DE19702891A1 - Lichtleiterfaserverstärker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtleiterfaservorverstärker, der für das Empfangsende einer optischen Übertragungsvorrichtung verwendet wird, und ins­ besondere auf einen Lichtleiterfaservorverstärker mit einem optischen Filter, welches sol­ cher Art ist, daß die Ausgangswellenlänge mit der Lichtquellenwellenlänge zusammenfällt.

Im allgemeinen verwendet ein herkömmlicher Lichtleiterfaservorverstärker für das Empfangsende einer optischen Übertragungsvorrichtung ein optisches Filter, um die Wel­ lenlänge auf ein schmales Frequenzband einzuengen, so daß die Ausgangswellenlänge mit der Lichtquellenwellenlänge zusammenfällt.

Herkömmlicherweise gibt es zwei Verfahren zum Einstellen des optischen Filters, von denen eines ein manuelles Einstellverfahren ist, das einen Spektralanalysator verwen­ det, und das andere ein automatisches Einstellverfahren (Auto-Tracking, automatisches Nachführen) ist, bei dem die optische Filterwellenlänge automatisch auf die Änderungen der Lichtquellenwellenlänge eingestellt wird.

In jüngster Zeit werden Lichtleiterfaser-Gitterfilter als Lichtleiterfaserverstärker verwendet. Wenn der obige Lichtleiterfaserverstärker mit dem eingebauten, manuell einge­ stellten optischen Filter in einem optischen Übertragungsnetzwerk installiert ist, wird das Signalwellenlängenband des optischen Senders durch Messung und Einstellung auf die Wellenlänge des optischen Filters verwendet. Weiterhin ist das oben erwähnte, automati­ sche Nachführverfahren ein Verfahren, bei dem die Lichtquellenwellenlänge von dem Licht­ leiterfaserverstärker erkannt wird und das Lichtleiterwellenlängenband automatisch auf die Lichtquellenwellenlänge eingestellt wird, was in der Praxis schwierig durchzuführen sein kann. Lichtleiterfaserverstärker, die ein derartiges automatische Nachführverfahren ver­ wenden, werden nicht in einem kommerziellen Rahmen hergestellt.

Weiterhin werden Lichtleiterfaser-Gitterfilter so hergestellt, daß sie die Eigenschaft besitzen, nur das Licht einer bestimmten Wellenlänge zu reflektieren oder zu entfernen, indem sie den starken und kurzen Laserstrahl durch winzige Öffnungen des Lichtleiterfaser­ gitters führen. Das oben erwähnte Lichtleiterfaser-Gitterfilter verwendet die Eigenschaften des Lichtleiterfaserkerns, der teilweise aus Germanium besteht, das ultraviolette Strahlen stark absorbiert, wodurch, wenn das Germanium dem interferenzartigen Laserstrahl ausge­ setzt wird, der Lichtbrechungsindex innerhalb des Faserkern geändert wird und somit das Gitter innerhalb des Kerns selbst geformt wird, der somit als Filter dient.

Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Lichtleiterfaservorverstärker, der ein optisches Filter mit einem schmalen Wellenlängenband nach dem Stand der Technik verwendet. Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt der Lichtleiterfaservorverstärker ein Endstück 1, das optische Signale von einem optischen Sender empfängt, einen ersten optischen Isolator 2, einen optischen Wellenlängenkoppler 3, eine Lichtleiterfaser 4, die mit dem seltenen Erdelement Erbium gefüllt ist, einen zweiten optischen Isolator 2, einen photoelektrischen Wandler 6, eine pumpende Lichtquelle 7, eine automatische Einstellvorrichtung und einen elektrischen Schaltkreis 20, einen Treiber- und Steuerungsschaltkreis 8 für die pumpende Lichtquelle, einen photoelektrischen Wandler 6, ein optisches Filter 21 und ein Ausgangsendstück 1.

Ein derartiger Lichtleiterfaserverstärker, der das herkömmliche optische Filter 21 mit einem schmalen Wellenlängenband verwendet, kann das Wellenlängenband des opti­ schen Filters nicht für lange Zeit beibehalten, und es tritt statt dessen das Phänomen eines Wellenlängenübergangs auf.

