DE19704545B4

DE19704545B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Auswertung eines optischen Verstärkers

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Publication number: DE19704545B4
Application number: DE19704545A
Authority: DE
Inventors: Tohru Mori; Masafumi Yokosuka Koga
Original assignee: Ando Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Ando Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: US5917649A; JPH09214035A; FR2744570A1; GB2310096A; FR2744570B1; GB9702466D0; GB2310096B; JP3272934B2; DE19704545A1

Abstract

Auswertungsvorrichtung für einen optischen Verstärker, die folgendes umfasst:
Lichterzeugungsmittel (1_–1, 1_–2, ..., 1__n, 2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) zur Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das eine Mehrzahl von Signallichtern enthält, die unterschiedliche Wellenlängen (λ₁, λ₂, ... λ_n) aufweisen und die Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) moduliert sind, die eine Periode aufweisen, die ausreichend kürzer als eine Atomlebensdauer bei einem hohen Energieniveau oder eine Trägerlebensdauer in einem Verstärkungsmedium eines auszuwertenden optischen Verstärkers (4) ist, und zur Zuführung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts zum optischen Verstärker (4);
O/E-Wandlermittel (5) zur Wandlung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers (4) in ein elektrisches Signal;
Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsmittel (6) zur Erfassung von Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) von Frequenzspektren, die im elektrischen Signal enthalten sind und jeweils den Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) der Signallichter entsprechen, und zur Erfassung einer Rauschleistung (N_total) des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) liegt, und zur Ausgabe der Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) und der Rauschleistung (N_total) als Parameter zur Auswertung von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker (4).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Auswertung von Verstärkungscharakteristiken optischer Verstärker, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Auswertung von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen optischer Verstärker, die Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durchführen.
Den Hintergrund bildender Stand der Technik
Halbleiter-Optischer-Verstärker sind als repräsentatives Beispiel eines optischen Verstärkers bekannt, der zur Zeit untersucht wird. Der Halbleiter-Optischer-Verstärker besteht aus einem Halbleiter-Laser-Oszillator, der eine Laserlichtausgabefläche aufweist, die mit einer speziellen Antireflexschicht zur Unterdrückung der Schwingung beschichtet ist.
Als ein anderes Beispiel gibt es einen Lichtwellenleiter-Verstärker, der aus einem Lichtwellenleiter besteht, zu dem ein Seltenerdmetall wie Erbium oder Praseodym dotiert worden ist.
Im Lichtwellenleiter-Verstärker wird, wenn ein Erregungslicht in den Lichtwellenleiter eingegeben wird, zu dem ein Seltenerdmetall dotiert worden ist, eine Populationsinversion unter den verschiedenen Energieniveaus des Seltenerdmetalls bewirkt. Wenn ein Signallicht in den Lichtwellenleiter eingegeben wird und das Signallicht eine Energie aufweist, die einer Energiedifferenz zwischen Energieniveaus des sich in einem Populationsinversions-Zustand befindlichen Seltenerdmetalls entspricht, wird im Lichtwellenleiter eine angeregte Emission durch das Signallicht verursacht, und ein verstärktes Signallicht wird mittels der angeregten Emission erhalten. Bei dieser. Verstärkung wird ein ASE-Licht (ASE = Amplified Spontaneous Emission – verstärkte Spontanemission), das Spektren in einem breiten Band aufweist, zusammen mit dem verstärkten Signallicht vom Lichtwellenleiter-Verstärker ausgegeben.
Als nächstes wird die Beschreibung in bezug auf die in Ausgangslichtern von optischen Verstärkern enthaltene Rausch-Signale gegeben.
In einem optischen Verstärker wird eine durchschnittliche Photonzahl <N₀> eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers wie folgt definiert: <N0> = G<Ni> + (G – 1) mt nsp Δν ...(1)
Überdies wird die Varianz Σ₀ der Photonzahl wie folgt definiert: Σ0 2 = G <Ni> + (G – 1) mt nsp Δν + 2G(G – 1)nsp<Ni> + (G – 1)2 mt nsp 2Δν ...(2)
In den vorstehenden Gleichungen ist G ein Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers, und <N_i> die durchschnittliche Photonzahl eines Eingangslichts des optischen Verstärkers, und nsp ein Populationsinversions-Parameter, und Δν eine Lichtfrequenz-Bandbreite eines in einem Ausgangslicht des optischen Verstärkers enthaltenen ASE-Lichts. Überdies ist mt eine Transversalmodenzahl des ASE-Lichts. Bei polarisationsunabhängigen optischen Verstärkern ist mt gleich 2. Bei Halbleiter-Laser-Verstärkern ist mt gleich 1.
In Gleichung (1) definiert das erste Glied ein im Ausgangslicht enthaltenes verstärktes Signallicht und des zweite Glied das im Ausgangslicht enthaltene ASE-Licht. In Gleichung (2) definiert das erste Glied ein Schrotrauschen des verstärkten Signallichts, das zweite Glied ein Schrotrauschen des ASE-Lichts, das dritte Glied ein Schwebungsrauschen, das zwischen dem Signallicht und dem ASE-Licht verursacht wird, und das vierte Glied ein Schwebungsrauschen, das durch verschiedene Spektren des ASE-Lichts verursacht wird.
Die Rauschzahl F des optischen Verstärkers wird mittels eines Verhältnisses eines Signal-Rausch-Verhältnisses (S/N)_in des Eingangssignals des optischen Verstärkers zu einem Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)_out des Ausgangssignals wie folgt bestimmt. F = (S/N)in/(S/N)out ...(3)
In der Gleichung (3) wird jedes Signal-Rausch-Verhältnis wie folgt bestimmt: S/N = e2<Ns ig>/(2e2Σ2Be) ...(4)
In der vorstehenden Gleichung (4) ist e eine elektrische Ladung eines Elektrons, Be eine äquivalente Rauschbandbreite eines O/E (= optisch/elektrischen)-Wandlers, der das Eingangs- oder Ausgangslicht des optischen Verstärkers empfängt, <N_s _ig> eine durchschnittliche Photonzahl des Eingangslichts, und Σ² eine Varianz der Photonzahl.
Das Verhältnis (S/N)_in in der Gleichung (3) kann erhalten werden, indem <N₀> in der Gleichung (1) bei G = 1 und Σ² in der Gleichung (2) bei G = 1 berechnet werden, und indem S/N in Gleichung (4) unter Verwendung der so berechneten <N₀> und Σ ₀ ² anstatt <N_sig> und Σ² berechnet wird. Dagegen kann das Verhältnis (S/N)out erhalten werden, indem <N₀> von der Gleichung (1) und Σ₀ ² von der Gleichung (2) anstatt <N_sig> und Σ² in Gleichung (4) eingesetzt werden.
Die Rauschzahl F des optischen Verstärkers wird erhalten, indem die so erhaltenen (S/N)_i _n und (S/N)_out wie folgt in Gleichung (3) eingesetzt werden: F = (1/G) + (G – 1) mt nspΔν/(G2<Ni>) + 2 (G – 1) mt nsp Δν/G + (G – 1)2 mt nsp 2Δν/(G2<Ni> ) ...(5)
In der vorstehenden Gleichung (5) sind der Populationsinversions-Parameter n_sp und die durchschnittliche Eingangsphotonzahl <N_i> wie folgt definiert: nsp = PASE/(h ν (G – 1) mt Δν) ...(6) <Ni> = Pi n/(h ν) ...(7)
