DE19622012A1

DE19622012A1 - Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker mit verteilter Verstärkung

Info

Publication number: DE19622012A1
Application number: DE19622012A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Krummrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-04

Description

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

Optische Übertragungssysteme ohne Zwischenregeneratoren bie ten Vorteile beim Systementwurf, da sie ohne aktive Elemente, wie z. B. Pumplaser entlang der Strecke, auskommen. Die mit einem solchen System überbrückbare Streckenlänge wird unter anderem vom maximal zulässigen Signalpegel in der Faser be grenzt. Dieser wird seinerseits dadurch begrenzt, daß nicht lineare Effekte, wie stimulierte Brillouin-Streuung oder Selbstphasenmodulation in der Übertragungsfaser, die Systemeigenschaften nicht zu stark beeinträchtigen dürfen.

Ferngepumpte optische Leistungsverstärker bieten eine Mög lichkeit, den Pegel des optischen Übertragungssignals in einiger Entfernung vom Sender ein zweites Mal bis zum zuläs sigen Grenzwert anzuheben und so die überbrückbare Strecke zu vergrößern. Die erforderliche Pumpstrahlung kann dabei zusam men mit dem optischen Nutzsignal in der Übertragungsfaser transportiert werden. Da dieser Transport einerseits mit Ver lusten verbunden ist und andererseits keine beliebig hohen Pumpleistungen zur Verfügung stehen, wird von derartigen optischen Verstärkern eine hohe Ausnutzung der zur Verfügung gestellten Pumpleistung gefordert.

Aus IEEE-Photonics Technology Letters, VOL. 7, NO 3, March 1995, pp.333-335 ist der Einsatz ferngepumpter optischer Lei stungsverstärker auf der Basis von aktiven Fasern bekannt, die mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotiert sind. Bei der beschriebenen Anwendung werden entspre chend der vorliegenden Fig. 2 konzentrierte Leistungsverstär ker KOV mit diskreter Verstärkung verwendet, die die Pump strahlung einer zweiten Pumplichtquelle PLQ2 über eine pas sive, also undotierte dritte Faser PF3 mit einer Länge M von einigen 10 km zusammen mit dem von einem zweiten optischen Sender OS2 erzeugten Nutzsignal zugeführt erhalten. Anschlie ßend wird in einer vergleichsweise kurzen und hochdotierten aktiven Faser mit einer Länge von einigen Metern der Signal pegel des optischen Nutzsignals angehoben und an eine vierte passive Faser PF4 mit der Länge N km abgegeben. Dabei sind die vorerwähnten Begrenzungen der Verstärkung bzw. des Signalpegels aufgrund nichtlinearer Effekte notwendig und es ergibt sich ein sägezahnförmiger Signalpegelverlauf entlang der Strecke entsprechend Fig. 3.

Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, einen ferngepumpten Leistungsverstärker der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß eine möglichst hohe effektive Verstärkung des optischen Nutzsignals erreicht wird, ohne daß nichtlineare Effekte störend wirksam werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen ferngepumpten optischen Leistungsverstärker der eingangs genannten Art gelöst, der durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale weitergebildet ist.

Von besonderem Vorteil beim erfindungsgemäßen optischen Lei stungsverstärker ist die Möglichkeit, die Pumpstrahlung in der gleichen Faser zu transportieren, in der sie zur Verstär kung des optischen Nutzsignals verwendet wird, so daß die räumliche Trennung von Transport und Verwendung der Pump strahlung aufgehoben ist. Diese Kombination aus Transport und Verwendung der Pumpstrahlung ergibt Vorteile für das System verhalten, da dadurch die Verstärkung näher an die Pumplicht quelle heranrückt und Verluste verringert werden. Je nach Auslegung der aktiven Faser läßt sich auf diesem Wege im Ver gleich zur Lösung nach dem Stande der Technik der Pumpwir kungsgrad steigern, der maximale Signalpegel und damit die nichtlinearen Verzerrungen senken, die überbrückbare Streckenlänge vergrößern, das Rauschverhalten verbessern oder eine Kombination der vorgenannten Verbesserungen erzielen. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausbildungen des erfindungs gemäßen Verstärkers sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels und dessen Modifika tionen näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Übertragungsstrecke für optische Nutzsignale mit einem erfindungsgemäßen ferngepumpten verteil ten optischen Verstärker,

