DE19712519C2

DE19712519C2 - Meßvorrichtung für optischen Faserverstärker und entsprechendes Einstellverfahren

Info

Publication number: DE19712519C2
Application number: DE19712519A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Nishikawa
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JPH09264811A; US5812253A; JP3216519B2; DE19712519A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Bestimmen der Betriebscharakteristika eines optischen Faser verstärkers sowie ein Verfahren zum Einstellen der Betriebs parameter der Vorrichtung.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer üblichen Meß vorrichtung zum Bestimmen der Betriebscharakteristika eines optischen Faserverstärkers. Ausgabelicht von einer Lichtquelle 51 wird in einen akustooptischen Modulator 53 über einen fa seroptischen Weg 52 eingegeben. Bei dieser Zeichnung sollte bemerkt werden, daß der Modulator 53 andere Eingangssignale (wie z. B. niederfrequente akustische Signale) empfängt, aber solche unwesentlichen Details weder in der Zeichnung gezeigt werden noch hierin erklärt werden.

Ebenfalls ist ein optischer Verbinder 54 in den Mittelab schnitt des faseroptischen Weges 52 eingesetzt, doch Erklärun gen für diesen und weitere unwesentliche Komponenten, welche in der folgenden Beschreibung auftreten, werden weggelassen.

Ein optisches Ausgangssignal, dem ein gewisser Modulationsgrad durch den akustooptischen Modulator (im weiteten als a/o-Mo dulator bezeichnet) 53 auferlegt ist, wird durch einen opti schen Koppler 55 in zwei optische Signale, ein erstes opti sches Signal und ein zweites optisches Signal, welche ein op tisches Leistungsverhältnis von 1 : 1 aufweisen, geteilt. Von den zwei Signalen wird das zweite Signal in den optischen Faserverstärker (im weiteren kurz als o/f-Verstärker bezeichnet) 56 zu einer vorbestimmten optischen Verstärkung eingegeben.

Sowohl das erste optische Signal als auch das zweite optische Signal, die in dem o/f-Verstärker 56 verstärkt worden sind, werden beide in einen optischen Schalter 57 eingegeben. Das erste optische Signal wird direkt in einen Eingangsanschluß 57 _-1 des optischen Schalters 57 eingegeben, während das zweite optische Signal, das durch den o/f-Verstärker 56 verstärkt worden ist, in einen Eingangsanschluß 57 _-2 eingegeben wird.

Der optische Schalter 57 wählt entweder das in den Eingangs anschluß 57 _-1 eingegebene Signal oder das in den Eingangsan schluß 57 _-2 eingegebene Signal von einem Ausgangsanschluß 57 _-3 aus.

Das von dem optischen Schalter 57 ausgegebene optische Signal wird in den a/o-Modulator 58 eingegeben und wird mit einem vorgegebenen Modulationsgrad ausgegeben. Weitere zu modulie rende Signale werden ebenfalls in den a/o-Modulator 58 einge geben, aber solche unwesentlichen Details und entsprechende Erklärungen werden weggelassen.

Ein optischer Spektralanalysator ist vorgesehen, welcher die optische Leistung in jedem der oben erwähnten Abschnitte mißt. Ebenfalls wird ein Referenzsignal-Leistungsmeßgerät 60 zum Einstellen des optischen Spektralanalysators 59 benutzt.

Als nächstes werden die Schritte zum Einstellen des o/f-Ver stärkers erklärt. Der optische Spektralanalysator 59 bestimmt die Leistungspegel einer optischen Leistung P_in, welche in den o/f-Verstärker 56 eingegeben wird, einer optischen Leistung P_out, welche von dem o/f-Verstärker 56 ausgegeben wird, sowie einer optischen Leistung der Umgebungsstrahlung P_ase, die von dem o/f-Verstärker 56 ausgegeben wird.

Fig. 4 zeigt Zeitablaufdarstellungen für die optischen Signa le, die von dem a/o-Modulator 53 ausgegeben werden, und die optischen Signale, die von dem a/o-Modulator 58 ausgegeben werden.

Wie durch diese Darstellungen gezeigt, werden die Leistungs pegel der optischen Leistung P_in und der optischen Ausgangslei stung P_out durch Messen der jeweiligen Leistungspegel vor und nach Eingabe der Ausgangsleistung von der Lichtquelle 51 in den o/f-Verstärker 56 unter Synchronisation der Phasen der zwei Ausgangssignale von den a/o-Modulatoren 53, 58 bestimmt.

Weiterhin sind beim Messen der Signalleistung P_in der Eingangs anschluß 57 _-1 und der Ausgangsanschluß 57 _-3 des optischen Schal ters 57 verbunden, und beim Messen der Signalleistung P_out sind der Eingangsanschluß 57 _-2 und der Ausgangsanschluß 57 _-3 des op tischen Schalters 57 verbunden, und die jeweiligen Ausgangs leistungspegel werden mit dem optischen Spektralanalysator 59 gemessen.