In den vorstehenden Gleichungen ist P_A _SE eine Gesamtlichtleistung des gesamten ASE-Lichts, h eine Plancksche Konstante, und ν eine Frequenz des Signallichts, und Pin eine Lichtleistung des Eingangssignallichts.
Bei einem Lichtwellenleiter-Verstärker ist die Zahl mt der transversalen Moden des ASE-Lichts gleich 2. Daher wird Gleichung (5) wie folgt umgeschrieben: F = (1/G) + (PA SE/(G2Pin)) + PASES/(h ν G Δνs) + PA SE 2/(2 h ν G2Pi n Δν) ... (8)
In der vorstehenden Gleichung (8) ist P_ASES eine Lichtleistung des ASE-Lichts bei der Lichtfrequenz des Signallichts und Δνs ein Lichtfrequenzband eines Lichtempfängers zum Empfangen des Ausgangslichts des optischen Verstärkers und zur Bestimmung von P_ASES.
Als nächstes wird die Beschreibung in bezug auf ein herkömmliches Verfahren zur Auswertung eines optischen Verstärkers gegeben, der, wie vorstehend beschrieben, ein Signallicht verstärkt und ein verstärktes Signallicht mit einem Rauschen ausgibt.
12A ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer der Anmelderin der vorliegenden Erfindung betriebsintern bekannten Vorrichtung zur Auswertung einer Rauschzahl eines optischen Verstärkers zeigt, der ein Signallicht mit einer einzelnen Wellenlänge oder ein Signallicht mit mehreren Wellenlängen (Wellenlängen-Multiplex-Signallicht) verstärkt.
In der 12A erzeugen Lichtquellen 101_–1, 101_–2, ..., 101_–n Signallichter mit jeweiligen Wellenlängen λ_–1, λ_–2, ... bzw. λ__n. Die durch die Lichtquellen 101_–1, 101_–2, ..., 101__n erzeugten Signallichter werden durch einen Lichtmischer 102 gemischt, um ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht zu erzeugen. Das so erzeugte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird dann einem optischen Verstärker 103 zugeführt, dessen Eigenschaften bestimmt werden sollen. Die 12B zeigt ein Beispiel von Lichtspektren dieses dem optischen Verstärker 103 zugeführten Wellenlängen-Multiplex-Signallichts. Das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den optischen Verstärker 103 verstärkt, und das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 103 wird durch einen Lichtspektrumanalysator 104 analysiert.
Im betriebsinternen Stand der Technik wird eine Rauschzahl des optischen Verstärkers auf der Grundlage der Spektralverteilung der Spektren des durch den Spektrum-Analysator 104 analysierten Ausgangslichts bestimmt.
12C zeigt ein Lichtspektrum des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 103. Wie in 12C gezeigt, enthält das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 103 ein Breitband-ASE-Licht, und das ASE-Licht weist eine sehr komplexe Spektralverteilung auf. Es ist somit schwierig, das zweite Glied und das vierte Glied der Gleichung (8) zu bestimmen. Daher wird die Rauschzahl F des optischen Verstärkers 103 unter Berücksichtigung des Schrotrauschens des Signallichts und des auf Grund des Signallichts und des ASE-Lichts verursachten Schwebungsrauschens und unter Nichtbeachtung des zweiten Glieds und des vierten Glieds von Gleichung (8) ungefähr berechnet. Die Gleichung zur ungefähren Berechnung der Rauschzahl F ist wie folgt: F ≅ (1/G) + (PASE/(h ν G Δνs)) ...(9)
Wenn der optische Verstärker 103 einen Verstärkungsfaktor G aufweist und das Ausgangslicht des optische Verstärkers 103 eine Lichtleistung P_out aufweist, wird der Verstärkungsfaktor G wie folgt definiert: G = (Pou t – PASE)/Pin ...(10)
Um die Rauschzahlen der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung zu bestimmen, ist es erforderlich, die in Gleichungen (9) und (10) definierten Parameter bei den Wellenlängen der das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht bildenden Signallichter zu bestimmen. Die Rauschzahl F kann unter Verwendung der so bestimmten Parameter Wellenlänge für Wellenlänge berechnet werden.
Im herkömmlichen Verfahren jedoch wird die Rauschzahl F der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung annäherungsweise ermittelt, indem nur das Schrotrauschen des Signallichts und das auf Grund des Signallichts und des ASE-Lichts verursachte Schwebungsrausch-Signale in Betracht gezogen werden. Daher soll das Verfahren nicht den optischen Verstärker auswerten, der in Wirklichkeit als Wellenlängen-Multiplex-Verstärker arbeitet.
Darüber hinaus erfordert das herkömmliche Verfahren zur Auswertung von Rauschzahlen von Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung die Bestimmung von Leistungen des ASE-Lichts bei den Wellenlängen der Signallichter. Es ist jedoch schwierig, die Leistungen zu bestimmen.
Die Beschreibung wird in bezug auf dieses Problem gegeben.
13A zeigt ein Beispiel von Lichtleistungen P_i _n–1, P_i _n–2, ..., P_i _n–n von Spektren eines in den optischen Verstärker 103 eingegebenen Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, die jeweils den Wellenlängen λ1, λ2, ... bzw. λn entsprechen. 13B zeigt ein Beispiel von Lichtleistungen P_out _–1, P_out _–1, ... P_out _–n von Spektren von vom optischen Verstärker 103 ausgegebenen verstärkten Signallichtern, die jeweils den Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n entsprechen. Diese Lichtleistungen der Spektren können durch einen Lichtspektrumanalysator ohne weiteres gemessen werden.
Es ist jedoch unmöglich, die Lichtleistungen P_ASES _–1, P_ASES _–2, ..., P_ASES _–n des den Wellenlängen λ₁ , λ₂, ..., λ_n entsprechenden ASE-Lichts direkt zu bestimmen, weil das ASE-Licht zusammen mit den verstärkten Signallichtern vom optischen Verstärker ausgegeben wird und die Lichtleistungen des ASE-Lichts bei den Wellenlängen λ₁ , λ₂, ..., λ_n in den Lichtleistungen der verstärkten Signallichter verborgen sind.
Um die Lichtleistungen P_ASES _–1, P_ASES _–2, ..., P_ASES _–n des ASE-Lichts zu erhalten, ist es erforderlich, die Lichtleistungen des Ausgangslichts des optischen Verstärkers bei Wellenlängen zu bestimmen, die an die Wellenlängen λ₁ , λ₂, ..., λ_n angrenzen, und die Lichtleistungen P_ASES _–1, P_ASES _–2, ..., P_ASES _–n auf der Grundlage der Lichtleistungen bei den angrenzenden Wellenlängen zu interpolieren, wie in 14 gezeigt.
Eine solche manuelle Operation ist jedoch schwierig und mühsam. Überdies wird die Analyse durch den Spektrumanalysator durch ein Streulicht beeinflußt. Es ist daher schwierig, die Lichtleistungen P_ASES _–1, P_ASES _–2, ..., P_ASES _–n genau zu interpolieren.
Es gibt ein Verfahren zur Unterdrückung des Eingangssignallichts des optischen Verstärkers unter Verwendung eines Lichtpolarisationssteuergeräts und eines Polarisators, um die Genauigkeit der Interpolation der ASE-Lichtleistungen P_ASE _–1, P_ASE _–2, ..., P_ASE _–n zu verbessern oder um die Beeinflussung durch ein Streulicht zu reduzieren. Selbst wenn das Verfahren verwendet wird, ist es jedoch schwierig, die ASE-Lichtleistungen genau zu bestimmen.
Darüber hinaus wird der Einfluß des Streulichts erhöht, wenn die Schritte zwischen den Wellenlängen des Multiplex-Signallichts sehr kurz sind oder kleiner sind als die Auflösung des Lichtspektrumanalysators, wie in 15 gezeigt. Der Meßfehler der ASE-Lichtleistungen wird somit auf Grund des Einflus ses erhöht. Es ist daher sehr schwierig, die Wellenlängen-Multiplex-Verstärkungseigenschaften des optischen Verstärkers genau und problemlos zu bestimmen.