Fig. 2 eine bereits erläuterte Übertragungsstrecke für optische Nutzsignale nach dem Stande der Technik, die einen ferngepumpten konzentrierten optischen Verstärker enthält,

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

Fig. 4 den Signalpegelverlauf entlang der Strecke nach Fig. 1 mit gesteigerter Pumpeffizienz für den ferngepumpten verteilten optischen Verstärker,

Fig. 5 den Signalpegelverlauf entlang nach Fig. 1 mit im mittleren Streckenbereich abgesenkten maximalen Signalpegel und

Fig. 6 den Signalpegelverlauf der Strecke nach Fig. 1 mit gesteigerter Gesamtlänge bei gleicher Pumpeffizienz und gleichem maximalen Signalpegel wie bei der in Fig. 2 dargestellten Strecke nach dem Stande der Technik.

In der Fig. 1 ist ein ferngepumpter verteilter optischer Verstärker nach der Erfindung zwischen einer ersten und einer zweiten passiven Übertragungsfaser PF1, PF2 in einer Übertra gungsstrecke für optische Signale angeordnet. Am Anfang der Übertragungsstrecke werden durch einen ersten optischen Sen der OS1 die zu übertragenden optischen Nutzsignale und durch eine erste Pumplichtquelle PLQ1 das erforderliche Pumplicht in die erste passive Faser PF1 eingespeist. Der ferngepumpte verteilte optische Verstärker VOV ersetzt mit seiner Länge von (K+L) km einen Teil der Länge der ersten Übertragungsfa ser PF1, die nunmehr nur noch die Länge (M-K) km aufweist und einen Teil der Länge der zweiten passiven Übertragungsfaser PF2, die dann nur noch eine Länge von (N-L) km aufweist, wobei die gesamte Länge des Übertragungsabschnittes (M+N) km beträgt, und die Länge des verteilten optischen Verstärkers VOV die Summe der Streckenlängen (K+L) ist, um die die passi ven Fasern verkürzt sind. Im Grenzfall kann die verteilte Verstärkung auch über den gesamten vorderen Streckenabschnitt stattfinden, so daß dann die erste passive Faser PF1 ent fällt.

Beim Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 1 beträgt die Dämpfung für das mit einer Wellenlänge von 1480 nm auftre tende Pumplicht 0,23 dB/km und für das Nutzlicht mit einer Wellenlänge von 1554 nm 0,20 dB/km. Der Signalpegel beträgt am Anfang der Strecke 10 dBm und am Ende 0 dBm. Für die aktive Faser, also die Verstärkerfaser, ergibt sich ein Modenfelddurchmesser bei der Pumplichtwellenlänge von 7,0 µm und bei der Signalwellenlänge 7,2 µm. Der Dotierradius ist 0,83 µm und das Dotierprofil ist in radialer Richtung recht eckförmig. Die nichtionische Dämpfung bei der Pumplichtwel lenlänge ergab sich zu 0,26 dB/km und bei der Signalwellen länge zu 0,21 dB/km, wobei als Wirtsmaterial, also als Kern glas, Germano-Silikatglas verwendet wurde. Je nach Auslegung der aktiven Faser läßt sich - wie bereits erwähnt - die Pumpeffizienz, der maximale Signalpegel, die überbrückbare Streckenlänge, das Rauschverhalten oder eine Kombination die ser Parameter verändern. In der nachfolgenden Tabelle sind einige unterschiedlich bemessene ferngepumpte Leistungsver stärker mit den sich ergebenden Folgen für die Übertragungs strecke dargestellt.