Fig. 5 zeigt Zeitablaufdarstellungen für den Fall der Messung der Ausgangsleistung der Umgebungsstrahlung P_ase für die opti schen Signale, die von den a/o-Modulatoren 53 und 58 ausgege ben werden.

Wie in diesen Zeitablaufdarstellungen gezeigt, werden die Pha senbeziehungen des a/o-Modulators 53 und des a/o-Modulators 58 zum Messen der optischen Leistung der Umgebungsstrahlung in vertiert. Diese Anordnung wird angewendet, da die optische Leistung der Umgebungsstrahlung P_ase sich auf den Leistungspe gel der natürlichen Strahlungskomponente (kontinuierliches Licht) bezieht, die für den o/f-Verstärker 56 charakteristisch ist, und deshalb ist es notwendig, daß diese Größe unter der Bedingung gemessen wird, daß keine Eingangssignalleistung in den o/f-Verstärker 56 tritt.

Man sieht daher, daß die Umgebungsstrahlungsleistung P_ase durch den optischen Spektralanalysator 59 unter der Bedingung be stimmt wird, daß kein optisches Eingangssignal in den o/f-Ver stärker 56 tritt.

Nach Vervollständigung des Meßprozesses der optischen Leistungen P_in, P_out und P_ase werden die Verstärkung G und der Rauschfaktor NF des o/f-Verstärkers 56 gemäß folgender Bezie hung erhalten:

G = (P_out - P_ase)/P_in (1)

NF = (P_ase/h . ν . G . Δν) + (1/G) (2)

wobei h die Planck-Konstante ist, ν die optische Frequenz ei nes optischen Signals und Δν die Auflösungsgrenze des opti schen Spektralanalysators 59 ist.

Es ist bekannt, daß die Genauigkeit der Bestimmung optischer Leistungen durch den optischen Spektralanalysator 59 die Be stimmung der Verstärkung G und des Rauschfaktors NF des o/f- Verstärkers 56 beeinflußt. Aus diesem Grund ist es zur Erzeu gung sehr genauer Resultate notwendig, den Ausgangsleistungs pegel des optischen Spektralanalysators 59 durch Benutzung des Referenzleistungsmeßgeräts 60 einzustellen.

Die Einstellschritte sind folgende: Zunächst wird die optische Leistung des Eingangssignals an den o/f-Verstärker 56 mit dem optischen Spektralanalysator 59 gemessen, und dasselbe Ein gangssignal wird mit dem optischen Referenzleistungsmeßgerät 60 gemessen, um eine Differenz zwischen den zwei Messungen zu erzeugen, und wird in einem Speicher als Einstellparameter gespeichert.

Wenn die tatsächliche Messung des o/f-Verstärkers 56 durchzuführen ist, werden die Ablesungen der Verstärkung G und des Rauschfaktors NF, die mit dem optischen Spektralanalysator 59 erhalten werden, durch Berücksichtigung der Einstellparameter, welche im obigen Schritt erhalten werden, modifiziert.

Mit anderen Worten, ist es zum Bestimmen der Ausgangslei stungspegel der modulierten optischen Signale, die durch Modu lieren des Ausgabelichts von der optischen Quelle 51 mit dem a/o-Modulator 53 erhalten werden, notwendig, daß die optischen Leistungen P_in und P_out gemessen werden, und zwar unter Benut zung sowohl des optischen Referenzmeßgeräts 60 als auch des optischen Spektralanalysator 59 zur Zeit des Einstellschritts.

Dabei wird zur Bestimmung des Leistungspegels P_ase der Umge bungsstrahlung (kontinuierliches Licht), welche in dem Aus gangssignal von dem o/f-Verstärker 56 enthalten ist, der Wert von P_ase gemessen, und wird der Leistungspegel des kontinuier lichen Lichtes wiederum unter Benutzung von sowohl dem opti schen Referenzleistungsmeßgerät 60 als auch dem optischen Spektralanalysator 59 zur Zeit des Einstellschritts gemessen.

Für diesen Einstellschritt im Meßprozeß wird der a/o-Modulator 53 zuerst in einen Modulationszustand versetzt, um moduliertes Licht von dem a/o-Modulator 53 zu erzeugen und dann die Lei stungspegel P_in, P_out der optischen Signale mit Benutzung des optischen Referenzleistungsmeßgeräts 60 und des optischen Spektralanalysators 59 zu messen.

Nach Vervollständigung dieses Schritts wird der a/o-Modulator 53 in einen Standby-Modus (keine Modulation) versetzt, und der Leistungspegel der Umgebungsstrahlung P_ase wird unter Benutzung des kontinuierlichen Lichts, das von dem a/o-Modulator 53 aus gegeben wird, mit dem Referenzleistungsmeßgerät 60 und dem optischen Spektralanalysator 59 gemessen.

