DE19612408C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Rauschzahl in optischen Verstärkern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Rauschzahl in optischen VerstärkernInfo
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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~λn 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 NFk
(k = 1~n) des optischen Verstärkers werden dann
folgendermaßen bestimmt:
NFk = (PASEk/hνkGkBo) + (1Gk) .... (1)
In obiger Gleichung ist PASEk die ASE-Leistung des als
Output ausgegebenen Lichts des optischen Verstärkers und
wird durch ein Lichtleistungsmeßgerät gemessen; BO ist
die Bandbreite des Lichtleistungsmeßgeräts; Gk ist der
auch als Gain bezeichnete Verstärkungsgrad des optischen
Verstärkers; h ist die Planck-Konstante (Plancksches
Wirkungsquantum) νk 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 PASEk
sehr niedrig und vernachläßigbar gegenüber der Leistung
PAMK 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 NFk (k = 1~n) zu bestimmen, ist es
erforderlich, die Leistungen der ASE-Lichtspektren,
welche zu den Wellenlängen λ1~λn des Wellenlängen-
Teilungs-Multiplex-Eingangslichtsignals korrespondierende
Wellenlängen aufweisen, zu bestimmen, also die Leistungen
PASE1~PASE (gepunktet dargestellt als "0"). Um die
Leistungen PASE1~PASEn' 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 PASE1~PASEn des
ASE-Lichts bei den Wellenlängen λ1~λn.
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~λn und eine kürzere Periode als eine
Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers
aufweisen, Beaufschlagen des optischen Verstärkers mit
den Licht-Impulsen, getrenntes Messen der Leistungen
PAMP1~PAMPn von vom optischen Verstärker als Output
ausgegebenen verstärkten Lichtsignalen, welche zu den
Lichtimpulsen korrespondieren und die Wellenlängen λ1~
λn aufweisen und der Leistungen PASE1~PASEn von
Lichtsignalen mit den Wellenlängen λ1~λn 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~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn des
optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:
NFk = (PASEk/hνkGkBo) + (1/Gk)
K = 1~n
In der obigen Gleichung ist h das Planck'sche-
Wirkungsquantum; νk (k = 1~n) sind die Lichtsignal
frequenzen der Licht-Impulse; Gk (k = 1~n) sind die
Verstärkungen bei den Wellenlängen λk (k = 1~n) des
optischen Verstärkers; Bo ist eine Bandbreite eines
Passierbandes eines zur Messung der Leistungen PASE1~
PASEn 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~λn/2 aufweisen und
welche durch den ersten Modulationstakt moduliert sind;
Erzeugung von Lichtimpulsen mit langer Wellenlänge,
welche verschiedene Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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~λn/2
eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen kurzer
Wellenlänge korrespondiert und Leistung PASE(n/2)+1~
PASEn bei Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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~PAMPn bei den Wellenlängen
λ(n/2)+1~λn eines verstärkten Lichts, welches zu den
Impulsen langer Wellenlänge und Leistung PASE1~
PASE(n/2) bei den Wellenlängen λ1~λn/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~NFn bei den
Wellenlängen λ1~λn des optischen Verstärkers gemäß
folgender Beschreibung.
NFk = (PASEk/hνkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
In obiger Gleichung ist h das Planck'sche Wirkungs
quantum; νk (k = 1~n) sind Lichtsignalfrequenzen der
Licht-Impulse; Gk (k = 1~n) sind die (auch als Gains
bezeichneten) Verstärkungen bei den Wellenlängen λk (k = 1
~n) des optischen Verstärkers und Bo ist eine
Bandbreite eines Passierbandes des zur Messung der
Leistungen PASE1~PASEn 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 λn 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 λn der Lichtimpule und
Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung
mit dem Modulationstakt, sodaß die Leistung PAMPn bei den
Wellenlängen λn eines verstärkten Lichts, welches zum
Lichtimpuls korrespondiert und eine Leistung PASEn bei
den Wellenlängen λn 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 NFn bei mehreren Wellenlängen λn des
optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:
NFn = (PASEn/hνnGnBo) + (1/Gn)
In obiger Gleichung ist h das Planck'sche
Wirkungsquantum; νn ist die Lichtfrequenz des
Lichtimpulses Gn ist eine Verstärkung bei der
Wellenlänge λn des optischen Verstärkers; Bo ist eine
Bandbreite eines Passierbandes des zur Messung der
Leistung PASEn 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~λn 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 PAMP1~PAMPn der
verstärkten, vom optischen Verstärker als Output
ausgegebenen Lichtsignale, welche zu den Licht-Impulsen
korrespondieren und die Wellenlängen λ1~λn aufweisen,
und von Leistungen PASE1~PASEn von Lichtsignalen mit den
Wellenlängen λ1~λn, 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.