In der Zeile 1 ist als Referenz eine Übertragungsstrecke nach dem Stande der Technik mit konzentrierten Verstärkern angege ben, die eine optimale Dotierung und Länge des aktiven Faser abschnittes für maximale Pumpeffizienz aufweist. In der Zeile 2 ist eine Strecke mit einem verteilten Verstärker darge stellt, dessen aktive Faser zur Steigerung der Pumpeffizienz eine optimale Dotierung aufweist und bei der bei gleicher Streckenlänge wie in Zeile 1 die erforderliche Pumpleistung nur noch 226 mW statt 251 mW beträgt. In Zeile 3 sind die Parameter einer Strecke mit verteiltem Verstärker darge stellt, der zur Senkung des maximalen Pegels optimal dotiert ist und bei dem der maximale Signalpegel im mittleren Bereich der Strecke 9,1 dBm anstelle 10 dBm bei der bekannten Über tragungsstrecke beträgt. In den Zeilen 4, 5 und 6 sind die Längen der aktiven Faserabschnitte eines aus drei aktiven Faserabschnitte zusammengesetzten verteilten Verstärkers beschrieben, wobei sich bei einer Pumplichtleistung, entspre chend dem Stande der Technik eine erhöhte Streckenlänge ergibt.

In der Fig. 4 ist der Signalpegelverlauf der Strecke mit verteiltem Verstärker entsprechend Zeile 2 der vorgenannten Tabelle dargestellt. Es zeigt sich eine gegenüber dem extre men Sägezahnprofil des Signalpegelverlaufs der Strecke nach dem Stande der Technik abgerundete Form des Signalpegelver laufs. Der Signalpegel am Ende der Strecke entspricht wieder dem in Fig. 3, der verteilte Verstärker weist als die gleiche Verstärkung wie der konzentrierte Verstärker nach dem Stande der Technik auf.

In der Fig. 5 ist der Signalpegelverlauf der Strecke mit verteiltem Verstärker entsprechend Zeile 3 der Tabelle 1 dar gestellt. Es zeigt sich, daß gegenüber dem Signalpegelverlauf der Strecke nach dem Stande der Technik der maximale Signal pegel im mittleren Streckenbereich verringert werden konnte und daher eine Verringerung der nichtlinearen Effekte zu erwarten ist.

In der Fig. 6 ist der Signalpegelverlauf der Strecke darge stellt, bei der sich der verteilte Verstärker aus den drei in den Zeilen 4, 5 und 6 der Tabelle 1 angegebenen Faserab schnitten zusammensetzt. Es zeigt sich, daß der niedrigste Signalpegel wesentlich höher und der Signalpegelverlauf wesentlich gleichmäßiger als bei der Strecke nach dem Stande der Technik ist.

Claims

1. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker mit einer mit tels Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden, insbesondere Erbiumionen dotierten aktiven Faser, der eine passive, undotierte Faser vor und/oder nachgeschaltet sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsverstärker ein verteilter optischer Verstär ker (VOV) vorgesehen ist, bei dem die aktive Faser ver gleichsweise schwach dotiert und vergleichsweise lang ist und damit wenigstens ein Teil des gesamten Übertragungsabschnit tes eines optischen Übertragungssystems ist.

2. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Faser das Nutzsignal verstärkt und transpor tiert.

3. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach Ansprü chen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Faser aus mehreren Abschnitten mit unter schiedlicher Dotierungskonzentration besteht.

4. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine optimale Ausnutzung der zugeführten Pumpleistung die Dotierung der aktiven Faser von deren Länge und von den Längen der vor- und/oder nachgeschalteten Faser abhängt.

5. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Faserabschnitt hinter der Pumpquelle (PLQ1) durch stimulierte Ramanstreuung auftretende Verstärkung ausgenutzt wird.

6. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Pumpleistung wahlweise über die für die Signalübertragung verwendete Faser oder eine zusätzliche Faser erfolgt.

7. Ferngepumpter optischer Leistungsverstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Verstärkung von Wellenlängen-Multiplex signalen oder von Solitonenimpulsen.

8. Ferngepumpter optischer Verstärker nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl einer geeigneten Länge und Dotierung die Pumpeffiziens gesteigert, der maximale Signalpegel gesenkt, die überbrückbare Streckenlänge vergrößert, das Rauschverhal ten verbessert oder eine Kombination dieser Verbesserungen erreicht wird.