Bei Verfolgung der obigen Sequenz von Ereignissen sollte be merkt werden, daß der a/o-Modulator 53 oder 58 eine Betriebs charakteristik aufweist, welche derart ist, daß bei Änderung des Modulationszustandes einige Minuten erforderlich sind, bevor der Signalverlust zwischen dem Eingangs- und Ausgangs anschluß stabilisiert ist. Aus diesem Wert ist es zum Erhalten genauer Werte der Einstellparameter notwendig, eine Warteperi ode von einigen Minuten zwischen dem Schalten der Modulations bedingungen vorzusehen.

Weiterhin werden nach Vervollständigung des Systemeinstell schritts Messungen der tatsächlichen Leistungspegel durch Ak tivieren beider a/o-Modulatoren 53, 58 ausgeführt, und es ist wiederum notwendig, eine Warteperiode für die Stabilisierung der a/o-Modulatoren 53, 58 vorzusehen, bevor vom Einstell schritt zum tatsächlichen Leistungsmeßschritt übergegangen wird.

Aus der EP 0 667 688 A1 ist ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkers bekannt. Der von einer Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl wird in ei nem ersten optischen Schalter mit einer Frequenz von etwa 1 MHz in eine Folge von gleich beabstandeten optischen Pulsen umge wandelt. Das Ausgangssignal des ersten optischen Schalters wird dann in den zu messenden optischen Verstärker geleitet. Ein zweiter optischer Schalter greift das Ausgangssignal ab, und ein optischer Spektralanalysator bestimmt die optische Lei stung. Für den ersten und den zweiten optischen Schalter werden bevorzugterweise akustooptische Modulatoren verwendet. Das Lichtsignal wird zuerst immer moduliert und dann in den opti schen Verstärker geleitet. Nach erfolgter Justierung des Sy stems ist es nötig, eine Warteperiode zur Stabilisierung des optischen Modulators vorzusehen. Bei mehrfach erfolgter Justie rung und Leistungsmessung ist es nicht möglich, sehr genaue Er gebnisse schnell und effizient zu bekommen.

Aus der EP 0 594 178 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Rauschzahl optischer Verstärker bekannt. Ei ne Rauschzahl kann bestimmt werden, indem die optische Leistung bei der Wellenlänge des Eingangssignals in Beziehung zum ASE- produzierten Licht des optischen Verstärkers gesetzt wird. Dazu werden mehrere Detektoren verwendet. Ein erster Detektor mißt das Eingangssignal, ein zweiter Detektor das verstärkte Signal, und ein dritter Detektor bestimmt das vom optischen Verstärker generierte ASE-Licht, welches eine von der Wellenlänge des Ein gangssignallichts unterschiedliche Wellenlänge aufweist. Ein erster optischer Empfänger mißt das vom optischen Verstärker generierte ASE-Licht, das die gleiche Wellenlänge wie das Ein gangssignallicht aufweist.

Aus IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, No. 10, Oktober 1993, S. 1193-1196, ist ein einfacher Aufbau zur Charakteri sierung optischer Faserverstärker bekannt. Eine mit 10 kHz mo dulierte LED wird als Lichtquelle verwendet, deren Signal in den zu messenden optischen Verstärker eingeleitet wird. Das verstärkte und mit dem ASE-Licht vermischte Licht des optischen Verstärkers wird in den Spektralanalysator geleitet. Um nur das modulierte Signal und nicht das unmodulierte ASE-Licht zu mes sen, wird der Ausgang der Monochromatoreinrichtung des opti schen Spektralanalysators mit einer Photodiode gekoppelt. Die Leistung der als Lichtquelle dienenden LED ist über einen gro ßen Wellenlängenbereich verteilt. Deshalb wird eine separate Lichtquelle, die z. B. ein Halbleiterlaser ist, benutzt, um diese Sättigungsleistung zu bestimmen. Ein Nachteil des Systems ist, daß bei wiederholter Durchführung von Justierung und Lei stungsmessung eine Warteperiode vorgesehen werden muß, die meh rere Minuten dauern kann.

Aus dem Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, No. 12, Dezem ber 1989, S. 2095-2104, sind Verstärkungskompressionseffekte während Multikanalsignalverstärkung in einem Erbium-dotierten Faserverstärker bekannt. Ein Single-line Laser und ein ver stellbarer Laser mit externer Cavity werden nahe einer Wellen länge von 1,53 µm verwendet, und deren Signale werden in eine single-mode Faser durch einen akustooptischen Koppler eingelei tet, nachdem sie einen Faraday-Isolator passiert haben. Ein dichroischer Strahlteiler wird benutzt, um das Ausgangslicht des zum Pumpen verwendeten Argon-Ionenlasers zu koppeln. Eine schwache Reflektion des Signals an dem Strahlteiler wird ge nutzt, um die Eingangssignalleistungen zu kontrollieren. Ein Spektrometer mißt die ASE- und die verstärkten Ausgangssignale. Kontinuierliches Licht wird zur Messung verwendet.

