DE19622011A1 - Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker mit verteilter Verstärkung als Empfängervorverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ferngepumpten optischen Leitungsverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Optische Übertragungssysteme ohne Zwischenregeneratoren bieten Vorteile beim Systementwurf, da sie ohne aktive Elemente, wie z. B. Pumplaser entlang der Strecke, auskommen. Die mit einem solchen System überbrückbare Streckenlänge hängt unter anderem von der Empfindlichkeit des optischen Empfängers ab. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfänger­ empfindlichkeit und damit zur Verlängerung der überbrückbaren Strecke stellt ein erweiterter Empfänger mit einem fernge­ pumpten optischen Leitungsverstärker dar. Der ferngepumpte Leitungsverstärker wird dabei zweckmäßigerweise in einiger Entfernung vor dem optischen Empfänger angeordnet, um das Signal-Rauschverhältnis nicht unter einen kritischen Wert absinken zu lassen. Dadurch ergibt sich aber die Notwendig­ keit, die Pumpstrahlung von der Pumpquelle zum ferngepumpten Verstärker zu transportieren. Da dieser Transport mit Verlu­ sten verbunden ist, ist ein Verstärker mit einem hohen Pump­ wirkungsgrad besonders erwünscht, der außerdem das Signal- Rauschverhältnis nur wenig verschlechtert.

Aus den Proceedings der Conference on Optical Amplifiers and their Applications, Technical Digest Series Vol. 14, Aug. 3-5, 1994, Breckenridge, Colorado, USA ist eine optische Übertragungsstrecke bekannt, bei der auf der Empfangsseite ein erweiterter Empfänger vorgesehen ist, der einen fernge­ pumpten optischen Verstärker enthält. Die Verhältnisse sind in der Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung dargestellt, dabei wird in die Übertragungsstrecke an der Position des optischen Empfängers OE2 von der Pumpquelle PL2 erzeugte Pumpstrahlung PL2 eingekoppelt und über die zwischen einem Leitungsverstär­ ker und dem optischen Empfänger angeordnete passive Faser PF2 entgegen der Signalrichtung zum Verstärker transportiert. Der Transport und die Verwendung der Pumpstrahlung finden somit in getrennten Streckenabschnitten statt. Bei derartigen Ver­ stärkern handelt es sich um konzentrierte Verstärker mit einer Länge der aktiven Faser von beispielsweise 40 m, die außerdem vergleichsweise hoch dotiert ist. Der Abstand zwischen dem konzentrierten optischen Verstärker KOV und dem Empfängeranschluß beträgt dabei N = 70 km. Der optische Verstärker KOV ist an das Ende einer vorgeschalteten Übertra­ gungsstrecke NSQ2 angeschlossen, bei der es sich um eine rein passive Faser oder aber um einen Streckenabschnitt mit einem weiteren, von der Sendeseite her ferngepumpten konzentrierten optischen Verstärker und einer vorgeschalteten, zwischen dem ferngepumpten Vorverstärker und dem Empfänger, passiven Übertragungsfaser handeln kann. Entsprechend ergibt sich bei logarithmischer Darstellung ein linearer Abfall des Signal­ pegels über der Strecke, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen ferngepumpten optischen Leitungsverstärker der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß dieser eine hohe Pumpeffizienz bei geringem Rauschen aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der eingangs erwähnte ferngepumpte optische Leitungsverstärker entsprechend den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angege­ benen Merkmalen weitergebildet ist. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der vergleichsweise geringe Aufwand, da die für den optischen Empfänger benötigte Pumplichtquelle zur Speisung des verteilten optischen Ver­ stärkers mitverwendet werden kann. Zweckmäßige Weiterbildun­ gen des erfindungsgemäßen ferngepumpten optischen Leitungs­ verstärkers sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 näher beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen ferngepumpten optischen Leitungsverstärker nach der Erfindung als Vorverstärker eines opti­ schen Empfängers,

Fig. 2 einen bereits erläuterten ferngepumpten optischen Leitungsverstärker nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 den bereits erläuterten Signalpegelverlauf entlang der Strecke für die Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 4 den Signalpegelverlauf entlang der Übertragungs­ strecke für einen erfindungsgemäßen verteilten optischen Verstärker, der hinsichtlich der Pump­ effizienz optimiert ist und

Fig. 5 den Signalleistungsverlauf entlang der Strecke für einen erfindungsgemäßen verteilten optischen Verstärker, der hinsichtlich des Signal-Rauschver­ hältnisses optimiert ist.

