW-Licht mit der Wellenlänge λ₁ und aus den Lichtimpulsen mit den Wellenlängen λ_n besteht, dem Verstärker 1 durch den optischen Verstärker 1 wie in Fig. 13A gezeigt, zugeführt.

Der AN/AUS-Zustand des optischen Schalters 28 wird durch ein Modulationstaktsignal umgeschaltet, welches vom Modulationstaktsignal-Generator 29 unter Synchronisierung mit dem dem optischen Schalter 25b zugeführten Modulationstaktsignal erzeugt wird. Das Output-Licht des optischen Verstärkers 1, welches das verstärkte Licht und das ASE-Licht enthält, wird dem optischen Spektralanalysegerät 6 durch den optischen Schalter 28 zugeführt.

Die Leistung P_AMPn des verstärkten Lichts und die Leistung P_ASEn des ASE-Lichts, welche die Wellenlänge λ_n aufweisen, werden jeweils vom Spektralanalysegerät 6 durch Steuerung der Phase des Modulationstaktes zum optischen Schalter 28 detektiert.

Insbesondere werden, wenn die Leistung P_AMPn detektiert wird, der Modulationstakt zum Umschalten des optischen Schalters 28 und derjenige zum Umschalten des optischen Schalters 25b in Phase generiert. Daraus resultiert, daß der optische Schalter 28 in einen AN-Zustand umgeschaltet wird, wenn das verstärkte Licht, welches zum Input- Lichtimpuls mit der Wellenlänge λ_n korrespondiert, vom optischen Verstärker 1 ausgegeben wird. Das optische Spektralanalysegerät 6 detektiert dann die Leistung P_AMPn des verstärkten Lichts mit der Wellenlänge λ_n, wie Fig. 13B zeigt.

Wenn die Leistung P_ASEn detektiert wird, werden das Modulationstaktsignal zum Umschalten des optischen Schalters 28 und dasjenige zum Umschalten des optischen Schalters 25b mit entgegengesetzter Phase generiert. Daraus resultiert, daß der optische Schalter 28 in eine AN-Zustand geschaltet wird, wenn das zum Input- Lichtimpuls mit der Wellenlänge λ_n korrespondierende verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker 1 ausgegeben wird, aber das ASE-Licht mit der Wellenlänge λ_n ausgegeben wird. Das optische Spektralanalysegerät 6 detektiert dann die Leistung P_ASEn des ASE-Lichts mit der Wellenlänge λ_n gemäß Fig. 13B.

Derart werden die Leistungen P_AMPn und P_ASEn eigens gemessen, indem das Output-Licht, also das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 1 basierend auf der Phase des Output-Lichts getrennt wird.

Die Wellenlänge λ_n des von der Lichtquelle 2b ausgegebenen Lichts kann gesteuert werden. Es ist also möglich, den Unterschied zwischen den Wellenlängen λ_n und λ₁ zu steuern. Deshalb kann die Änderung der Rauschzahl bei der Wellenlänge λ_n aufgrund des Unterschiedes zwischen den Wellenlängen bestimmt werden, indem die Wellenlänge λ_n verändert wird und die Leistungen P_AMPn und P_ASEn, die zu den verschiedenen Wellenlängen korrespondieren, gemessen werden.

Die Fig. 14A und 14B zeigen das zweite Beispiel eines Betriebs, wobei die Rauschzahl NF_n bei der Wellenlänge λ_n gemessen wird, wobei die Wellenlänge λ₁ des kontinuierlichen Wellen-Lichts geändert wird und die Wellenlänge λ_n des Lichtimpulses fixiert wird.

Claims (19)