Aus der US 5,444,238 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Transmissionsqualität eines optischen Verstärkers bekannt, wel che einen Verstärker und zwei Koppler einschließt. Das im opti schen Verstärker generierte Rauschen wird teilweise zum in Vor wärtsrichtung (relativ zur Ausbreitungsrichtung des zu verstär kenden einfallenden optischen Signals) und teilweise zum in Rückwärtsrichtung gelegenen Ende der optischen Faser geleitet. Das in Rückwärtsrichtung gelangende Streulicht wird vom ersten optischen Koppler durchgelassen und zu einer Signal-zu-Rausch- Meßeinrichtung geleitet, während der zweite optische Koppler das in Vorwärtsrichtung gelangte Streulicht zur gleichen Si gnal-zu-Rausch-Meßeinrichtung führt. Ein Nachteil ist, daß das einfallende Licht nicht moduliert ist und daß die Intensität nicht direkt gemessen wird.

Aus der EP 0 678 988 A1 ist ein Verfahren zur Messung des Rau schniveaus in Gegenwart eines Signals bekannt. Ein bestimmter Anteil des in den zu messenden optischen Verstärker einfallen den Laserlichts wird mit einem Leistungsmeßgerät bestimmt. Ein kleiner Teil des Ausgangssignals des optischen Verstärkers wird gemessen, um die Intensität zu bestimmen, während der Hauptteil in einem Spektralanalysator analysiert wird. Das Eingangssignal ist nicht moduliert.

Deshalb sind die obigen Vorrichtungen vom Standpunkt des Benutzers nicht nur umständlich und ineffizient, sondern weisen ebenfalls insofern ein Betriebsproblem auf, als daß die Genauigkeit der Bestimmungen ernsthaft beeinträchtigt werden kann, wenn es notwendig ist, wiederholt die Einstellprozesse und Leistungsmessungen durchzuführen. Es besteht also die Notwendigkeit, eine Vorrichtung zu entwickeln, welche die optischen Leistungsmessungen erleichtert und sehr genaue Resultate der Leistungsmessung schnell und effizient bietet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereit stellung einer Meßvorrichtung, die einen stabilen Betrieb un ter Bedingung der Änderung der Modulation bietet und eine schnelle Bestimmung der Betriebscharakteristika eines opti schen Faserverstärkers ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach Anspruch 1 durch eine Meßvorrichtung zum Bestimmen der Betriebsparameter eines optischen Faserverstärkers gelöst, welche aufweist: eine Lichtquelle zum Erzeugen von Referenzlicht zur Eingabe in einen zu evaluierenden optischen Faserverstärker; einen optischen Koppler zum Teilen des Referenzlichts in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal; eine erste optische Meßeinrichtung zum Messen des ersten optischen Signals; einen faseroptischen Weg zum Übertragen des Referenzlichts an den optischen Koppler; eine erste optische Modulationseinrichtung, die in den faseroptischen Weg eingesetzt ist, zum Modulieren des Referenzlichts; einen ersten optischen Schalter mit zwei optischen Wegen zur Auswahl von entweder einer Erzeugung von Modulation für das Referenzlicht oder einer Umgehung der ersten optischen Modulationseinrichtung unter Aufrechterhaltung eines Standby- Zustands der ersten optischen Modulationseinrichtung; einen zweiten optischen Schalter mit einem einzelnen optischen Weg zum alternativen Auswählen entweder des ersten optischen Si gnals oder des zweiten optischen Signals, das durch den opti schen Faserverstärker verstärkt ist; eine zweite Modulations einrichtung zum Erzeugen einer Modulation entweder für das er ste optische Signal oder für das zweite optische Signal; und eine zweite optische Meßeinrichtung zum Messen des optischen Signals, das von der zweiten Modulationseinrichtung ausgegeben wird.

Gemäß der vorliegenden Vorrichtung wurde die Notwendigkeit der sukzessiven Eingabe eines optischen Signals in einen optischen Spektralanalysator und darauffolgend in das optische Lei stungsmeßgerät zur Bestimmung der Funktionstüchtigkeit eines optischen Faserverstärkers stark reduziert, und zwar mit der Konsequenz, daß die Notwendigkeit einer Wartezeit zur Stabili sierung der Meßvorrichtungen eliminiert ist. Der Vorteil des Verfahrens ist derselbe für die Messung der Umgebungsstrah lungsleistung mit und ohne Modulation des Referenzlichts. So gar wenn die Modulatoren von einem Betriebszustand auf einen Standby-Zustand geschaltet werden, gibt es keine Notwendig keit, auf die Stabilisierung der Modulatoren zu warten.

Ein Aspekt der Vorrichtung ist derjenige, daß die erste opti sche Meßeinrichtung ein optisches Leistungsmeßgerät aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Vorrichtung ist derjenige, daß die zweite optische Meßeinrichtung einen optischen Spektralanaly sator aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Vorrichtung ist derjenige, daß die erste Modulationseinrichtung einen akustooptischen Modulator aufweist.