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~λn 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~
λn korrespondierenden Spektren aus dem Output-Licht des
optischen Verstärkers detektiert. Im erfindungsgemäßen
Verfahren werden die jeweils zu diesen Spektren
korrespondierenden Lichtleistungen PASEk (k = 1 bis n)
gemessen und die Rauschzahl NFk (k = 1 bis n), welche zu
den Wellenlängen λ1~λn korrespondieren, basierend auf
den gemessenen Lichtleistungen bestimmt.
Um die Lichtleistungen PASEk (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~λn.
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 PASEk (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 PASEk (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.
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 τ2eff 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 λk (k = 1~
n) gleich Gk (k = 1~n) sind und die Bandbreite des
Lichtleistungsmeßgeräts zur Messung der Leistungen
PASEk (k = 1~n) des ASE-Lichts, welches als Output
ausgegeben wird, wenn das Amplituden-Signal-Licht nicht
ausgegeben wird, Bo ist, werden die Rauschzahlen NFk (k =
1~n) der Wellenlängenteilungsmultiplex-Verstärkung
gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) bestimmt.
Um die ASE-Lichtleistungen PASEk (k = 1~n) von den
Leistungen PAMPk (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 PASEk (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 λk (k = 1 bis n). Die Verstärkungen, also
Gains, der Lichtleistungsmeßinstrumente sind Bo.
Die Leistungen der Eingangslichtsignale, welche das
Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Signallicht bilden und
Wellenlängen λk (k = 1 bis n) aufweisen, sind PINPUTk (k
= 1~n). Diese Gains Gk (k = 1~n) werden gemäß der
folgenden Gleichung bestimmt:
Gk = (PAMPk~PASEk) /PINPUTk ...(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~λn 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~Qn und
ein Steuerungssignal Qi erzeugt.
Die Modulationstaktsignale Q1~Qn weisen, wie oben
ausgeführt, die gleichen Wellenformen und die Frequenz 1
MHz auf. Die Modulationstaktsignale Q1~Qn 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~Qn 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~λn. 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 PASE1~PASEn
des ASE-Lichts messen, welches von den optischen
Schmalbandfiltern 8a~8c ausgegeben wird und die
Wellenlängen λ1~λn aufweist.
Als nächstes wird der Betrieb der Rauschzahlmeßgeräts
beschrieben.
Die Modulationstakte Q1~Qn und das Steuerungssignal Qi
werden vom Modulationssignalgenerator 5 generiert. Die
derart erzeugten Modulationstaktsignale Q1~Qn 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~λn synchronisiert mit den
Modulationstaktsignalen Q1~Qn 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 PASE1~PASEn der im Output-Licht des
optischen Schalters 4 enthaltenen ASE-Lichtanteile.
Derart werden mit der Umschalt-Steuerung des optischen
Schalters 4 die Leistungen PASE1~PASEn des ASE-Lichts von
den Leistungen PAMP1~PAMPn 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~Qn.
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~λn basierend auf den Leistungen
PAMP1~PAMPn 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~Qn 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
PASE1~PASEn 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 PASE1~PASEn 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.
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~λn. 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~λn korrespondieren ASE-
Lichtleistungen PASE1~PASEn.
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~NFn für die Wellenlängen-Divisions-Multiplex-
Verstärkung präzise zu messen.
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 τ2eff 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~Qn. Die Modulationstaktsignale Q1~Qn 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~NFn des optischen
Halbleiterverstärkers 50 zu messen, der das Wellenlänge-
Divisions-Multiplex-Signallicht verstärkt.
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~NFn 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~Qn 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 PAMP1~PAMPn der Spektren, die
zu den Wellenlängen λ1~λn des Wellenlänge-Divisions-
Multiplex-Lichtimpulses korrespondieren basierend auf dem
Output-Licht der Polarisierungseinrichtung 17. Die derart
analysierten Leistungen PAMP1~PAMPn 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~λn 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.