1. Verfahren zur Messung von Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Erzeugen von Lichtimpulsen mit verschiedenen Wellenlängen λ₁~λ_n, deren Periode kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
Zuführen der Lichtimpulse zum optischen Verstärker; getrenntes Messen der Leistungen P_AMP1~P_AMPn der verstärkten Lichtanteile, die vom optischen Verstärker ausgegeben werden, und welche zu den Licht-Impulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ₁~λ_n aufweisen, und der Leistungen P_ASE1~P_ASEn von Lichtanteilen, welche die Wellenlängen λ₁~λ_n aufweisen und vom optischen Verstärker ausgegeben werden, wenn die verstärkten Lichtanteile nicht vom optischen Verstärker ausgegeben werden; und
Berechnung der Rauschzahlen NF₁~NF_n bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:
NF_k = (P_ASEk/h ν_kG_kB_o) + (1/G_k)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Wirkungskonstante ist, ν_k (k = 1~n)die Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, G_k (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λ_k (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind, und B_o eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches zur Messung der Leistungen P_ASE1~P_ASEn verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleistungs-Meß-Instrumente mit verschiedenen Passierbändern, welche eine Bandbreite B_o und mittlere Wellenlängen λ₁~λ_n aufweisen, verwendet werden, um das Output-Licht des optischen Verstärkers zu messen, um getrennt die Leistungen P_AMP1~P_AMPn und P_ASE1~P_ASEn zu bestimmen.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleistungs- Meß-Instrumente, deren Passierbänder eine Bandbreite B_o haben und die derart eingestellt werden können, daß die mittleren Wellenlänge der Passierbänder koinzident mit den Wellenlängen λ₁~λ_n der Lichtimpulse Sind, verwendet werden, um das Output- Licht des optischen Verstärkers zu messen, um separat die Leistungen P_AMP1~P_AMPn und P_ASE1~P_ASEn zu bestimmen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren G_k (k = 1~n) nach folgender Beziehung berechnet werden
Gn = (P_AMPk~P_ASEk)/P_INPUTk (k = 1~n)
wobei P_INPUTk (k = 1~n) Lichtleistungen der Lichtimpulse mit den Wellenlängen λ₁~λ_n sind, die dem optischen Verstärker zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpulse mit den Wellenlängen λ₁~λ_n durch Aktivierung von Lichtquellen erzeugt werden, welche Lichtanteile mit den Wellenlängen λ₁~λ_n durch einen elektrischen Modulationstakt erzeugen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierliche-Wellen- Licht-Anteile mit den Wellenlängen λ₁~λ_n durch mehrere Lichtquellen erzeugt werden und die kontinuierliche-Wellen-Licht-Anteile durch mehrere optische Schalter durch einen Modulationstakt ge­ chopped eingeschaltet werden, um Lichtimpulse mit den Wellenlängen λ₁~λ_n zu erzeugen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Output-Lichtsignal des optischen Verstärkers dem Instrument zur Messung der Lichtleistung über einen optischen Schalter zugeführt wird und der optische Schalter durch ein Steuerungssignal geschaltet wird, das mit dem Input­ timing der Licht-Impulse des optischen Verstärkers synchronisiert wird, um getrennt die Leistungen P_AMP1~P_AMPn und P_ASE1~P_ASEn zu bestimmen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Verstärker ein Erbium-dotierter optische-Faser-Verstärker ist und die Impulsfrequenzen der Lichtimpulse mehr als das Vielfache von 10 kHz sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Verstärker ein optischer Halbleiter-Verstärker ist und die Impulsfrequenzen der Lichtimpulse mehr als 1 GHz sind.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungen bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des verstärkten Lichts und die Leistungen bei den Wellenlängen λ₁~λ_n eines Lichtanteils, der vom optischen Verstärker ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird und die Polarisationsebene koinzident ist mit derjenigen des verstärkten Lichts, getrennt als Leistungen P_AMP1~P_AMPn und Leistungen P_ASE1~P_ASEn gemessen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der optischer Schalter ein akusto-optischer Schalter ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schalter während Perioden, in welchen die Leistungen P_AMP1~P_AMPn oder P_ASE1~P_ASEn gemessen werden sollen, in einem "AN"-Zustand gehalten wird gehalten wird und Überwachungszeiten zwischen den Perioden, in welchen der optische Schalter in einem AN-Zustand gehalten wird und Perioden, in welchen die Höhe der Amplituden der Lichtimpulse geändert werden, vorgesehen sind.

13. Verfahren zur Messung der Rauschzahlen eines optischen Verstärkers dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Erzeugung erster und zweiter Modulationstakte mit entgegengesetzter Phase, wobei die ersten und zweiten Modulationstakte eine Periode haben, die kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
Generation von Lichtimpulsen kurzer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ₁~λ_n/2 aufweisen und durch den ersten Modulationstakt moduliert werden;
Generation von Lichtimpulsen langer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n aufweisen und durch den zweiten Modulationstakt moduliert werden;
Mischen der Lichtimpulse kurzer und langer Wellenlänge zur Erzeugung eines kontinuierlichen Lichts;
Zuführen des kontinuierlichen Lichts zum, optischen Verstärker;
Zuführen des Output-Lichts des optischen Verstärkers zu einem Instrument zur getrennten Messung der Leistungen der Spektren des Output- Lichts durch einen optischen Schalter;
Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem ersten oder zweiten Modulationstakt, sodaß Leistungen P_AMP1~P_AMP(n/2) bei den Wellenlängen λ₁~λ_n/2 eines verstärkten Lichtes, welches zu den Impulsen kurzer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen P_ASE(n/2)+1~P_ASEn bei den Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n eines Lichts, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, vom Instrument gemessen werden;
Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem ersten oder zweiten Modulationstakt, sodaß Leistungen P_AMP(n/2)+1~P_AMPn bei den Wellenlängen λ_(n/2)+1~λ_n eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen langer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen P_ASE1~P_ASE(n/2) bei den Wellenlängen λ₁~λ_n/2 eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, vom Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NF₁~NF_n bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NF_k = (P_ASEk/h ν_kG_kB_o) + (1/G_k)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Konstante ist, ν_k (k = 1~n) Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, G_k (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren (= gains) bei den Wellenlängen λ_k (k = 1~n) des optischen Verstärkers sind, und B_o eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist das zur Messung der Leistungen P_ASE1~P_ASEn verwendet wird.