Schließlich ist ein Aspekt der Vorrichtung derjenige, daß die zweite Modulationseinrichtung einen akustooptischen Modulator aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung, so daß die Einstellparameter schnell und effizient erhalten werden können, um die Betriebscharakteristika der Vorrichtung zu definieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf: einen ersten Schritt zum Messen des zweiten optischen Signals mit einer ersten optischen Meßeinrichtung unter Umgehen der ersten Modulationseinrichtung über den ersten optischen Schal ter; einen zweiten Schritt zum Erzeugen einer Modulation für das Referenzlicht unter Benutzung der ersten Modulationsein richtung und zum Messen des zweiten optischen Signals, das durch den ersten optischen Schalter durchgelassen wird, mit der ersten optischen Meßeinrichtung; einen dritten Schritt zum Eingeben des zweiten optischen Signals, das in dem optischen Faserverstärker verstärkt worden ist, durch den zweiten opti schen Schalter in die zweite Modulationseinrichtung, und zum Messen eines optischen Signals, das von der zweiten Modula tionseinrichtung ausgegeben wird, während die erste Modula tionseinrichtung im ersten optischen Schalter umgangen wird; einen vierten Schritt zum Erzeugen einer Modulation für das Referenzlicht, das durch den ersten optischen Schalter durch gelassen wird unter Benutzung der ersten Modulationseinrich tung, und zum Messen eines optischen Signals, das von der zweiten Modulationseinrichtung ausgegeben wird, unter Benut zung der zweiten Meßeinrichtung; und einen fünften Schritt zum Berechnen eines Einstellwerts für kontinuierliches Licht, ba sierend auf einer Differenz der Meßresultate, welche im ersten Schritt und im dritten Schritt erhalten werden, und zum Be rechnen eines Einstellwerts für das modulierte Licht, basie rend auf einer Differenz der Meßresultate, die im zweiten Schritt und im vierten Schritt erhalten werden.

Ein Aspekt des Verfahrens ist derjenige, daß die erste Meßein richtung ein optisches Leistungsmeßgerät aufweist.

Ein weiterer Aspekt des Verfahrens ist derjenige, daß die zweite Meßeinrichtung einen optischen Spektralanalysator auf weist.

Ein weiterer Aspekt des Verfahrens ist derjenige, daß die er ste Modulationseinrichtung einen akustooptischen Modulator aufweist.

Schließlich ist ein Aspekt des Verfahrens derjenige, daß die zweite Modulationseinrichtung einen akustooptischen Modulator aufweist.

Gemäß dem vorliegenden Verfahren enthält der optische Weg der Vorrichtung alle wesentlichen Komponenten, wie in Anspruch 1 offenbart, mit Modulation oder ohne Modulation, um somit die Erzeugung eines ersten optischen Signals und eines zweiten optischen Signals zu ermöglichen. Im ersten Schritt wird der erste Schalter so eingestellt, daß der erste Modulator umgan gen wird, und unmoduliertes Licht wird in der ersten Meßvor richtung gemessen, welche ein optisches Leistungsmeßgerät zur Bestimmung des grundlegenden Ausgangsleistungspegels des kon tinuierlichen Referenzlichts sein kann. Im zweiten Schritt wird das Referenzlicht in der ersten Modulationsvorrichtung moduliert, und das zweite Signal wird dann mit der ersten Meß vorrichtung gemessen. Im dritten Schritt wird die erste Modu lationsvorrichtung umgangen, und das zweite optische Signal wird mit der zweiten Meßvorrichtung gemessen, die in diesem Fall ein Spektralanalysator zur Bestimmung der jeweiligen Pa rameter der verschiedenen, darin enthaltenen Wellenlängekom ponenten sein kann. Im vierten Schritt wird das Referenzlicht mit der ersten Modulationsvorrichtung moduliert, und das Aus gangssignal von der zweiten Modulationsvorrichtung wird mit der zweiten Meßvorrichtung gemessen, die ein Spektralanalysa tor sein kann. Im letzten Schritt wird die Differenz der Meß resultate, die in den Schritten 1 und 3 erzeugt werden, be rechnet, um einen Einstellwert für das kontinuierliche Licht zu erhalten, während die Differenz der Meßresultate, die im zweiten und vierten Schritt erhalten werden, berechnet wird, um einen Einstellwert für das modulierte Licht zu erhalten.