Aus der DE 35 34 990 A1 ist ein Verfahren zur wellenlängenselektiven Messung der in einem optischen Übertragungssystem hervorgerufenen Abschwächung der Intensität einer optischen Strahlung bekannt. Gemäß der DE 35 34 990 A1 wird die Messung bei gleichzeitig übertragenen Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen durchgeführt, wobei das Licht jeder Wellenlänge durch optische Sender erzeugt wird, deren Sendeintensitäten mit verschiedenen Modulationsfrequenzen moduliert werden.

US-A-5 060 302 beschreibt eine optische Auswertevorrichtung.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen von Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch einen optischen Verstärker in einem Zustand gleich dem eines wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Kommunikationssystems auswerten können.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Auswertungsvorrichtung für einen optischen Verstärker, die folgendes umfasst: Lichterzeugungsmittel zur Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das eine Mehrzahl von Signallichtern enthält, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und die Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert sind, die eine Periode aufweisen, die ausreichend kürzer als eine Atomlebensdauer bei einem hohen Energieniveau oder eine Trägerlebensdauer in einem Verstärkungsmedium eines auszuwertenden optischen Verstärkers ist, und zur Zuführung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts zum optischen Verstärker; O/E-Wandlermittel zur Wandlung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers in ein elektrisches Signal; Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsmittel zur Erfassung von Signalleistungen von Frequenzspektren, die im elektrischen Signal enthalten sind und jeweils den Modulationsfrequenzen der Signallichter entsprechen, und zur Erfassung einer Rauschleistung des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen liegt, und zur Ausgabe der Signalleistungen und der Rauschleistung als Parameter zur Auswertung von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker.

Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Auswertung eines optischen Verstärkers, das folgende Schritte umfasst Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das eine Mehrzahl von Signallichtern enthält, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert sind, die eine Periode aufweisen, die ausreichend kürzer als eine Atomlebensdauer bei einem hohen Energieniveau oder eine Trägerlebensdauer in einem Verstärkungsmedium eines auszuwertenden optischen Verstärkers ist; Zuführung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts zum optischen Verstärker; Wandlung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers in ein elektrisches Signal; Erfassung von Signalleistungen von Frequenzspektren, die im elektrischen Signal enthalten sind und jeweils den Modulationsfrequenzen der Signallichter entsprechen; Erfassung einer Rauschleistung des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen liegt; und estimmung, Wellenlänge für Wellenlänge, von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker auf der Grundlage der Signalleistungen und der Rauschleistung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

2A zeigt Wellenlängenspektren eines einem auszuwertenden optischen Verstärker zugeführten Wellenlängen-Multiplex-Signallichts.

2B zeigt Frequenzspektren einer Signalleistung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts.

3 zeigt Wellenlängenspektren einer Lichtleistung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers.

4 zeigt Frequenzspektren einer Signalleistung des Ausgangslichts des optischen Verstärkers.

5 zeigt Frequenzspektren von Signalleistungen des Eingangslichts und des Ausgangslichts des optischen Verstärkers.

6 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

7 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

8A zeigt Wellenlängenspektren eines Ausgangslichts eines optischen Bandpaßfilters in der zweiten bevorzugten Ausführungsform.

8B zeigt Frequenzspektren einer Signalleistung des Ausgangslichts des optischen Bandpaßfilters.

9 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

10 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

11 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

12A ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Optischer-Verstärker-Auswertungssystems gemäß einem der Anmelderin der vorliegenden Erfindung betriebsintern bekannten Stand der Technik zeigt.

12B zeigt Wellenlängenspektren eines einem auszuwertenden optischen Verstärker zugeführten Wellenlängen-Multiplex-Signallichts.

12C zeigt Wellenlängenspektren eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers.

13A zeigt Wellenlängenspektren einer Lichtleistung eines Eingangslichts des optischen Verstärkers.

13B zeigt Wellenlängenspektren einer Lichtleistung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers.

14 zeigt eine Interpolation einer Leistung eines Wellenlängenspektrums eines vom optischen Verstärker ausgegebenen ASE-Lichts.

15 zeigt einen Einfluß eines Streulichts im den Hintergrund bildenden Stand der Technik.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
A. Erste bevorzugte Ausführungsform
[1] Konfiguration der bevorzugten Ausführungsform
(a) Gesamtkonfiguration
1 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Rolle der Auswertungsvorrichtung besteht darin, die Charakteristiken von Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch optische Verstärker wie einen Lichtwellenleiter-Verstärker oder einen optischen Halbleiterverstärker auszuwerten.
Wie vorstehend beschrieben, enthalten Lichtwellenleiter-Verstärker einen Lichtwellenleiter mit einem Kern, zu dem ein Seltenerdmetall wie Erbium oder Praseodym dotiert worden ist. Im Lichtwellenleiter-Verstärker wird ein Erregungslicht, das eine andere Wellenlänge aufweist als das Signallicht, dem Lichtwellenleiter zugeführt, um den Lichtwellenleiter zu erregen. Wenn ein Signallicht in den so erregten Lichtwellenleiter eingegeben wird, wird das Signallicht verstärkt. Die Halbleiter-Optischer-Verstärker sollen das Signallicht direkt verstärken.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Optischer-Verstärker-Auswertungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n, Modulationssignalerzeuger 2_–1, 2_–2, ..., 2_–n, einen Lichtmischer 3, einen O/E-Wandler 5, eine Frequenzunterscheidungs- und eine Leistungserfassungsvorrichtung 6 und einen Rechenteil (die Abbildung wurde weggelassen).
(b) Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeugungsmittel
In 1 bilden die Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n, die Modulationssignalerzeuger 2_–1, 2_–2, ..., 2_–n, und der Lichtmischer 3 ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das Signallichter aufweist, die unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedliche, mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen modulierte Intensitäts-Enveloppen aufweisen.
Spezifischer ausgedrückt schwingen die Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n, bei jeweiligen unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n. DFB-LDs (Distribution Feed Back Laser Dioden – Verteilungsrückkopplungs-Laserdioden), die in einem einzelnen Modus bei unterschiedlichen mittleren Wellenlängen schwingen, oder TLS-Vorrichtungen, die die Wellenlängen des Ausgangslichts steuern können, sind für diese Lichtquellen eventuell vorzuziehen.
Die Modulationssignalerzeuger 2_–1, 2_–2, ..., 2_–n sind jeweils mit den Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ... bzw. 1_–n verbunden. Die Modulationssignalerzeuger erzeugen Sinusmodulationssignale, die unterschiedliche Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n aufweisen, um die Intensitäten von Ausgangssignallichtern der Lichtquellen zu modulieren.
In dieser Auswertungsvorrichtung werden die bei der Intensitätsmodulation der Signallichter angewandten Modulationsfrequenzen so bestimmt, daß sie höher sind als eine Frequenz, die einer Signalextinktionszeitkonstante eines Verstärkungsmediums eines auszuwertenden optischen Verstärkers entspricht.
Wenn ein auszuwertender optischer Verstärker ein Lichtwellenleiter-Verstärker ist, der einen Kern aufweist, zu dem ein Seltenerdmetall dotiert worden ist, hängt die Extinktionszeitkonstante von einer Atomlebensdauer beim hohen Energieniveau ab. In diesem Fall werden die Modulationsfrequenzen daher so bestimmt, daß sie größer sind als 10 kHz. Wenn der auszuwertende optische Verstärker ein Halbleiter-Verstärker ist, hängt die Extinktionszeitkonstante von der Trägerlebensdauer im Halbleiter ab. In diesem Fall werden die Modulationsfrequenzen daher so bestimmt, daß sie größer sind als 1 GHz.
Unter der Intensitätsmodulation durch die Modulationssignalerzeuger erzeugen die Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n Signallichter, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n aufweisen und unterschiedliche Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n moduliert sind.
Diese Signallichter werden durch den Lichtmischer 3 gemischt. Infolgedessen wird ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht, das diese Signallichter enthält, durch den Lichtmischer 3 erzeugt. Das so erzeugte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird über einen eingangsseitigen Anschluß 4_–1 der Auswertungsvorrichtung einem optischen Verstärker 4 zugeführt, dessen Charakteristik bestimmt werden soll.
(c) Auszuwertender optischer Verstärker
Das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den auszuwertenden optischen Verstärker 4 verstärkt. Das so verstärkte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht enthält die Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedliche, mit unterschiedlichen Frequenzen modulierte Intensitäts-Enveloppen aufweisen. Die bei der Intensitätsmodulation der Eingangssignallichter des optischen Verstärkers angewandten Modulationsfrequenzen sind überdies höher als eine Frequenz, die einer Signalextinktionszeitkonstante eines Verstärkungsmediums des optischen Verstärkers entspricht. Die Signallichter werden daher unabhängig verstärkt, so daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen.
Die detaillierte Beschreibung wird in bezug auf diese Wirkung gegeben.
Wenn ein Signallicht, das mit einer so hohen Frequenz wie vorstehend beschrieben moduliert ist, durch einen optischen Verstärker verstärkt wird, wird nicht nur die Richtkomponente des Signallichts verstärkt, sondern es wird auch die alternative Komponente (die modulierte Signalkomponente) des Signallichts verstärkt. Diese Wirkung besteht, wenn eine Mehrzahl von Signallichtern, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, durch den optischen Verstärker gleichzeitig verstärkt wird. In diesem Fall werden die Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, unabhängig verstärkt, so daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen, selbst wenn die Intensitäten der Signallichter mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert sind.
Die Verstärkungsfaktoren der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker können daher Wellenlänge für Wellenlänge bestimmt werden, indem Differenzen zwischen den Signalleistungen der alternativen Komponenten (Modulationssignalleistungen) des Eingangssignals und denen des Ausgangssignals Frequenz für Frequenz bestimmt werden.
Die bevorzugte Ausführungsform soll Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen von Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker 4 bestimmen, indem diese Wirkung ausgenutzt wird.
(d) O/E-Wandler
Der O/E-Wandler 5 empfängt über einen ausgangsseitigen Anschluß 4_–2 der Auswertungsvorrichtung ein Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4.
Das so empfangene Ausgangslicht enthält verstärkte Signallichter die dem Wellenlängen-Multiplex-Signallicht entsprechen, und ein ASE-Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenspektren in einem breiten Band aufweist.
Der O/E-Wandler 5 setzt dieses Ausgangslicht in ein elektrisches Signal um.
Bei dieser Wandlung werden, Wellenlänge für Wellenlänge, den verstärkten Signallichtern entsprechende Schrotrausch-Signale erzeugt, und ein dem ASE-Licht entsprechendes Schrotrauschen wird erzeugt.
Wenn die verstärkten Signallichter und das ASE-Licht, das eine Mehrzahl von Spektren aufweist, in ein elektrisches Signal umgesetzt werden, wird überdies eine Mischung von Signalen dieser Lichter durchgeführt. Infolgedessen werden durch Mischung von Signallichtern unterschiedlicher Wellenlänge, und durch Mischung des Signallichts und des ASE-Lichts, und durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts Schwebungsrausch-Signale erzeugt.
Daher werden ein elektrisches Signal, das den verstärkten Signallichtern entsprechende Signale enthält, und ein Rauschen, das die vorstehend beschriebenen Schrotrausch-Signale und die vorstehend beschriebenen Schwebungsrausch-Signale enthält, vom O/E-Wandler 5 ausgegeben.
Ein solches Rauschen wird auch in wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Kommunikationssystemen erzeugt. In diesen Systemen werden O/E-Wandler oft vorgesehen, um jeweilige Signallichter zu empfangen, die in einem empfangenen Wellenlängen-Multiplex-Signallicht enthalten sind. Überdies werden optische BPF (Bandpaßfilter), deren Durchlaßbereich-Mittel-Wellenlängen den Wellenlänge der verstärkten Signallichter entsprechen, vor den O/E-Wandlern vorgesehen, um die Leistungen der Rausch-Signale zu reduzieren.
In der Auswertungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform, um Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen des optischen Verstärkers 4 zu bestimmen, führt der optische Verstärker eine Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung nahe der durch, die in wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Kommunikationssystemen durchgeführt wird. Daher werden Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen nahe wirklichen Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung bestimmt.
(e) Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung und Rechenteil
Die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt Parameter, die zur Berechnung der Verstärkungsfaktoren und der Rauschzahlen verwendet werden sollen, an Hand des elektrischen Signals, das vom O/E-Wandler ausgegeben wird.
Spezifischer ausgedrückt erfaßt die Frequenzunterscheidungs-und-Leistungserfassungsvorrichtung 6 Modulationssignalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n und eine Gesamtrausch-Leistung N_total an Hand des ausgegebenen elektrischen Signals des O/E-Wandlers 5.
Die Modulationssignalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n sind Leistungen von Signalen, die im elektrischen Signal enthalten sind und Signalfrequenzen aufweisen, die den jeweiligen Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n entsprechen. Diese Signale entsprechen den vorstehend beschriebenen alternativen Komponenten der verstärkten Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedliche Intensitäts-Enveloppen aufweisen. Die Modulationssignalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n sind Parameter, die zur Berechnung, Wellenlänge für Wellenlänge, der Verstärkungsfaktoren der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker 4 verwendet werden sollen.
Die Gesamtrauschleistung N_total ist ein Parameter, der zur Berechnung der Rauschzahlen erforderlich ist.
Bevor die Rauschzahlen beschrieben werden, wird die Beschreibung in bezug auf die in der Auswertungsvorrichtung erzeugten Rausch-Signale gegeben.
Wie vorstehend beschrieben, enthält das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 – abgesehen von den verstärkten Signallichtern – das ASE-Licht. Dieses ASE-Licht wird durch eine angeregte Emission in einem Verstärkungsmedium des optischen Verstärkers 4 erzeugt.
Spezifischer ausgedrückt wird durch Zuführung eines Erregungslichts eine Populationsinversion zwischen verschiedenen Energieniveaus im Verstärkungsmedium verursacht. Wenn ein Signallicht zugeführt wird, das eine Energie aufweist, die einer Energie zwischen unterschiedlichen Energieniveaus entspricht, die sich in einem Populationsinversions-Zustand befinden, fallen erregte Atome, die durch die Populationsinversion auf das hohe Energieniveau gebracht worden sind, auf Grund einer angeregten Emission in einen Grundzustand. Es fallen jedoch nicht alle Atome im Populationsinversions-Zustand auf Grund der angeregten Emission in den Grundzustand, sondern ein Teil der Atome fällt spontan in den Grundzustand auf Grund einer Spontanemission. Bei dieser Spontanemission wird ein inkohärentes ASE-Licht emittiert, das sich vom verstärkten Signallicht unterscheidet.
Die Lichtleistung des ASE-Lichts ist nicht konstant, sondern hängt von der Intensität des Eingangslichts des optischen Verstärkers ab. Wenn die Eingangslichtleistung erhöht wird, wird die Lichtleistung des durch die Spontanemission erzeugten ASE-Lichts daher vermindert.
Als nächstes wird die Beschreibung in bezug auf die Schwebungsrausch-Signale gegeben.
Wenn der optische Verstärker 4 ein Licht ausgibt, das ein verstärktes Signallicht und ein ASE-Licht enthält, und das Ausgangslicht durch den O/E-Wandler 5 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, werden durch Mischung die folgenden Schwebungsrausch-Signale in einem breiten Band erzeugt.