In der Fig. 1 ist mit einer ersten Nutzsignalquelle NSQ1, die dem Ende einer vorgeschalteten Übertragungsstrecke ent­ spricht, der Eingang eines verteilten optischen Verstärkers VOV mit der Länge L km verbunden. An den Ausgangsanschluß des verteilten optischen Verstärkers VOV ist eine passive Faser PF1 mit einer Länge N-L km angeschlossen, so daß sich eine Gesamtlänge von N km für diesen Übertragungsabschnitt ergibt. Am Ende der ersten passiven Faser PF1 sind der Eingang eines ersten optischen Empfängers OE1 und der Ausgang einer ersten Pumpquelle PLQ1 angeschlossen. Die Pumpstrahlung wird also entgegen der Übertragungsrichtung der Nutzsignale zum ver­ teilten optischen Verstärker VOV und in diesem weiter trans­ portiert. Innerhalb des verteilten optischen Verstärkers sind also Transport und Verwendung des Pumplichtes kombiniert. Beim Ausführungsbeispiel betrug die Pumplichtwellenlänge 1480 nm, die Signallichtwellenlänge 1554 nm, der Signalpegel am Eingang des verteilten optischen Verstärkers betrug -30 dBm und am Ende des Übertragungsfaserabschnittes, also am Empfängereingang -3 dBn die für die Rauschzahlberechnung wichtige Bandbreite des optischen Filters wurde zu 0,1 nm gewählt. Die Dämpfung der ersten passiven Faser betrug bei der Pumplichtwellenlänge 0,23 dB/km und die Dämpfung bei der Signallichtwellenlänge betrug 0,2 dB/km. Die Daten der im verteilten optischen Verstärker enthaltenen aktiven Faser betrugen für den Modenfelddurchmesser bei der Pumplichtwel­ lenlänge 7,0 µm und bei der Signallichtwellenlänge 7,2 µm. Der Dotierradius betrug 0,83 µm, das Dotierprofil in radialer Richtung war rechteckförmig, die nicht ionische Dämpfung bei der Pumplichtwellenlänge von 1480 nm betrug 0,28 dB/km und bei der Signallichtwellenlänge von 1554 nm 0,25 dB/km. Als Wirtsmaterial, also als Glastyp des Kernglases wurde Germano- Silikatglas verwendet. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Parameter von ferngepumpten optischen Verstärkern mit anschließender Übertragungsfaser, und zwar in Zeile 1 die Anordnung nach dem Stand der Technik mit konzentriertem opti­ schen Verstärker, in Zeile 2 für einen pumpleistungsoptimier­ ten verteilten optischen Verstärker nach der Erfindung und in Zeile 3 für einen erfindungsgemäßen rauschoptimierten ver­ teilten optischen Verstärker. Die Dotierung der aktiven Faser erfolgte dabei jeweils mit Erbiumionen.

Aus dieser Tabelle 1 ergibt sich, daß bei gleicher Gesamt­ länge des Übertragungsfaserabschnittes zum einen die benö­ tigte Pumpleistung und im anderen Fall das auftretende Rauschen wesentlich verringert werden kann. Durch die Kom­ bination aus Transport und Verstärkung in der aktiven Faser des verteilten optischen Verstärkers rückt die Verstärkung näher an die Pumplichtquelle heran, so daß sich eine verbes­ serte Pumpeffizienz ergibt. Durch die Erfindung läßt sich also entweder die Pumpeffizienz steigern oder bei gleicher Pumpeffizienz wie beim konzentrierten Verstärker das Rauschverhalten verbessern oder eine Kombination aus beiden Verbesserungen erzielen. Die für eine optimale Ausnutzung der Pumpleistung erforderliche Dotierkonzentration entlang der aktiven Faser hängt dabei von der Länge des verteilten Ver­ stärkers ab. Sie liegt im allgemeinen etwas höher als dieje­ nige für ein optimales Rauschverhalten.

Zur weiteren Empfindlichkeitserhöhung läßt sich zusätzlich die Verstärkung durch stimulierte Raman-Streuung ausnutzen. Außerdem kann, falls der gemeinsame Transport von Pumpstrah­ lung und Nutzsignal das Systemverhalten stört, eine zweite Faser für den Transport des Pumplichtes verwendet werden.

In der Fig. 4 ist der Signalleistungsverlauf entlang der Übertragungsstrecke für den entsprechend Zeile 2 der Tabelle 1 hinsichtlich des Pumpleistungsbedarfs optimierten verteil­ ten optischen Verstärker dargestellt. Es ergibt sich am Ende der aktiven Faser ein maximaler Signalleistungspegel, der über die nachgeschaltete passive Faser in der logarithmischen Darstellung annähernd linear abklingt. Am Anfang der aktiven Faser macht sich zunächst nur deren Dämpfung, noch nicht aber deren Verstärkung bemerkbar.

In der Fig. 5 ist der Signalleistungsverlauf entlang der Strecke für die entsprechend Zeile 3 der Tabelle 1 vorge­ stellte Variante mit einem rauschoptimierten verteilten opti­ schen Verstärker mit anschließender passiver Übertragungs­ faser dargestellt. Es zeigt sich, daß durch die Rauschopti­ mierung der Signalleistungspegel am Anfang der aktiven Faser nicht weiter absinkt und das Rauschverhältnis nicht weiter verschlechtert wird. Ansonsten ergibt sich vom Ende des ver­ teilten optischen Verstärkers VOV ab in der logarithmischen Darstellung ein nahezu linearer Abfall der Signalleistung entlang der Strecke.

Claims (5)

1. Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker, insbesondere als Vorverstärker vor einem optischen Empfänger, mit einer Quelle für eine Pumpstrahlung, einem Nutzsignaleingang und mit einem Eingangsanschluß für einen nachgeschalteten opti­ schen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß ein verteilter optischer Verstärker (VOV) vorgesehen ist, der eine vergleichsweise schwach dotierte und vergleichsweise sehr lange aktive Faser aufweist.

2. Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalweg zwischen verteiltem optischen Verstärker (VOV) und Eingang des optischen Empfängers (OE1) eine passive Faser (PF1) angeordnet sein kann und die Länge der aktiven Faser ein wesentlicher Teil der Gesamtlänge der Übertragungs­ strecke ist.

3. Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der passiven Faser (PF1) neben dem Anschluß für den Eingang des optischen Empfängers (OE1) ein Anschluß für eine Pumpstrahlungsquelle (PLQ1) vorgesehen ist.

4. Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der aktiven Faser in Abhängigkeit von der gewünschten Pumpeffizienz, dem erwünschten Rauschverhalten oder eines Kompromisses zwischen beiden gewählt ist.

5. Ferngepumpter optischer Leitungsverstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernglas der aktiven Faser ein mittels Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden, insbesondere Erbiumionen, dotiertes Germano-Silikatglas ist.