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~
λn/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~λn/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~λn. 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~λn 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~λn/2 bestehende Licht und das
ASE-Licht, welches aus den Spektren mit den langen
Wellenlängen λ(n/2)+1~λn besteht, dem optischen
Spektralanalysegerät 6 durch den optischen Schalter 23
zugeführt. Als Resultat werden die Leistungen
PAMP1~PAMPn/2 der Spektren mit den Wellenlängen λ1~λn,
die im verstärkten Wellenlängenteilungs-Multiplex-Licht
enthalten sind, und die Leistung PASE(n/2)+1~PASEn der
Spektren mit den Wellenlängen λ(n/2)+1~λn, 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~λn und das ASE-Licht,
das aus den Spektren mit den kurzen Wellenlängen λ1~λn/2
besteht, dem optischen Spektralanalysegerät 6 durch den
optischen Schalter 23 zugeführt. Als Resultat werden die
Leistungen PAMP(n/2)+1~PAMPn der Spektren mit den
Wellenlängen λ(n/2)+1~λn, die im verstärkten
Wellenlängen-Teilungs-Multiplex-Licht enthalten sind, und
die Leistungen PASE1~PASEn/2 der Spektren mit den
Wellenlängen λ1~λn/2, die im ASE-Licht enthalten sind,
vom optischen Spektralanalysegerät 6 gemessen.
Derart werden die Leistungen PAMP1~PAMPn des verstärkten
Lichts und die Leistungen PASE1~PASEn des ASE-Lichts
bestimmt. Die Rauschzahlen bei den Wellenlängen λ1~λn
werden präzise basierend auf den derart bestimmten
Leistungen gemäß der oben angegebenen Gleichung (1)
berechnet.
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 λn. Die
Wellenlängen λ1 und λn 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 λn
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 PAMPn des verstärkten Lichts und die
Leistung PASEn des ASE-Lichts, welche die Wellenlänge λn
aufweisen, werden jeweils vom Spektralanalysegerät 6
durch Steuerung der Phase des Modulationstaktes zum
optischen Schalter 28 detektiert.
Insbesondere werden, wenn die Leistung PAMPn 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 λn korrespondiert, vom
optischen Verstärker 1 ausgegeben wird. Das optische
Spektralanalysegerät 6 detektiert dann die Leistung PAMPn
des verstärkten Lichts mit der Wellenlänge λn, wie Fig.
13B zeigt.
Wenn die Leistung PASEn 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 λn korrespondierende
verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker 1
ausgegeben wird, aber das ASE-Licht mit der Wellenlänge
λn ausgegeben wird. Das optische Spektralanalysegerät 6
detektiert dann die Leistung PASEn des ASE-Lichts mit der
Wellenlänge λn gemäß Fig. 13B.
Derart werden die Leistungen PAMPn und PASEn eigens
gemessen, indem das Output-Licht, also das Ausgangslicht
des optischen Verstärkers 1 basierend auf der Phase des
Output-Lichts getrennt wird.
Die Wellenlänge λn des von der Lichtquelle 2b
ausgegebenen Lichts kann gesteuert werden. Es ist also
möglich, den Unterschied zwischen den Wellenlängen λn und
λ1 zu steuern. Deshalb kann die Änderung der Rauschzahl
bei der Wellenlänge λn aufgrund des Unterschiedes
zwischen den Wellenlängen bestimmt werden, indem die
Wellenlänge λn verändert wird und die Leistungen PAMPn
und PASEn, die zu den verschiedenen Wellenlängen
korrespondieren, gemessen werden.
Die Fig. 14A und 14B zeigen das zweite Beispiel eines
Betriebs, wobei die Rauschzahl NFn bei der Wellenlänge λn
gemessen wird, wobei die Wellenlänge λ1 des
kontinuierlichen Wellen-Lichts geändert wird und die
Wellenlänge λn 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~λn, deren Periode kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
Zuführen der Lichtimpulse zum optischen Verstärker; getrenntes Messen der Leistungen PAMP1~PAMPn der verstärkten Lichtanteile, die vom optischen Verstärker ausgegeben werden, und welche zu den Licht-Impulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ1~λn aufweisen, und der Leistungen PASE1~PASEn von Lichtanteilen, welche die Wellenlängen λ1~λn aufweisen und vom optischen Verstärker ausgegeben werden, wenn die verstärkten Lichtanteile nicht vom optischen Verstärker ausgegeben werden; und
Berechnung der Rauschzahlen NF1~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn des optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Wirkungskonstante ist, νk (k = 1~n)die Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λk (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind, und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches zur Messung der Leistungen PASE1~PASEn verwendet wird.