a. Durch Mischung des Signallichts und Spektren des ASE-Lichts erzeugte Schwebungsrausch-Signale.
b. Durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts erzeugte Schwebungsrausch-Signale.

Wenn die Signalleistung des Eingangslichts niedrig ist, hängt das Signal-Rausch-Verhältnis des Ausgangssignals des O/E-Wandlers von der Leistung der Rausch-Signale b ab, während, wenn die Signalleistung hoch ist, das Signal-Rausch-Verhältnis von den Rausch-Signalen a abhängt.
Bei der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung gibt der optische Verstärker die verstärkten Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, und ein ASE-Licht, das Spektren in einem breiten Band enthält, aus. Daher werden die folgenden Schwebungsrausch-Signale erzeugt, wenn das Ausgangslicht des optischen Verstärkers in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

a'. Durch Mischung von Signallichtern und Spektren des ASE-Lichts erzeugte Schwebungsrausch-Signale.
b'. Durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts erzeugte Schwebungsrausch-Signale
c'. Durch Mischung von Signallichtern unterschiedlicher Wellenlänge erzeugte Schwebungsrausch-Signale.

Bei den vorstehenden Rausch-Signalen weisen die Schwebungsrausch-Signale c' ein breites Band auf. Es ist daher schwierig, die Schwebungsrausch-Signale getrennt zu erfassen.
Im wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Kommunikationssystem werden Empfänger für in einem empfangenen Wellenlängen-Multiplex-Signallicht enthaltene Signallichter vorgesehen. Jeder Empfänger kann ein Signallicht empfangen, das eine einzelne Wellenlänge aufweist. Daher werden optische BPF mit schmalen Durchlaßbereichen, deren mittlere Wellenlängen den zu empfangenden Signallichtern entsprechen, vor den jeweiligen Empfängern vorgesehen. Das Signal-Rausch-Verhältnis des Ausgangssignals jedes Empfängers hängt von den Leistungen der vorstehend beschriebenen Rausch-Signale a ab. In diesem Fall sind die Leistungen der Rausch-Signale b niedrig.
In der Auswertungsvorrichtung wird ein Gesamt-Intensitäts-Rauschen, das durch Mischung der Signallichter und des Spektrums des ASE-Lichts erzeugte Schwebungsrausch-Signale, und durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts, der den Signallichtern entsprechenden Schrotrausch-Signale und der dem ASE-Licht entsprechenden Schrotrausch-Signale erzeugte Schwebungsrausch-Signale enthält, als die Gesamtrauschleistung N_tota _l bestimmt, wie vorstehend beschrieben.
Das heißt, die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt eine Rauschleistung des Ausgangssignals des O/E-Wandlers bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen liegt. Diese erfaßte Rauschleistung wird als die Leistung des Gesamt-Intensitäts-Rauschens, d. h. die Gesamtrauschleistung N_tota _l, verwendet.
Der Rechenteil bestimmt, Wellenlänge für Wellenlänge, die Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker auf der Grundlage der Signalleistungen und der Gesamtrauschleistung, die durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt werden.
Indes weisen die in den optischen Verstärker 5 eingegebenen Signallichter Relativ-Intensitäts-Rausch-Signale auf. Diese Relativ-Intensitäts-Rausch-Signale werden durch die Lichtquellen 2–1, 2–2, ..., 2–n erzeugt und müssen bei der Auswertung der Rauschzahlen des optischen Verstärkers 4 ausgenommen werden.
In der Auswertungsvorrichtung korrigiert der Rechenteil die Gesamtrauschleistung auf der Grundlage der Relativ-Intensitäts-Rausch-Signale der Lichtquellen, wenn die Rauschzahlen bestimmt werden.
[2] Wirkungsweise der bevorzugten Ausführungsform
Als nächstes wird der Betrieb der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
2A zeigt Wellenlängenspektren einer Lichtleistung eines in den optischen Verstärker 4 eingegebenen Wellenlängen-Multiplex-Signallichts.
Wie vorstehend beschrieben, enthält das eingegebene Wellenlängen-Multiplex-Signallicht Signallichter, die jeweils durch die Lichtquellen 2_–1, 2_–2, ... bzw. 2_–n erzeugt werden, und diese Signallichter weisen jeweils die Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n auf.
Daher sind diese Wellenlängenspektren mit den jeweiligen Lichtleistungen P_in–1, P_in–2, ... bzw. P_in–n wie in 2A gezeigt, im Wellenlängen-Multiplex-Signallicht enthalten.
2B zeigt Frequenzspektren einer Signalleistung des in den optischen Verstärker 4 eingegebenen Wellenlängen-Multiplex-Signallichts.
Im eingegebenen Wellenlängen-Multiplex-Signallicht sind die Intensitäten der Signallichter, die die Wellenlängen λ₁, λ₂, ..., λ_n aufweisen, mit den jeweiligen Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n moduliert. Mit anderen Worten, diese Signallichter weisen alternative Komponenten auf, die jeweils die Frequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n aufweisen.
In dem in 2B gezeigten Beispiel weisen die alternativen Komponenten, die den Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ..., f_n entsprechen, Modulationssignalleistungen P_emodin–1, P_emodin–2, ..., P_emodin–n auf .
Das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den optischen Verstärker 4 verstärkt. 3 zeigt Wellenlängenspektren des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 4.
Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 enthält verstärkte Signallichter, die dem eingegebenen Wellenlängen-Multiplex-Signallicht entsprechen. In 3 bezeichnen jeweils P_out–1, P_out–2, ... bzw. P_out–n die Lichtleistungen dieser verstärkten Signallichter.
Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 enthält ferner ein ASE-Licht. Wie in 3 gezeigt, weist das ASE-Licht Spektren in einem breiten Band auf. Das ASE-Licht wird durch eine Spontanemission erzeugt und im Verstärkungsmedium des optischen Verstärkers verstärkt.
Das dem Lichtwellenleiter 4 zugeführte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht weist Signallichter auf, die die Wellenlängen λ₁, λ₂, ..., λ_n aufweisen und mit den unterschiedlichen Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ..., f_n moduliert werden und die durch den optischen Verstärker 4 unabhängig verstärkt werden. Bei der Verstärkung durch den optischen Verstärker 4 werden sowohl die Richtkomponente als auch die alternativen Komponenten (Modulationssignale), die in den Signallichtern enthalten sind, verstärkt, und die alternativen Komponenten werden unabhängig verstärkt, so daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 enthält daher alternative Komponenten, die durch unabhängiges Verstärken der alternativen Komponenten des Eingangslichts erhalten werden. 4 zeigt Frequenzspektren einer Signalleistung des Ausgangslichts des optischen Verstärkers.
Das aus dem O/E-Wandler 5 erhaltene elektrische Signal enthält alternative Komponenten, die jeweils die Frequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n aufweisen. Diese Komponenten entsprechen den im Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 enthaltenen alternativen Komponenten.
Die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt, Frequenz für Frequenz, die Leistungen dieser alternativen Komponenten. Die erfaßten Leistungen sind die Modu- 1ationssignalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n wie vorstehend beschrieben. In 4 werden die Modulations-Signalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n gezeigt.
5 zeigt die Frequenzspektren von Signalleistungen des Eingangslichts und des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 4. Wie in 5 gezeigt, entsprechen die jeweiligen Modulationssignalleistungen P_emodin–1, P_emodin–2, ..., P_emodin–n des Eingangslichts des optischen Verstärkers 4 den Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n, und die Modulationssignalleistungen P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n des Ausgangslichts entsprechen ebenso jeweils den Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n.
Das vom O/E-Wandler 5 ausgegebene elektrische Signal enthält ferner ein Rauschen, das die Schrotrausch-Signale und die Schwebungsrausch-Signale enthält, die bei der O/E-Wandlung hinzugefügt werden. Die Rauschspektrumdichte <i_n ²> des bei der O/E-Wandlung hinzugefügten Rauschens wird wie folgt bestimmt: <in2> = 2e (η e/h ν)[G Pi n + 2 nsp h ν (G – 1) Δνsp + 4 (η e/h ν)2 [nsp h ν (G – 1) G Pi n + (nsp h ν (G – 1))2 Δνsp-sp] + (η e/h ν)2 Pi n G2 RIN ...(11)
In der vorstehenden Gleichung (11) ist e eine elektrische Ladung eines Elektrons, η ein Quantisierungswirkungsgrad des O/E-Wandlers 4, Δν_sp eine äquivalente Rauschbandbreite des Schrotrauschens des ASE-Lichts, Δν_sp-sp eine äquivalente Rauschbandbreite von Schwebungsrauschen, die durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts erzeugt werden, und RIN ein Relativ-Intensitäts-Rauschen der Lichtquelle.
In Gleichung (11) definiert das erste Glied das Schrotrauschen des verstärkten Signallichts, das zweite Glied das Schrotrauschen des ASE-Lichts, das dritte Glied das auf Grund des Signallichts und der ASE-Lichter erzeugte Schwebungsrauschen, und das vierte Glied das Schwebungsrauschen, das auf Grund der Tatsache erzeugt wird, daß die ASE-Lichter unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Diese Rausch-Signale werden bei der Verstärkung durch den optischen Verstärker 4 erzeugt.
Das fünfte Glied von Gleichung (11) ist jedoch kein bei der Verstärkung erzeugtes Rauschen, sondern ein im Eingangssignallicht des Lichtwellenleiters 4 enthaltenes Intensitäts-Rauschen. Das fünfte Glied soll daher von dem vom optischen Verstärker 4 erzeugtes Rauschen ausgeschlossen werden, um die Rauschzahlen genau zu bestimmen.
Die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt eine Rauschleistung des Ausgangsignals des O/E-Wandlers bei einem Frequenzband, das ausreichend abseits der Modulationsfrequenzen liegt. Diese erfaßte Rauschleistung wird als die Gesamtrauschleistung N_tota _l verwendet. In 5 wird die durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßte Gesamtrauschleistung N_tota _l angegeben.
Das durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßte Gesamtrauschen enthält ein Hintergrundrauschen, das eine Leistung N_B _G aufweist und durch die Frequenzunterscheidungs und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erzeugt wird, und zwar abgesehen von den vorstehend beschriebenen Schrotrausch- und Schwebungsrausch-Signalen, die bei der O/E-Wandlung erzeugt werden, und das Gesamtrauschen weist die in der vorstehenden Gleichung (11) definierten Rauschspektrumdichten <i_n ²> auf. In 5 wird die Leistung N_B _G des Hintergrundrauschens angegeben.
Wie in Gleichung (11) angezeigt, enthält die Gesamtrauschleistung N_tota _l eine Leistung von RIN. Um die Rauschzahlen genau zu bestimmen, muß diese Leistung von der Gesamtrauschleistung N_tota _l ausgeschlossen werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden die RIN der Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n vor der Auswertung der Rauschzahlen vorher bestimmt. Wenn die Rauschzahlen Wellenlänge für Wellenlänge berechnet werden, wird die Leistung der so bestimmten RIN von der Gesamtrauschleistung N_tota _l subtrahiert. In 2B und 5 wird eine Leistung von RIN von Lichtquellen auf einer Kurve angegeben, die eine Signalleistung des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 4 zeigt.
Die Rauschzahl F des optischen Verstärkers 4 wird als das Verhältnis des Signal-Rausch-Verhältnisses SNR_i _n, das das Schrot-Rauschen des Eingangssignallichts des optischen Verstärkers 4 betrifft, zum Signal-Rausch-Verhältnis SNR_out das das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 betrifft, wie folgt bestimmt: SNRin = Pi n/(2 h ν Be) ...(12) SNRout = (η e G Pin/h ν)2/[(Ntotal – NBG) – (η e/h ν)2 Pi n 2 RIN] Be ...(13) F = SNRin/SNRout ...(14)
In den vorstehenden Gleichungen ist Be eine Empfangsbandbreite des O/E-Wandlers 5.
Die Rauschzahl F wird bestimmt, indem SNR_i _n aus Gleichung (12) und SNR_out aus Gleichung (13) wie folgt in Gleichung 14 eingesetzt werden: F = [(Ntotal – NBG) – (η e/h ν)2 Pin 2 G2 RIN]/[2 η e Pi n G2/h ν)] ...(15)
Wenn I _pho ein Lichtstrom ist, der durch den O/E-Wandler 5 fließt und dem Eingangslicht entspricht, wird P_i _n in Gleichung (15) wie folgt bestimmt Pin = (h ν/η e) Ip ho ...(16)
Daher wird die vorstehende Gleichung (15) wie folgt umgeschrieben: F = [(Ntotal – NBG) - G2 Ip h o 2 RIN]/(2 η e G2 Ipho) ...(17)
In der vorstehenden Gleichung (17) ist G der Verstärkungsfaktor des optischen Verstärkers 4. Der Verstärkungsfaktor G wird durch die Modulationssignalleistung P_emodin–k (k = 1 , 2 ..., n) des Eingangssignallichts des optischen Verstärkers 4 und die Modulationssignalleistung P_emodout–k (k = 1, 2 ..., n) des vom optischen Verstärker 4 ausgegebenen verstärkten Signallichts wie folgt definiert: G = (Pemodout–k /Pemodin–k)1/2 ...(18)
Die Verstärkungsfaktoren der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker 4 können unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (18) Wellenlänge für Wellenlänge bestimmt werden.
In Gleichung (17) werden die Parameter, ausgenommen der Verstärkungsfaktor G, durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 bei der Auswertung erfaßt, oder sie sind vor der Auswertung vorher bestimmt worden. Die Rauschzahlen F der Wellenlängen-Multiplexverstärkung können somit in Übereinstimmung mit der Gleichung (17) Wellenlänge für Wellenlänge bestimmt werden.
Die Berechnung der Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen wird durch den Rechenteil durchgeführt.
[3] Modifikationen
In der ersten bevorzugten Ausführungsform gibt es Modifikationen wie folgt:

