DE60104641T2

DE60104641T2 - Optischer Verstärker, optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben und darin enthaltenes faseroptisches Modul

Info

Publication number: DE60104641T2
Application number: DE60104641T
Authority: DE
Inventors: Haruo Yokohama-shi Nakaji
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: EP1220382B1; JP2002261364A; CA2366039C; JP4867082B2; DE60104641D1; EP1220382A2; EP1220382A3; CA2366039A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker, der auf Wellenlängenteilungs-Multiplexierübertragungssysteme anwendbar ist, ein optisches Kommunikationssystem, das den optischen Verstärker einschließt und ein optisches Fasermodul, das einen Teil des optischen Verstärkers ausbildet.
Verwandter Sachstand
In WDM-Übertragungssystemen, die optische Verstärker einschließen, wie etwa optischen Kommunikationssystemen sind OADM (Optische Add/Drop-Multiplexer) und OXC (Optische Kreuzverbinder) kürzlich als Aufbauten zum Trennen eines Teils von multiplexierten Signalen durch Signalkanaleinheiten oder zum Aussenden einer vorbestimmten Wellenlänge von Signalen oder multiplexierter Signale zu Übertragungsleitungen durch Signalkanaleinheiten eingeschlossen worden, um die Zuverlässigkeit und Betriebseffizienz jedes Systems als Ganzes zu verbessern. In einem derartigen WDM-System wird die Aufmerksamkeit auf Transit-Ausgangssignal-Energiefluktuationen in optischen Verstärkern gerichtet, die aufgrund von Änderungen in der Anzahl von Kanälen von eingegebenen Signalen auftreten. Deswegen ist bei optischen Verstärkern erforderlich, derart gesteuert zu werden, dass die Ausgangssignalenergie (Ausgangssignalpegel) pro Signal konstant wird, auch wenn sich die Eingangsenergie ändert.
Als eine Einrichtung zum Unterdrücken der Transitausgangssignal-Energiefluktuationen, die von Eingangssignal-Energiefluktuationen herbeigeführt werden, die aufgrund von Änderungen in der Anzahl von Signalkanälen herrühren, ist eine automatische Hochgeschwindigkeits-Verstärkungssteuerung (AGC) vorgeschlagen worden.
Hier ist es erforderlich, dass die Ansprechgeschwindigkeit der AGC schneller wird, da die Geschwindigkeit wird, bei welcher sich die Anzahl von Signalkanälen ändert größer ist, und da die Anzahl der hinzugefügten oder abgefallenen Signale zunimmt.
Als eine Technik zum Beschleunigen der AGC schlägt Seo Yeon Park et al., "Dynamic Gain and Output Power Control in a Gain-Flattened Erbium-Doped Fiber Amplifier", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 10, Nr. 6, JUNI 1998, beispielsweise eine Vorwärtskopplungssteuerung durch ein Erfassen von nur der Energie eines Eingangssignals (ein Eingangssignalpegel) vor, und eine Pumplichtenergie, die der Energie des Eingangssignals entspricht, wird unter Verwendung eines linearen Ausdrucks berechnet, um so eine konstante Verstärkung aufrechtzuerhalten. Diese AGC-Technik kann eine größere Geschwindigkeit einfacher verglichen mit einer herkömmlichen Rückkopplungssteuerung erreichen, wobei eine Ansprechzeit von 650 ns in tatsächlich entwickelten Steuerschaltungen erreicht wird.
In der JP(A) 08179388 ist eine Anordnung zum Unterdrücken eines optischen Wellenstoßes beschrieben. Sie umfasst einen Demultiplexierer zum Teilen eines optischen Eingangs in zwei Teile, wobei ein Teil einer optischen Ausgangssteuerschaltung zugeführt wird, und der andere Teil einem optischen Verstärkerteil zugeführt wird, nachdem er um eine vorbestimmte Zeit mit einer Dispersions-kompensierten Faser verzögert ist. Während der optische Eingang verzögert wird, überwacht die Steuerschaltung den jeweiligen Teil des Demultiplexiererausgangs und steuert den optischen Verstärkerteil, um seine Verstärkung abzusenken, wenn sie die Eingabe eines optischen Wellenstoßes erfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfinder hat den Stand der Technik studiert und als ein Ergebnis ein Problem wie folgt gefunden. Die Steuerstartzeit wird nämlich, auch wenn eine Vorwärtskopplungs-Steuerung in einem herkömmlichen optischen Verstärker durch ein Erfassen von Energiefluktuationen in Eingangssignalen ausgeführt wird, aufgrund einer Verzögerung in einer Steuerschaltung verzögert sein, wobei ein Überschreiten um den Betrag einer Verzögerung in der Steuerschaltung auftreten kann.
Wenn die Ansprechzeit der Steuerschaltung, die eine Pumplichtquelle steuert, im wesentlichen Null ist, kann die Energie des Pumplichts, das aus der Pumplichtquelle ausgegeben wird, zu im wesentlichen der gleichen Zeit geregelt werden, wenn eine Energiefluktuation in Eingangssignalen in der Nähe eines Eingangsendes eines optischen Verstärkers erfasst wird (die Fluktuation wird vor einer Verstärkung erfasst), wodurch transiente Energiefluktuationen in Ausgangssignalen kaum auftreten werden. Jedoch weisen reale Steuerschaltungen eine Ansprechzeit in einem gewissen Ausmaß auf. Deswegen wird, auch wenn eine Energiefluktuation in Eingangssignalen in der Nähe eines Ausgangsendes eines optischen Verstärkers erfasst wird (zu dem Zeitpunkt, der durch einen Pfeil A in 1 angezeigt ist) eine transiente Energiefluktuation (dynamische Verstärkungsfluktuation P_D) in Ausgangssignalen in einem optischen Verstärker für die Dauer einer Ansprechzeit t₁ der Steuerschaltung auftreten, nachdem die tatsächlichen Energiefluktuationen in Eingangssignalen erzeugt ist, wie in 1 gezeigt (siehe A.K. Srivastava et al., "EDFA Transient Response to Channel Loss in WDM Transmission System", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 9, Nr. 3, MÄRZ 1997). Auch zeigen Y. Sun et al. "Fast power transients in WDM optical networks with cascaded EDFAs", ELECTRONICS LETTERS, 13. Februar 1997, Bd. 3, Nr. 4 an, dass sich transiente Verstärkungsfluktuationen in einem System ansammeln, in welchem optische Verstärker (EDFAs) auf eine Mehrstufenweise verbunden sind.