Erzeugen von Lichtimpulsen mit verschiedenen Wellenlängen λ1~λn, deren Periode kürzer ist als eine Extinktions-Zeitkonstante des optischen Verstärkers;
Zuführen der Lichtimpulse zum optischen Verstärker; getrenntes Messen der Leistungen PAMP1~PAMPn der verstärkten Lichtanteile, die vom optischen Verstärker ausgegeben werden, und welche zu den Licht-Impulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ1~λn aufweisen, und der Leistungen PASE1~PASEn von Lichtanteilen, welche die Wellenlängen λ1~λn aufweisen und vom optischen Verstärker ausgegeben werden, wenn die verstärkten Lichtanteile nicht vom optischen Verstärker ausgegeben werden; und
Berechnung der Rauschzahlen NF1~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn des optischen Verstärkers gemäß folgender Beziehung:
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Wirkungskonstante ist, νk (k = 1~n)die Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λk (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind, und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches zur Messung der Leistungen PASE1~PASEn verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Lichtleistungs-Meß-Instrumente mit
verschiedenen Passierbändern, welche eine Bandbreite
Bo und mittlere Wellenlängen λ1~λn aufweisen,
verwendet werden, um das Output-Licht des optischen
Verstärkers zu messen, um getrennt die Leistungen
PAMP1~PAMPn und PASE1~PASEn zu bestimmen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleistungs-
Meß-Instrumente, deren Passierbänder eine Bandbreite
Bo haben und die derart eingestellt werden können,
daß die mittleren Wellenlänge der Passierbänder
koinzident mit den Wellenlängen λ1~λn der
Lichtimpulse Sind, verwendet werden, um das Output-
Licht des optischen Verstärkers zu messen, um
separat die Leistungen PAMP1~PAMPn und PASE1~PASEn
zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren
Gk (k = 1~n) nach folgender Beziehung berechnet werden
Gn = (PAMPk~PASEk)/PINPUTk (k = 1~n)
wobei PINPUTk (k = 1~n) Lichtleistungen der Lichtimpulse mit den Wellenlängen λ1~λn sind, die dem optischen Verstärker zugeführt werden.
Gn = (PAMPk~PASEk)/PINPUTk (k = 1~n)
wobei PINPUTk (k = 1~n) Lichtleistungen der Lichtimpulse mit den Wellenlängen λ1~λn sind, die dem optischen Verstärker zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtimpulse mit den
Wellenlängen λ1~λn durch Aktivierung von
Lichtquellen erzeugt werden, welche Lichtanteile mit
den Wellenlängen λ1~λn durch einen elektrischen
Modulationstakt erzeugen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierliche-Wellen-
Licht-Anteile mit den Wellenlängen λ1~λn 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~λn 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
PAMP1~PAMPn und PASE1~PASEn 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~λn des verstärkten Lichts und die
Leistungen bei den Wellenlängen λ1~λn 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
PAMP1~PAMPn und Leistungen PASE1~PASEn 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
PAMP1~PAMPn oder PASE1~PASEn 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~λn/2 aufweisen und durch den ersten Modulationstakt moduliert werden;
Generation von Lichtimpulsen langer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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 PAMP1~PAMP(n/2) bei den Wellenlängen λ1~λn/2 eines verstärkten Lichtes, welches zu den Impulsen kurzer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen PASE(n/2)+1~PASEn bei den Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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 PAMP(n/2)+1~PAMPn bei den Wellenlängen λ(n/2)+1~λn eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen langer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen PASE1~PASE(n/2) bei den Wellenlängen λ1~λn/2 eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, vom Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NF1~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Konstante ist, νk (k = 1~n) Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren (= gains) bei den Wellenlängen λk (k = 1~n) des optischen Verstärkers sind, und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist das zur Messung der Leistungen PASE1~PASEn verwendet wird.