(a) Wenn es möglich ist, Relativ-Intensitäts-Rausch-Signale der Eingangssignallichter und der Ausgangssignallichter des optischen Verstärkers 4 zu bestimmen, können die Rauschzahlen nach einem anderen Verfahren bestimmt werden. Das heißt, wenn Relativ-Intensitäts-Rausch-Signale eines Eingangslichts und eines Ausgangslichts jeweils als RIN_input bzw. RIN_output definiert werden, wird die Rauschzahl F des optischen Verstärkers 4 wie folgt bestimmt: F = (RINoutput – RINinput) Pin/2 h ν ...(19) Die Rauschzahlen können daher gemäß Gleichung (19) unter Verwendung der so bestimmten RINinput und RINoutp_ut bestimmt werden.
(b) 6 zeigt eine Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform. Bei dieser Modifikation erzeugen jeweils die Lichtquellen 2_–1, 2_–2, ... bzw. 2_–n Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen und konstante Intensitäten aufweisen. Lichtmodulatoren 7_–1, 7_–2, ..., 7_–n sind für die Lichtquellen vorgesehen. Diese Lichtmodulatoren 7_–1, 7_–2, ... bzw. 7_–n modulieren jeweils die Intensitäten der Signallichter mit den Modulationssignalen, die unterschiedliche Modulationsfrequenzen aufweisen und durch die Modulationssignalerzeuger 2_–1, 2_–2, ..., 2_–n erzeugt werden. Die aus den Lichtmodulatoren erhaltenen modulierten Signallichter werden durch den Lichtmischer 3 gemischt, um ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht zu erhalten, das dem optischen Verstärker 4 zugeführt werden soll. Bei dieser Modifikation werden Operationen und Wirkungen erzielt, die denen der ersten bevorzugten Ausführungsform gleich sind.