Es erscheint klar, daß die vorliegende Vorrichtung und das offenbarte Verfahren der üblichen Vorrichtung und den mit ihr verbundenen Techniken überlegen sind, und zwar wegen der ex zellenten Stabilität bei der Funktion der Vorrichtung bei ei ner Standardisierung sowie der Meßverfahren, und wegen der Tatsache, daß die Betriebsparameter eines optischen Faserver stärkers schnell und effizient mit geringer Wahrscheinlich keit, daß systematische Fehler im Meßprozeß gemacht werden, korrigiert werden können.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausfüh rungsform der Meßvorrichtung für den optischen Faserverstärker nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zum Erklären der Einstellschritte für den optischen Faserverstärker;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines üblichen opti schen Faserverstärkers;

Fig. 4 ein Beispiel des Zeitablaufs, der beim üblichen optischen Faserverstärker zur Messung von P_in und P_out von optischen Signalen, die jeweils von einem akustooptischen Modulator 53 (oben) und einem weiteren akustooptischen Modulator 58 (unten) ausgegeben werden, benutzt wird; und

Fig. 5 ein Beispiel des Zeitablaufs, der beim üblichen optischen Faserverstärker zur Messung von P_ase der Umgebungsstrahlung, die jeweils von einem akustooptischen Modulator 53 (oben) und einem weiteren akustooptischen Modulator 58 (unten) ausgegeben wird, benutzt wird.

Die folgende Beschreibung ist in zwei Abschnitte geteilt: Der erste Abschnitt behandelt die Konfiguration des o/f-Verstär kers, und der zweite Abschnitt behandelt das Verfahren zum Ermitteln der Parameter für die Einstellung der gemessenen Werte.

A. Konfiguration des optischen Faserverstärkers

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein Blockdiagramm der Meßeinrichtung für einen optischen Faserverstärker ist.

In Fig. 1 wird Ausgabelicht von einer Lichtquelle 1 in einen Anschluß 11 _-2 eines optischen Schalters 11 über einen faserop tischen Weg 2 mit optischen Verbindern 4 _-1i, 4 _-10 eingegeben. Alle optischen Signale, die nachstehend erörtert werden, wer den über den faseroptischen Weg 2 übertragen, doch detaillier te Erklärungen unwesentlicher Signale werden weggelassen.

Der optische Schalter 11 ist mit vier Anschlüssen 11 _-1, 11 _-2, 11 _-3 und 11 _-4 versehen und ist in der Lage, einen von zwei opti schen Wegen zu wählen: durch Verbindung der Anschlüsse 11 _-1 mit 11_-4 und der Anschlüsse 11 _-2 mit 11_-3 (in Fig. 1 durch durchgezogene Linien gezeigt); oder der Anschlüsse 11 _-1 und 11 _-2 mit den Anschlüssen 11 _-3 und 11 _-4 (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien gezeigt).

Ein a/o-Modulator 3 ist zwischen den Anschluß 11 _-1 und 11 _-4 zur Erzeugung eines gewissen Modulationsgrades für ein daraus aus gegebenes optisches Signal eingesetzt. Es sollte bemerkt wer den, daß andere Modulationssignale (beispielsweise niederfre quente akustische Signale) ebenfalls durch den Modulator 3 verarbeitet werden, obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt.

Ein optisches Signal, das von dem Anschluß 11 _-3 des optischen Schalters 11 ausgegeben wird, wird in zwei optische Signale durch einen optischen Koppler 5 geteilt, so daß die Ausgangs leistungen in einem Verhältnis 1 : 1 stehen. Das zweite optische Signal wird in den o/f-Verstärker 6 über den optischen Ein gangs- und Ausgangsverbinder 4 _-2i und 4 _-20 eingegeben und wird verstärkt, so daß es einen bestimmten Verstärkungswert auf weist.

Das erste optische Signal, das durch den optischen Koppler 5 ausgegeben wird, wird direkt in einen Eingangsanschluß 7 _-1 ein gegeben. Das zweite optische Signal, das in dem o/f-Verstärker 6 verstärkt worden ist, wird in einen weiteren Eingangsan schluß 7 _-2 über die optischen Eingangs- und Ausgangs-Verbinder 4 _-3i, 4 _-30 eingegeben.

Der optische Schalter 7 wählt entweder das erste oder das zweite optische Signal aus, das in den Eingangsanschluß 7 _-1 oder 7 _-2 eingegeben wird, und gibt das ausgewählte optische Signal von dem Ausgangsanschluß 7 _-3 aus.

Das optische Signal, das von dem optischen Schalter 7 ausgege ben wird, wird in den a/o-Modulator 8 eingegeben und wird mit einer bestimmen Modulationsintensität ausgegeben. Der a/o- Modulator 8 empfängt ebenfalls weitere optische Signale, aber sie sind weggelassen, um die Erklärung für den Signalübertra gungsprozeß zu vereinfachen.

Ein optischer Spektralanalysator 9 wird zum Ermessen der opti schen Leistungen in den verschiedenen obenbeschriebenen Ab schnitten benutzt, und in Fig. 1 ist der optische Spektralana lysator 9 mit dem a/o-Modulator 8 über einen optischen Ein gangs- und Ausgangsverbinder 4 _-4i, 4 _-40 verbunden.

Ein optisches Referenzleistungsmeßgerät 10 wird zum Einstellen der Betriebsparameter des optischen Spektralanalysators 9 be nutzt.