14. Verfahren zur Messung der Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, das es folgende Schritte umfaßt:
Erzeugung eines Modulationstaktes mit einer Periode, die kürzer ist als eine Extinktions- Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
Generation eines kontinuierliche-Wellen-Lichts mit einer Wellenlänge λ₁;
Generation von Lichtimpulsen mit einer Wellenlänge λ_n und Modulation der Amplitude durch den Modulationstakt;
Zuführen des kontinuierliche-Wellen-Lichts und des Lichtimpulses zum optischen Verstärker;
Zuführen des Output-Lichts des optischen Verstärkers zu einem Instrument zur getrennten Messung von Leistungen von Spektren des Output- Lichts durch einen optischen Schalter;
Änderung der Wellenlänge λ_n der Lichtimpulse und Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem Modulationstakt, sodaß die Leistung PAMP_n bei den Wellenlängen λ_n eines verstärkten Lichts, welches zu den Lichtimpulsen korrespondiert und eine Leistung P_ASEn bei den Wellenlängen λ_n eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, durch das Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NF_n bei mehreren Wellenlängen λ_n des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NF_n = (P_ASEn/h ν_nG_nB_o) + (1/G_n)
wobei h die Plancksche Konstante ist, ν_n die Lichtfrequenz der Lichtimpulse ist, G_n der Verstärkungsfaktor bei der Wellenlänge λ_n des optischen Verstärkers ist und B_o eine handbreite eines Passierbandes des zur Messung der Leistung P_ASEn verwendeten Instrumentes ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauschzahl NF_n bei der Wellenlänge λ_n durch Änderung der Wellenlänge λ₁ des kontinuierliche-Wellen-Lichts und Fixieren der Wellenlänge λ_n der Lichtimpulse gemessen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schalter mehrere akusto-optische, in Reihe geschaltete Schalter umfaßt.

17. Gerät zur Messung von Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt:
Lichtimpuls-Zufuhr-Einrichtungen zum separaten Zuführen von Licht-Impulsen mit verschiedenen Wellenlängen λ₁~λ_n und einer Periode, die kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers und zum Zuführen der Lichtimpulse zum optischen Verstärker, und
Lichtleistungsmeßinstrumente zum getrennten Messen von Leistungen P_AMP1~P_AMPn von verstärkten, vom optischen Verstärker ausgegebenen Lichtanteilen, die zu den Lichtimpulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ₁~λ_n aufweisen, und von Leistungen P_ASE1~P_ASEn von Lichtanteilen mit den Wellenlängen λ₁~λ_n die vom optischen Verstärker ausgegeben werden, während die verstärkten Lichtanteile nicht vom optischen Verstärker ausgegeben werden.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpuls-Zufuhr-Einrichtung folgendes umfaßt:
Eine Einrichtung zur Generation eines Modulationstakts, welcher eine kürzere Periode aufweist als die Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
mehrere E/O-Transducer zum Erzeugen von Lichtimpulsen, die durch den Modulationstakt moduliert werden und verschiedene Wellenlängen λ₁~λ_n aufweisen und
einen Lichtmischer zum Mischen der Lichtimpulse und zum Zuführen des gemischten Lichtes zum optischen Verstärker und
daß das Licht-Leistungs-Meßinstrument einen optischen Schalter umfaßt, welcher synchronisiert mit dem Modulationstakt umgeschaltet wird, um getrennt das verstärkte Licht oder das Output- Licht des optischen Verstärkers, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, zu detektieren.

19. Gerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß es überdies folgendes umfaßt: eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung der Rauschzahlen NF₁~NF_n bei den Wellenlängen λ₁~λ_n des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NF_k = (P_ASEk/h ν_kG_kB_o) + (1/G_k)
(k = 1~n)
wobei h die Plancksche Konstante ist, ν_k (k = 1~n) die Lichtfrequenz der Lichtimpulse sind, G_k (k = 1~n) die Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λ_k (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind und B_o eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches verwendet wird, um die Leistungen P_ASE1~P_ASEn zu messen.