B. Zweite bevorzugte Ausführungsform
7 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Rauschzahlauswertungsvorrichtung für Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 7 entspricht ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeuger 8 den Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1_–n, dem Modulationssignalerzeuger 2_–1, 2_–2, ..., 2_–n und dem Lichtmischer 3 der ersten bevorzugten Ausführungsform (1). Ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeuger 8 erzeugt und dem Eingangsanschluß 4_–1 des optischen Verstärkers 4 zugeführt.
Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 wird einem optischen BPF 9 zugeführt. Dieses BPF weist eine schmale Durchlaßbreite auf, und die mittlere Wellenlänge des Durchlaßbereichs entspricht einer der Wellenlängen der vom optischen Verstärker 4 ausgegebenen verstärkten Signallichter. Ein Signallicht, das das BPF 9 passiert (d. h. das Ausgangslicht des BPF 9) wird dem O/E-Wandler 5 zugeführt.
8A zeigt Wellenlängenspektren des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das das BPF 9 passiert. Wenn das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 das BPF 9 passiert, werden die Niveaus der Wellenlängenspektren des Ausgangslichts mit Ausnahme eines Wellenlängenspektrums, das einer mittleren Wellenlänge des Durchlaßbereichs des BPF entspricht, auf einen sehr niedrigen Pegel beschränkt, wie in 8A gezeigt. Daher werden in der durch den O/E-Wandler 5 empfangenen Gesamtsignalleistung die Leistungen der Signallichter, bei denen sich die Wellenlängen außerhalb des Durchlaßbereichs des BPF 9 befinden, vermindert. Überdies wird das Wellenlängenband des dem O/E-Wandler 5 zugeführten ASE-Lichts reduziert. Daher wird auch die elektrische Leistung, die dem ASE-Licht entspricht, reduziert.
8B zeigt Frequenzspektren des Ausgangssignals des O/E-Wandlers 5, die durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt werden. In den Modulationssignalleistungen P_emodin–1, P_emodin–2, ..., P_emodin–n, die durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt werden, werden die Leistungen von Frequenzspektren, die den Wellenlängenspektren entsprechen, die sich außerhalb des Durchlaßbereichs des BPF 9 befinden, beschränkt, wie in 8B gezeigt. Infolgedessen werden Leistungen von Schwebungsrausch-Signalen, die durch Mischung verschiedener Spektren des ASE-Lichts und durch Mischung von Signallichtern und Spektren des ASE-Lichts erzeugt werden, und Leistungen der Signallichter, die Wellenlängen aufweisen, die sich außerhalb des Durchlaßbereichs befinden, im Gesamtrauschen reduziert. Daher wird eine reduzierte Gesamtrauschleistung durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung 6 erfaßt.
In wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Übertragungs-Vorrichtungen werden Lichtempfänger für die Signallichter des übertragenen Wellenlängen-Multiplex-Signallichts vorgesehen, und optische BPFs werden an den Eingangsseiten der jeweiligen Lichtempfänger vorgesehen, um die Signallichter durchzulassen, die die gewünschten Wellenlängen aufweisen. In dieser Konfiguration wird jedes Signal durch einen der Lichtempfänger empfangen, um die Schwebungsrausch-Signale zwischen den verschiedenen Signallichtern und zwischen dem Signalrauschen und dem ASE-Licht zu verringern, wobei die ASE-Lichter unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
In der bevorzugten Ausführungsform werden die Verstärkungsfaktoren und die Rauschzahlen der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung daher Wellenlänge für Wellenlänge in einem Zustand nahe dem des wirklichen Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystems bestimmt. Die Berechnung der Rauschzahlen wird gemäß Gleichung (17) durchgeführt.
Die vorstehend beschriebene zweite bevorzugte Ausführungsform kann modifiziert werden, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern. In einer modifizierten Ausführungsform der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden TLS anstatt der Lichtquellen im Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeuger 8 verwendet. Schmalband-Optisches-BPF (OTF), von deren Durchlaßbereich die mittlere Wellenlänge auf eine gewünschte Wellenlänge gesteuert werden kann, werden anstatt des BPF 9 vorgesehen. Wenn die Wellenlänge eines der durch die TLS erzeugten Signallichter geändert wird, wird die mittlere Wellenlänge des Durchlaßbereichs des OTF automatisch so gesteuert, daß sie der Wellenlänge des Signallichts folgt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, Wellenlängenabhängigkeitscharakteristiken der Verstärkungsfaktoren und der Rauschzahlen des optischen Verstärkers 4 zu bestimmen.
C. Dritte bevorzugte Ausführungsform
9 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Rauschzahlauswertungsvorrichtung für Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 9 wird das durch den Wellenlängen-Multiplex-Signallicht-Erzeuger 8 erzeugte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht dem Eingangsanschluß 4_–1 zugeführt. Das so zugeführte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht weist Signallichter auf, die unterschiedliche Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n aufweisen, und die Intensitäten der Signallichter werden jeweils mit den unterschiedlichen Modulationsfrequenzen f₁, f₂, ... bzw. f_n moduliert. Das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den optischen Verstärker 4 verstärkt.
Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4, das ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht ist, wird über den Ausgangsanschluß 4_–2 einem Lichtteiler 10 zugeführt und wird dadurch in Signallichter geteilt, die die unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Die so geteilten Signallichter werden jeweils durch O/E-Wandler 5_–1, 5_–2, ... bzw. 5__n in elektrische Signale umgesetzt.
Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtungen 6_–1, 6_–2, ... bzw. 6__n erfassen jeweils aus den geteilten Signallichtern, die ihnen zugeführt werden, Modulationssignalleistungen, deren Frequenzen f₁, f₂, ..., f_n sind.
Die sonstige Wirkungsweise ist gleich der der vorstehend beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform wird eine Wirkung erzielt, die der der ersten bevorzugten Ausführungsform gleich ist.
10 zeigt eine Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform. In 10 passieren die vom Lichtteiler 10 ausgegebenen geteilten Signallichter jeweils optische BPFs 9_–1, 9_–2, ... bzw. 9__n. Die mittleren Wellenlängen der Durchlaßbereiche dieser BPFs 9_–1, 9_–2, ..., 9__n entsprechen den jeweiligen Wellenlängen λ₁, λ₂, ... bzw. λ_n. Die geteilten Multiplex-Signallichter werden jeweils durch diese BPF beschränkt, und die Multiplex-Signallichter, deren Wellenlängen-Bänder durch die BPF beschränkt sind, jeweils werden durch die O/E-Wandler 5_–1, 5_–2, ... bzw. 5__n in elektrische Signale umgesetzt.
Bei der Modifikation wird eine Wirkung erzielt, die der der zweiten bevorzugten Ausführungsform gleich ist.
D. Vierte bevorzugte Ausführungsform
Im allgemeinen werden Erbium-dotierte Lichtwellenleiter, die das Verstärkungsmedium von Lichtwellenleiter-Verstärkern sind, hergestellt, indem Erbium zu den Kernen von Einmodus-Lichtwellenleitern, deren Übertragungscharakteristiken von den Polarisationsebenen des Eingangslichts unabhängig sind, dotiert wird.
Wenn Licht in einen Erbium-dotierten Lichtwellenleiter eingegeben wird, um den Lichtwellenleiter zu erregen, und dadurch eine Verstärkungserscheinung im Lichtwellenleiter verursacht wird, ist die so verursachte Verstärkung unabhängig von der Polarisationsebene des Eingangslichts.
Es ist daher möglich, einen Erbium-dotierten Lichtwellenleiter-Verstärker zu bilden, dessen Charakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts unabhängig sind, indem ein Erbium-dotierter Lichtwellenleiter und ein optischer Isolator oder ein optisches Filter, dessen Charakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts unabhängig sind, kombiniert werden. Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten zur Herstellung eines solchen Erbium-dotierten Lichtwellenleiter-Verstärkers werden zur Zeit intensiv durchgeführt.
Andererseits gibt es andere Arten optischer Verstärker, deren Verstärkungscharakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig sind.
Zum Beispiel gibt es Lichtwellenleiter wie PANDA-Lichtwellenleiter, deren Übertragungscharakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig sind. Wenn Erbium in dem Kern dieser Art Lichtwellenleiters dotiert wird, ist es möglich, einen Erbium-dotierten Lichtwellenleiter-Verstärker herzustellen, dessen Verstärkungscharakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig sind.
Bei der Herstellung von Halbleiter-Laser-Verstärkern sollte eine Aktivschicht zur Verstärkung von Licht so gebildet werden, daß die Dicke und die Breite der Schicht gleich sind. Es ist jedoch schwierig, die Breite und die Dicke der Aktivschicht genau einzustellen. Bei den meisten hergestellten Halbleiter- Optischer-Verstärkern sind die Verstärkungscharakeristiken daher von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig.
Bei diesen Arten optischer Verstärker sind der Verstärkungsfaktor der Verstärkung und die Leistung des Ausgangslichts von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig. Überdies ist das vom optischen Verstärker ausgegebene ASE-Licht von der Polarisationsebene der Ausgabefläche des Verstärkers abhängig.
Wenn die Wellenform-Multiplex-Verstärkung durch den vorstehend beschriebenen optischen Verstärker durchgeführt wird und die Verstärkungsfaktoren und die Rauschzahlen ausgewertet werden sollen, ist es erforderlich, die Verstärkungsfaktoren oder die ASE-Lichtleistungen, die der Polarisationsebene des aus dem Halbleiter-Optischer-Verstärker erhaltenen verstärkten Signallichts entsprechen, zu bestimmen.
Die vierte bevorzugte Ausführungsform soll eine Rauschzahlauswertungsvorrichtung vorsehen, die Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen eines optischen Verstärkers, bei dem die Charakteristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts abhängig sind, bestimmen kann.
11 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
In 11 geben Lichtquellen 1_–1, 1_–2, ..., 1__n Signallichter aus, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, und die Intensitäten der Signallichter werden mit jeweiligen, unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert. Die so erzeugten Signallichter werden jeweils Polarisationssteuergeräten 11_–1, 11_–2, ... bzw. 11__n zugeführt, und die jeweiligen Polarisationsebenen der Signallichter werden dadurch gesteuert. Es ist daher möglich, die Polarisationsebenen der Signallichter so zu steuern, daß alle Signallichter eine gleiche Polarisationsebene aufweisen oder daß eines der Signallichter eine Polarisationsebene aufweist, die sich von denen der anderen Signallichter unterscheidet.
Die von den Polarisationssteuergeräten 11_–1, 11_–2, ..., 11__n ausgegebenen Signallichter werden durch den Lichtmischer 3 gemischt, um ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht zu erzeugen. Das Wellenlängensignallicht wird dem Eingangsanschluß 4_–1 des optischen Verstärkers 4 zugeführt, dessen Rauschzahlen bestimmt werden sollen. Dieser optische Verstärker 4 weist eine Abhängigkeit der Verstärkungscharakeristiken von der Polarisationsebene des Eingangslichts auf.
Das Wellenlängen-Multiplex-Signallicht wird durch den optischen Verstärker 4 verstärkt, und das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 wird vom Ausgangsanschluß 4_–2 ausgegeben. Das Ausgangslicht enthält verstärkte Signallichter und ein ASE-Licht, die durch die Spontanemission des Verstärkungsmediums des optischen Verstärkers erzeugt werden. Die verstärkten Signallichter weisen unterschiedliche Wellenlängen auf, und ihre Polarisationsebenen entsprechen denen der Eingangssignallichter des Lichtmischers 3, die durch die Polarisationssteuergeräte 11_–1, 11_–2, ... bzw. 11__n jeweils gesteuert worden sind. Im Gegensatz dazu enthält das ASE-Licht Spektren in einem breiten Band. Die Spektren weisen unregelmäßige Polarisationsebenen oder eine dem optischen Verstärker 4 eigentümliche Polarisationsebene auf.
Das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 wird über ein Polarisationssteuergerät 12 und einen Polarisator 13 dem O/E-Wandler 5 zugeführt.
Das Polarisationssteuergerät 12 steuert die Polarisationsebene des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 4. Wie vorstehend beschrieben, enthält das Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 die verstärkten Signallichter, die die Polarisationsebenen aufweisen, die jeweils durch die Polarisationssteuergeräte 11_–1, 11_–2, ... bzw. 11__n gesteuert worden sind, und das ASE-Licht, das unregelmäßige Polarisationsebenen oder eine eigentümliche Polarisationsebene aufweist. Die Polarisationsebenen der im Ausgangslicht des optischen Verstärkers 4 enthaltenen Lichter werden durch das Polarisationssteuergerät 12 gedreht.
Der Polarisator 13 weist eine unveränderliche Polarisationsebene auf.
Die Polarisationsebenen des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 4 werden so gesteuert, daß ein Licht, das eine ge wünschte Polarisationsebene aufweist, mit einer maximalen Intensität dem O/E-Wandler 5__n zugeführt wird. Eine solche Steuerung wird ohne weiteres durchgeführt, indem der Rotationswinkel der dem Eingangslicht auferlegten Polarisationsebene so gesteuert wird, daß die Intensität des Ausgangslichts des Polarisationssteuergeräts 12 einen Höchstwert erreicht.
Das Ausgangslicht des Polarisators 13 wird durch den O/E-Wandler 5__n in ein elektrisches Signal umgesetzt. Die Frequenzunterscheidungs- und Leistungerfassungsvorrichtung 6–n erfaßt eine Signalleistung eines Signals, das im elektrischen Signal enthalten ist und eine Frequenz aufweist, die einer der Modulationsfrequenzen der Multiplex-Signallichter entspricht.
Die Signalleistungen werden für das Multiplex-Signallicht Wellenlänge für Wellenlänge erfaßt. Die Verstärkungsfaktoren und die Rauschzahlen der Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch die optische Verstärkung 4 werden auf der Grundlage der erfaßten Ergebnisse bestimmt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, die Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und der Rauschzahlen des optischen Verstärkers 4 von den Polarisationsebenen des Eingangslichts oder des Ausgangslichts zu bestimmen.
Bei einer Modifikation der bevorzugten Ausführungsform wird ein optisches BPF 9 zwischen dem Polarisator 13 und dem O/E-Wandler 5_–n eingefügt. Die mittlere Wellenlänge des Durchlaßbereichs des BPF 9 entspricht einer der Wellenlängen der verstärkten Signallichter.
Bei dieser Modifikation werden die Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen der Wellenlängenverstärkung nahe denen der wirklichen Wellenlängen-Multiplexlicht-Übertragungsvorrichtung bestimmt.
E. Modifikation der vorstehenden bevorzugten Ausführungsformen
Die Rechenvorrichtung kann direkt an den Ausgangsanschluß der Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung angeschlossen werden. Bei dieser Modifikation werden die Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen der Wellenlängen-Multi plex-Verstärkung automatisch bestimmt.
In einer anderen Konfiguration können die durch die Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsvorrichtung erfaßten Parameter auf einem Speichermedium wie einer Diskette gespeichert werden, und die so gespeicherten Parameter können durch den Rechenteil ausgelesen werden.