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~λn/2 aufweisen und durch den ersten Modulationstakt moduliert werden;
Generation von Lichtimpulsen langer Wellenlänge, welche verschiedene Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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 PAMP1~PAMP(n/2) bei den Wellenlängen λ1~λn/2 eines verstärkten Lichtes, welches zu den Impulsen kurzer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen PASE(n/2)+1~PASEn bei den Wellenlängen λ(n/2)+1~λn 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 PAMP(n/2)+1~PAMPn bei den Wellenlängen λ(n/2)+1~λn eines verstärkten Lichts, welches zu den Impulsen langer Wellenlänge korrespondiert und Leistungen PASE1~PASE(n/2) bei den Wellenlängen λ1~λn/2 eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, vom Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NF1~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Planck'sche Konstante ist, νk (k = 1~n) Lichtfrequenzen der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) Verstärkungsfaktoren (= gains) bei den Wellenlängen λk (k = 1~n) des optischen Verstärkers sind, und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist das zur Messung der Leistungen PASE1~PASEn 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 λn 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 λn der Lichtimpulse und Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem Modulationstakt, sodaß die Leistung PAMPn bei den Wellenlängen λn eines verstärkten Lichts, welches zu den Lichtimpulsen korrespondiert und eine Leistung PASEn bei den Wellenlängen λn eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, durch das Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NFn bei mehreren Wellenlängen λn des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NFn = (PASEn/h νnGnBo) + (1/Gn)
wobei h die Plancksche Konstante ist, νn die Lichtfrequenz der Lichtimpulse ist, Gn der Verstärkungsfaktor bei der Wellenlänge λn des optischen Verstärkers ist und Bo eine handbreite eines Passierbandes des zur Messung der Leistung PASEn verwendeten Instrumentes ist.
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 λn 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 λn der Lichtimpulse und Umschalten des optischen Schalters unter Synchronisierung mit dem Modulationstakt, sodaß die Leistung PAMPn bei den Wellenlängen λn eines verstärkten Lichts, welches zu den Lichtimpulsen korrespondiert und eine Leistung PASEn bei den Wellenlängen λn eines Lichtes, welches ausgegeben wird, wenn das verstärkte Licht nicht vom optischen Verstärker ausgegeben wird, durch das Instrument gemessen werden;
Berechnung der Rauschzahlen NFn bei mehreren Wellenlängen λn des optischen Verstärkers nach folgender Beziehung:
NFn = (PASEn/h νnGnBo) + (1/Gn)
wobei h die Plancksche Konstante ist, νn die Lichtfrequenz der Lichtimpulse ist, Gn der Verstärkungsfaktor bei der Wellenlänge λn des optischen Verstärkers ist und Bo eine handbreite eines Passierbandes des zur Messung der Leistung PASEn verwendeten Instrumentes ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rauschzahl NFn bei der
Wellenlänge λn durch Änderung der Wellenlänge λ1
des kontinuierliche-Wellen-Lichts und Fixieren der
Wellenlänge λn 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~λn 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 PAMP1~PAMPn von verstärkten, vom optischen Verstärker ausgegebenen Lichtanteilen, die zu den Lichtimpulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ1~λn aufweisen, und von Leistungen PASE1~PASEn von Lichtanteilen mit den Wellenlängen λ1~λn die vom optischen Verstärker ausgegeben werden, während die verstärkten Lichtanteile nicht vom optischen Verstärker ausgegeben werden.
Lichtimpuls-Zufuhr-Einrichtungen zum separaten Zuführen von Licht-Impulsen mit verschiedenen Wellenlängen λ1~λn 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 PAMP1~PAMPn von verstärkten, vom optischen Verstärker ausgegebenen Lichtanteilen, die zu den Lichtimpulsen korrespondieren und die Wellenlänge λ1~λn aufweisen, und von Leistungen PASE1~PASEn von Lichtanteilen mit den Wellenlängen λ1~λn 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~λn 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.
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~λn 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~NFn bei den Wellenlängen λ1~λn
des optischen Verstärkers nach folgender
Beziehung:
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Plancksche Konstante ist, νk (k = 1~n) die Lichtfrequenz der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) die Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λk (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches verwendet wird, um die Leistungen PASE1~PASEn zu messen.
NFk = (PASEk/h νkGkBo) + (1/Gk)
(k = 1~n)
wobei h die Plancksche Konstante ist, νk (k = 1~n) die Lichtfrequenz der Lichtimpulse sind, Gk (k = 1~n) die Verstärkungsfaktoren bei den Wellenlängen λk (k = 1~n)des optischen Verstärkers sind und Bo eine Bandbreite eines Passierbandes eines Instrumentes ist, welches verwendet wird, um die Leistungen PASE1~PASEn zu messen.
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