Da die sich auch die Wellenlänge der Lichtquelle selbst in großem Maße ändert, ist das herkömmliche Verfahren mit einem schmalen Wellenlängenband ungeeignet für opti­ sche Kommunikationsnetzwerke, die eine Langzeit-Zuverlässigkeit erfordern, und die Anwendung des Verfahrens ist sehr kompliziert. Dieses Verfahren hat nämlich das Pro­ blem, daß der zentrale Wellenlängenwert des optischen Filters mit dem schmalen Band passiv oder automatisch durch die Längeneinheit der zentralen Wellenlänge der Lichtquelle des optischen Senders eingestellt werden muß. Darüber hinaus ist das automatische Nach­ führverfahren zum automatischen Einstellen des Wellenlängenbandes in der Übertragungs­ anordnung hoher Dichte schwierig anzuordnen, da die Größe der einstellbaren optischen Filteranordnung größer als das EDFA-Modul wird, da das einstellbare optische Filter zum automatischen Einstellen auf die Wellenlänge der Lichtquelle einen kleinen Rotationsmotor verwendet, und die mangelnde Übereinstimmung der Wellenlänge aufgrund einer Ver­ schlechterung des optischen Filters selbst und aufgrund geringer Veränderungen der Wel­ lenlänge des optischen Filters aufgrund von Änderungen des Einstellwerts des elektrischen Schaltkreises, der den oben genannten Rotationsmotor antreibt, beeinträchtigt die Lang­ zeitzuverlässigkeit. Weiterhin ändert sich bei einem einstellbaren Fabry-P´rot-Etaol-Filter, das eine Porensteuerung basierend auf dem Prinzip eines piezoelektrischen Niederspan­ nungsstellglieds verwendet, die Verstärkungscharakteristik des Lichtleiterfaserverstärkers, wenn die Ausgangswellenlänge in Abhängigkeit von Spannungsänderungen des elektri­ schen Schaltkreises aufgrund einer elektrischen Hysterese leicht geändert wird.

Das oben beschriebene Lichtleiterfaser-Gitterfilter verwendet die Eigenschaften des Lichtleiterfaserkerns, der teilweise aus Germanium besteht, das ultraviolette Strahlen stark absorbiert, wobei, wenn das Germanium einem interferenzartigen Laserstrahlmuster ausge­ setzt wird, der Brechungsindex für Licht in dem Faserkern geändert wird und somit das Gitter in dem Faserkern selbst geformt wird, wodurch dieser als Filter dient. Folglich wer­ den Reflexions- und Übersprechverluste erzeugt, und in dem Germanium erfolgen Sekun­ därdiffusionen durch die Hochleistungs-Pump-LD, was auf Dauer zu einer Verschlechte­ rung der Anfangsfunktion des schmalbandigen optischen Filters führt.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtleiterfaserver­ stärker mit einem optischen Filter zu schaffen, das die Wellenlängenveränderungen mini­ miert und dadurch die Zuverlässigkeit verbessert.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtleiterfaserver­ stärker mit einem optischen Filter zu schaffen, das den Leistungsverbrauch minimiert und einen stabilen Betrieb durchführt.

Diese und weitere Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Lichtleiterfaserverstärker gelöst.

Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Lichtleiterfaserver­ stärker geschaffen, der umfaßt: ein optisches Filter, einen optischen Isolator zum Blockie­ ren eines Rückwärtsflusses von reflektiertem Licht, und ein Ausgangsendstück zum Über­ wachen der Intensität des Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter zwischen dem optischen Isolator und dem Ausgangsendstück angeordnet ist, so daß nur ein bestimmtes Wellenlängenband durchgelassen wird.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden genauer unter Bezugnahme auf die als Beispiel beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen neuen Lichtleiterfaservorverstärker nach der vorliegenden Erfindung zeigt, der ein optisches Filter mit einem breiten Wellenlängen­ band verwendet.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines breitbandigen, opti­ schen In-Line-Filters nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines breitbandigen, opti­ schen In-Line-Filters nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 4 zeigt ein zusammengesetztes optisches Filterelement, das entsprechend der vorliegenden Erfindung in einem optischen Isolator aufgebaut ist.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Lichtleiterfaservorverstär­ ker zeigt, der ein optisches Filter mit einem schmalen Wellenlängenband verwendet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Lichtleiterfaservorverstärker ein Eingangsend­ stück 1 a, einen erste optischen Isolator 2a, einen optischen Wellenlängenkoppler 3, ein optisches Filter 4, das mit dem seltenen Erdelement Erbium gefüllt ist, einen zweiten opti­ schen Isolator 2, einen photoelektrischen Wandler 6, eine pumpende Lichtquelle 7, einen Treiber- und Steuerungsschaltkreis 8 für die pumpende Lichtquelle, ein optisches Breit­ bandfilter 5 und ein Ausgangsendstück 1.

Das optische Breitbandfilter 5 kann in dem Lichtleiterfaserverstärker als In-Line- Typ montiert sein, der zwischen dem optischen Isolator 2 und dem optischen Endstück I eingeschmolzen ist, oder die Linse des optischen Isolators 2a ist mit einem optischen Inter­ ferenzfiltermaterial beschichtet, wodurch ein multifunktionelles Teil mit den Funktionen eines optischen Filters und eines optischen Isolators erzeugt und in dem Lichtleiterfaserver­ stärker angeordnet wird.