B. Einstellverfahren

Ein Beispiel des Verfahrens zur Einstellung der Meßvorrichtung für den optischen Faserverstärker, der in Fig. 1 gezeigt ist, wird mit Bezug auf Fig. 2 erklärt, welche ein Flußplan der Einstellschritte ist.

Zunächst werden die a/o-Modulatoren 3, 8 in einen Modulations zustand versetzt, und die optischen Signale werden zur Modula tion zugeführt (Schritt St1).

Als nächstes werden die optischen Verbinder 4 _-60 und 4 _-5i miteinander verbunden, um ein optisches Signal von dem optischen Koppler 5 an das optische Referenzleistungsmeßgerät 10 einzugegeben (Schritt St2).

Im nächsten Schritt verbindet der optische Schalter 11 die Anschlüsse 11 _-1 und 11 _-4 und die Anschlüsse 11 _-2 und 11 _-3 (Schritt St3), so daß die optische Leistung des kontiuierli chen Lichts, das von der Lichtquelle 1 ausgegeben wird, mit dem optischen Leistungsmeßgerät 10 gemessen werden kann (Schritt St4).

Als nächstes kann der optische Schalter 11 die Anschlüsse 11 _-1 und 11 _-2 und die Anschlüsse 11 _-3 und 11 _-4 (Schritt St5) verbin den, so daß die optische Leistung der modulierten Signale durch das optische Referenzleistungsmeßgerät 10 gemessen wer den kann (Schritt St6).

Dabei werden die optischen Verbinder 4 _-60, 4 _-7i derart verbun den, daß sie einen Teil des optischen Signals, das durch den a/o-Modulator 3 moduliert ist, in den Eingangseinschluß 7 _-2 des optischen Schalters 7 eingeben (Schritt St7).

Im nächsten Schritt werden die Anschlüsse 11 _-1 mit 11_-4 und 11_-2 mit 11_-3 des optischen Schalters 11 verbunden (Schritt St8), und ebenso werden die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 7 _-2, 7 _-3 verbunden (Schritt St9), um dadurch den a/o-Modulator 3 zu umgehen.

In diesem Zustand wird die optische Leistung kontinuierlichen Lichts, das von der Lichtquelle 1 ausgegeben wird, mit dem optischen Spektralanalysator 9 gemessen (Schritt St10).

Als nächstes werden die Anschlüsse 11 _-1 mit 11_-2 und die An schlüsse 11 _-3 mit 11_-4 verbunden (Schritt St11), und die Lei stung der optischen Signale, die durch den a/o-Modulator 3 moduliert sind, wird gemessen (Schritt St12).

Letztlich wird eine Differenz der optischen Signalleistung, die im Schritt St4 und im Schritt St10 gemessen werden, be rechnet, und das Resultat wird als Einstellparameter für das kontinuierliche Licht verwendet, und eine Differenz der opti schen Signalleistungen, die im Schritt St6 und im Schritt St12 gemessen werden, wird berechnet, und das Resultat wird als Einstellparameter für das Modulationslicht verwendet (Schritt St13).

Darauf folgend werden, obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, der Eingangseinschluß 7 _-1 und der Ausgangsanschluß 7 _-3 miteinan der verbunden, und eine optische Singnalleistung P_in wird mit dem optischen Spektralanalysator 9 gemessen, und dann werden der Eingangsanschluß 7 _-2 und der Ausgangsanschluß 7 _-3 miteinan der verbunden, und eine optische Signalleistung P_out wird mit dem optischen Spektralanalysator 9 gemessen.

In diesem Fall sind das von dem a/o-Modulator 3 ausgegebene optische Signal und das von dem a/o-Modulator 8 ausgegebene optische Signal in Phase, wie in Fig. 4 illustriert, und beim Messen der Umgebungsstrahlungsleistung P_ase werden die opti schen Signale invertiert, wie in Fig. 5 illustriert.

Nachdem so die Werte der optischen Leistungen P_in, P_out und P_ase erhalten sind, werden die Verstärkung G und der Rauschfaktor NF in Übereinstimmung mit den Gleichungen (1) und (2) und un ter Benutzung der Einstellparameter, die in Schritt St13 ge wonnen werden, ermittelt.

Wie oben erklärt, ist gemäß der Ausführungsform der Meßvor richtung nach der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit des Wartens, bis sich die akustooptischen Modulatoren in der Pe riode der Änderung der Modulationsbedingungen stabilisiert haben, eliminiert, was ermöglicht, das Zeiterfordernis für den Einstellprozeß zu verkürzen sowie die Genauigkeit des Meßpro zesses zu verbessern, so daß korrekte Resultate schnell und effizient erhalten werden können.