Claims

Auswertungsvorrichtung für einen optischen Verstärker, die folgendes umfasst: Lichterzeugungsmittel (1_–1, 1_–2, ..., 1__n, 2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) zur Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das eine Mehrzahl von Signallichtern enthält, die unterschiedliche Wellenlängen (λ₁, λ₂, ... λ_n) aufweisen und die Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) moduliert sind, die eine Periode aufweisen, die ausreichend kürzer als eine Atomlebensdauer bei einem hohen Energieniveau oder eine Trägerlebensdauer in einem Verstärkungsmedium eines auszuwertenden optischen Verstärkers (4) ist, und zur Zuführung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts zum optischen Verstärker (4); O/E-Wandlermittel (5) zur Wandlung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers (4) in ein elektrisches Signal; Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsmittel (6) zur Erfassung von Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) von Frequenzspektren, die im elektrischen Signal enthalten sind und jeweils den Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) der Signallichter entsprechen, und zur Erfassung einer Rauschleistung (N_total) des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) liegt, und zur Ausgabe der Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) und der Rauschleistung (N_total) als Parameter zur Auswertung von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker (4).
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes umfasst: Rechenmittel zur Bestimmung, Wellenlänge für Wellenlänge, von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker (4) auf der Grundlage der Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) und der Rauschleistung (N_total), die durch das Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungsmittel (6) erfasst werden.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Lichterzeugungsmittel (1_–1, 1_–2, ..., 1__n, 2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) eine Mehrzahl von Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ..., 1__n) enthält, die die Signallichter erzeugt, und das Rechenmittel die Rauschleistung (N_total) auf der Grundlage von Relativ-Intensitäts-Rausch-Signalen der Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ..., 1__n) korrigiert, wenn die Rauschzahlen bestimmt werden.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Lichterzeugungsmittel (1_–1, 1_–2, ..., 1__n, 2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ..., 1__n) zur Erzeugung von Signallichtern, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen; eine Mehrzahl von Modulationssignalerzeugern (2_–1, 2_–2, ..., 2__n) zur Zuführung von Modulationssignalen, die unterschiedliche Frequenzen aufweisen, zu den Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ... 1__n), um Intensitäten der Signallichter zu modulieren; und einen Lichtmischer (3) zur Mischung der Signallichter, um ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht zu erzeugen.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Lichterzeugungsmittel (1_–1, 1_–2, ..., 1__n, 2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ..., 1__n) zur Erzeugung von Signallichtern, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen; eine Mehrzahl von Modulationssignalerzeugern (2_–1, 2_–2, ..., 2__n, 3) zur Erzeugung von Modulationssignalen, die unterschiedliche Frequenzen aufweisen; eine Mehrzahl von Lichtmodulatoren (7_–1, 7_–2, ..., 7__n) zur Modulierung von jeweiligen Intensitäten der Signallichter auf der Grundlage der Modulationssignale; und einen Lichtmischer (3) zur Mischung der modulierten Signallichter, um ein Wellenlängen-Multiplex-Signallicht zu erzeugen.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes umfasst: ein optisches Bandpassfilter (9), das zwischen dem optischen Verstärker (4) und dem O/E-Wandlermittel (5) eingefügt wird, wobei eine mittlere Wellenlänge eines Durchlassbereichs des optischen Bandpassfilters (9) einer der Wellenlängen der Signallichter entspricht.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Lichtteilungsmittel (10) zur Teilung des Ausgangslichts in Signallichter, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, umfasst, wobei das O/E-Wandlermittel (5) eine Mehrzahl von O/E-Wandlern (5_–1, 5_–2, ..., 5__n) zur Wandlung der geteilten Signallichter in elektrische Signale umfasst und wobei das Frequenzun terscheidungs- und Leistungserfassungsmittel (6) eine Mehrzahl von Frequenzunterscheidungs- und Leistungserfassungs-Abschnitten (5_–1, 5_–2, ..., 5__n) umfasst, von denen jeder eines der elektrischen Signale empfängt, und die Signalleistung (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) eines Frequenzspektrums, das im empfangenen elektrischen Signal enthalten ist und der Modulationsfrequenz (f₁, f₂, ... f_n) eines der Signallichter entspricht, erfasst, und eine Rauschleistung (N_tota _l) des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) liegt, erfasst, und die Signalleistung (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) und die Rauschleistung (N_tota _l) als Parameter zur Auswertung von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker (4) ausgibt.
Auswertungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes umfasst: Polarisationssteuerungsmittel (11_–1, 11_–2, ..., 11__n) zur Steuerung von Polarisationsebenen der Signallichter, die das dem optischen Verstärker (4) zugeführte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht bilden; und Auswählmittel (12, 13) zum Auswählen einer Komponente, die einer gewünschten Polarisationsebene entspricht, aus dem Ausgangslicht des optischen Verstärkers (4), und zur Zuführung der ausgewählten Komponente zum O/E-Wandlermittel (5).
Verfahren zur Auswertung eines optischen Verstärkers, das folgende Schritte umfasst: Erzeugung eines Wellenlängen-Multiplex-Signallichts, das eine Mehrzahl von Signallichtern enthält, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und Intensitäts-Enveloppen aufweisen, die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) moduliert sind, die eine Periode aufweisen, die ausreichend kürzer als eine Atomlebensdauer bei einem hohen Energieniveau oder eine Trägerlebensdauer in einem Verstärkungsmedium eines auszuwertenden optischen Verstärkers (4) ist; Zuführung des Wellenlängen-Multiplex-Signallichts zum optischen Verstärker (4); Wandlung eines Ausgangslichts des optischen Verstärkers (4) in ein elektrisches Signal; Erfassung von Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) von Frequenzspektren, die im elektrischen Signal enthalten sind und jeweils den Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) der Signallichter entsprechen; Erfassung einer Rauschleistung (N_tota _l) des elektrischen Signals bei einem Frequenzband, das abseits der Modulationsfrequenzen (f₁, f₂, ... f_n) liegt; und Bestimmung, Wellenlänge für Wellenlänge, von Verstärkungsfaktoren und Rauschzahlen einer Wellenlängen-Multiplex-Verstärkung durch den optischen Verstärker (4) auf der Grundlage der Signalleistungen (P_emodout–1, P_emodout–2, ..., P_emodout–n) und der Rauschleistung (N_total).
Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner folgenden Schritt umfasst: Korrigieren der Rauschleistung auf der Grundlage von Relativ-Intensitäts-Rausch-Signalen von Lichtquellen (1_–1, 1_–2, ..., 1__n), die die Lichtsignale erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner den Schritt der Durchführung eines Bandpassfilterungsvorgangs am Ausgangslicht des optischen Verstärkers (4) umfasst, wobei eine mittlere Wellenlänge eines Durchlassbereichs des Bandpassfilterungsvorgangs einer der Wellenlängen der Signallichter entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner folgende Schritte umfasst: Steuerung von Polarisationsebenen der Signallichter, die das dem optischen Verstärker (4) zugeführte Wellenlängen-Multiplex-Signallicht bilden; und Auswählen einer Komponente, die einer gewünschten Polarisationsebene entspricht, aus dem Ausgangslicht des optischen Verstärkers (4) als ein Signallicht, das in das elektrische Signal umgesetzt werden soll.