Ein optisches Filter, das so ausgeführt ist, daß es Wellenlängen von 1530 nm-1560 nm durchläßt, wird für den Lichtleiterfaserverstärker verwendet, der als Lichtleiterfaservor­ verstärker verwendet werden kann, so daß er unabhängig von der Wellenlänge der Licht­ quelle eines Senders verwendet werden kann.

Der oben beschriebene Lichtleiterfaserverstärker verwendet ein breitbandiges Inter­ ferenzfilter, wobei optische Signale des Wellenlängenbereichs von 1540 nm - 1560 nm verstärkt werden und die ASE-Signale mit einer hohen Verstärkung und der Wellenlänge von 1520 nm-1540 nm entfernt werden, wodurch die Kommunikation erleichtert wird.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ist das optische Breitbandfilter 5 der Fig. 2 in dem Lichtleiterfaservorverstärker angeordnet. Das optische Filter 13 umfaßt einen Poly­ merfilm, das die breitbandige Filterbeschichtung bildet, so daß ein optisches Signal mit einer Wellenlänge von 1540 nm-1560 nm durchgelassen wird. Nach dem Einsetzen des optischen Filters 13 zwischen zwei optischen Zwingen 10, die durch einen Manschette 11 miteinander verbunden sind, wird die Ausrichtung der optischen Achse durchgeführt, und dann wird das optische Breitbandfilter in einem Gehäuse 12 angeordnet. Ein weiteres Her­ stellungsverfahren besteht darin, daß das Breitbandfilter 13 vom Filmtyp ist und in der Mitte der optischen Zwinge 10 eingebaut ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird der existierende optische Isolator 2 in den Lichtleiterfa­ serverstärker eingesetzt, wodurch der rückwärts gerichtete Fluß des reflektierten Lichts abgefangen wird, so daß der Lichtleiterfaserverstärker aus dem optischen Isolator und dem zusammengesetzten optischen Filterelement besteht. Der hinter der Lichtleiterfaser, die mit Erbium gefüllt ist, verwendete optische Isolator wird durch direktes Beschichten des breit­ bandigen Films auf der Linse 14 hergestellt.

Bei Verwendung des breitbandigen optischen Filters ist die Verstärkungseffizienz des optischen Vorverstärkers geringer als bei der Verwendung des schmalbandigen opti­ schen Filters. Jedoch muß bei der Verwendung des schmalbandigen optischen Filters der Signalausgang durch Dämpfung der Verstärkung eines starken Signalausgangs mittels eines Dämpfungsglieds von 10 dBm an die Leistung des Lichtempfangselements an dem Emp­ fangsende der Übertragungsanordnung angepaßt werden. Folglich ist die Verstärkungs­ effizienz bedeutungslos, und das einstellbare Wellenlängenband des schmalbandigen opti­ schen Filters kann unter Verwendung des breitbandigen optischen Filters auf die Licht­ quelle eingestellt werden, so daß die Zuverlässigkeit des optischen Filters verbessert wer­ den kann. Zusätzlich wird der Leistungsverbrauch der automatischen Einstellvorrichtung und des elektrischen Schaltkreises des schmalbandigen optischen Filters stark verringert, und der elektrische Schaltkreis des Lichtleiterfaserverstärkers wird vereinfacht, was zu einer Verbesserung der Schaltkreisstabilität führt.

Claims (6)

1. Lichtleiterfaserverstärker, der umfaßt: ein optisches Filter (5, 13), einen opti­ schen Isolator (2) zum Blockieren eines Rückwärtsflusses von reflektiertem Licht, und ein Ausgangsendstück (1) zum Überwachen der Intensität des Ausgangssignals, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das optische Filter zwischen dem optischen Isolator und dem Ausgangs­ endstück angeordnet ist, so daß nur ein bestimmtes Wellenlängenband durchgelassen wird.

2. Lichtleiterfaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte Wellenlängenband ein breites Wellenlängenband von etwa 1540 nm- 1560 nm ist.

3. Lichtleiterfaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter ein breitbandiges Interferenzfilter des beschichteten Filtertyps ist.

4. Lichtleiterfaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter (13) zwischen einer optischen Zwinge (10) und einer Manschette (11) einge­ setzt ist oder direkt auf einem Bereich der optischen Zwinge (10) aufgeschichtet ist.

5. Lichtleiterfaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter in einer in einer Zwinge vorgesehenen Vertiefung eingesetzt ist.

6. Lichtleiterfaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Isolator mit einem Filter beschichtet ist, so daß er sowohl die Funktionen eines breitbandigen optischen Filters als auch die eines optischen Isolators übernimmt.