Claims

1. Meßvorrichtung zum Bestimmen von Rauschzahl und Verstärkung eines optischen Faserverstärkers mit:
einer Lichtquelle (1) zum Erzeugen von Referenzlicht zur Eingabe in einen zu evaluierenden optischen Faserverstärker (6);
einem optischen Koppler (5) zum Teilen des Referenzlichts in ein erstes optisches Signal und ein zweites optisches Signal;
einer ersten optischen Meßeinrichtung (10) zum Messen des zweiten optischen Signals;
einem faseroptischen Weg (2) zum Übertragen des Referenzlichts an den optischen Koppler (5);
einer ersten optischen Modulationseinrichtung (3), die in den faseroptischen Weg eingesetzt ist, zum Modulieren des Referenzlichts;
einem ersten optischen Schalter (11) mit zwei optischen Wegen zum Auswählen von entweder einer Erzeugung einer Modulation für das Referenzlicht oder einer Umgehung der ersten optischen Modulationseinrichtung (3) unter Aufrechterhaltung eines Standby-Zustands der ersten optischen Modulationseinrichtung;
einem zweiten optischen Schalter (7) mit einem einzelnen optischen Weg zum alternativen Auswählen von entweder dem ersten optischen Signal (7-1) oder dem zweiten optischen Signal, das durch den optischen Faserverstärker (6) verstärkt ist;
einer zweiten Modulationseinrichtung (8) zum Erzeugen einer Modulation entweder für das erste optische Signal oder für das zweite optische Signal; und
einer zweiten optischen Meßeinrichtung (9) zum Messen des optischen Signals, das von der zweiten Modulationseinrichtung (8) ausgegeben wird.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Meßeinrichtung (10) ein optisches Leistungsmeßgerät aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung (9) einen optischen Spektralanalysator aufweist.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Modulationseinrichtung (3) einen akustooptischen Modulator aufweist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Modulationseinrichtung (8) einen akustooptischen Modulator aufweist.

6. Verfahren zum Einstellen von Meßresultaten von Rauschzahl und Verstärkung eines optischen Faserverstärkers (6), welche mit einer optischen Meßvorrichtung erhalten werden, die in einem faseroptischen Weg angeordnet ist, mit einer ersten Modulationseinrichtung (3) zum Modulieren von Referenzlicht und einem ersten optischen Schalter (11) zum Auswählen entweder einer Modulation des Referenzlichts oder einer Umgehung der ersten Modulationseinrichtung (3) unter Halten der ersten Modulationseinrichtung in einem Standby-Zustand, einem optischen Koppler (5) zum Teilen des Referenzlichts in ein erstes optisches Signal (7-1) zum Durchlaß und ein zweites optisches Signal zur Eingabe in den optischen Faserverstärker (6), und einem zweiten optischen Schalter (7) zum alternativen Auswählen entweder des ersten optischen Signals oder des zweiten optischen Signals, welches folgende Schritte aufweist:
einen ersten Schritt zum Messen des zweiten optischen Signals mit einer ersten optischen Meßeinrichtung (10) vor dem optischen Faserverstärker unter Umgehen der ersten Modulationseinrichtung (3) über den ersten optischen Schalter (11);
einen zweiten Schritt zum Erzeugen einer Modulation für das Referenzlicht unter Benutzung der ersten Modulationseinrichtung (3) und zum Messen des zweiten optischen Signals vor dem optischen Faserverstärker, das durch den ersten optischen Schalter (11) durchgelassen wird, mit der ersten optischen Meßeinrichtung (10);
einen dritten Schritt zum Eingeben des zweiten optischen Signals, das in dem optischen Faserverstärker (6) verstärkt worden ist, durch den zweiten optischen Schalter (7) in eine zweite Modulationseinrichtung (8) und zum Messen dieses zweiten optischen Signals, das von der zweiten Modulationseinrichtung (8) ausgegeben wird, mit einer zweiten optischen Meßeinrichtung, während die erste Modulationseinrichtung (3) in dem ersten optischen Schalter (11) umgangen wird;
einen vierten Schritt zum Erzeugen einer Modulation für das Referenzlicht, das durch den ersten optischen Schalter (11) gelassen wird unter Benutzung der ersten Modulationseinrichtung (3), und zum Messen dieses zweiten optischen Signals, das von der zweiten Modulationseinrichtung (8) ausgegeben wird unter Benutzung der zweiten optischen Meßeinrichtung (9); und
einen fünften Schritt zum Berechnen eines Einstellwerts für das kontinuierliche Licht, basierend auf einer Differenz in den Meßresultaten, die in dem ersten Schritt und dem dritten Schritt erhalten werden, und zum Berechnen eines Einstellwerts für das modulierte Licht, basierend auf einer Differenz der Meßresultate, die in dem zweiten Schritt und in dem vierten Schritt erhalten werden.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Meßeinrichtung (10) ein optisches Leistungsmeßgerät aufweist.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optische Meßeinrichtung (9) einen optischen Spektralanalysator aufweist.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Modulationseinrichtung (3) einen akustooptischen Modulator aufweist.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Modulationseinrichtung (8) einen akustooptischen Modulator aufweist.