Jedoch beträgt die Änderungsverzögerungszeit der Pumplichtenergie, die in der oben erwähnten Srivastava-Referenz berechnet ist, bezüglich der Energiefluktuationen in Eingangssignalen 7 μs oder mehr, wodurch es unbekannt ist, ob die transiente Energiefluktuation in Ausgangssignalen vollständig unterdrückt werden kann oder nicht, wenn die Verzögerungszeit weiter Null erreicht. Auch erwähnt sie irgendeinen Unterschied beim Ansprechen des optischen Verstärkers in Abhängigkeit von der Wellenlänge eines Pumplichts nicht.
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Verstärker, der einen Aufbau umfasst, der transiente Ausgangssignal-Energiefluktuationen (Verstärkungsfluktuationen) effektiv unterdrücken kann, die aufgrund von Verzögerungen in einer Steuerung auftreten, ein optisches Fasermodul, das in demselben eingeschlossen ist, und ein optisches Kommunikationssystem bereitzustellen, das einen Aufbau umfasst, um effektiv zu verhindern, dass sich die Energiefluktuationen anzusammeln.
Der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Vorrichtung, die in einem WDM-Übertragungssystem zum Übertragen einer Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Signalwellenlängenband eingeschlossen ist, eingesetzt wird, um die Signale, die sich durch eine optische Übertragungsleitung, die in dem WDM-Übertragungssystem eingeschlossen ist, zu verstärken.
Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein optischer Verstärker bereitgestellt, der in einer optischen Übertragungsleitung angeordnet ist, über welche sich eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Wellenlängenband eingeschlossen sind, ausbreiten, wobei der optische Verstärker umfasst: Eine erste Verzweigungsvorrichtung zum Abzapfen eines Lichtanteils, der die Signale einschließt, die sich durch die optische Übertragungsleitung ausbreiten; eine erste Lichtempfangsvorrichtung zum Erfassen einer Energie des Lichtteils, der von der ersten Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist; eine optische Verstärkungsfaser zum Verstärken der Signale; eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht einer vorbestimmten Wellenlänge zu der optischen Verstärkungsfaser; ein Verzögerungsmedium, das zwischen der ersten Verzweigungsvorrichtung und der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist; und ein Steuersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem zum Ausführen einer automatischen Verstärkungssteuerung ausgelegt ist, um die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant zu halten, wobei das Steuersystem die Pumplichtquelle durch ein Überwachen der Energie des Lichtteils, der von der ersten Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist, über die erste Lichtempfangsvorrichtung steuert, und eine Energie der Pumplichtquelle in Übereinstimmung mit einer Energiefluktuation des abgezapften Lichtteils regelt.
Transiente Energiefluktuationen in Ausgangssignalen können vollständig unterdrückt werden, wenn die Pumplichtquelle absichtlich zu der Zeit geändert werden kann, wenn die Fluktuation in einem Eingangssignalpegel, die in der Nähe des Eingangsendes des optischen Verstärkers auftritt, erfasst wird (wobei der Betrag einer Änderung in einer Pumplichtenergie gemäß des Betrags einer Fluktuation in einer Eingangssignalenergie eingestellt wird). Jedoch ist es unrealistisch, dass die Ansprechzeit von einer Erfassung der Fluktuation zu einer Energiesteuerung des Pumplichts Null wird. Deswegen benutzt die vorliegende Erfindung das Verzögerungsmedium, um so den Signaleingang in die optische Verstärkungsfaser zu verzögern, was es ermöglicht, die Eingangssignalenergie vor einer Verstärkung zu erfassen.
Vorzugsweise weist in dem optischen Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung das Verzögerungsmedium eine Einfügungsdämpfung von 3 dB oder weniger auf. Dies liegt an der Tatsache, dass es effektiv verhindern kann, dass transiente oder dynamische Energiefluktuationen aufgrund von Änderungen in der Anzahl von Signalkanälen auftreten, während eine übermäßige Verschlechterung einer Rauschzahl verhindert wird.
Spezifisch ist es vorzuziehen, dass die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben ist, zumindest 1 μs, aber nicht mehr als 50 μs beträgt. Vorzugsweise schließt das Verzögerungsmedium eine optische Monomodefaser ein, die eine Länge von zumindest 0,2 km, aber nicht mehr als 10 km aufweist. Da die Übertragungsdämpfung einer optischen Monomodefaser üblicherweise ungefähr 0,2 dB/km beträgt, kann sie die Verschlechterung einer Rauschzahl in dem optischen Verstärker minimieren, und kann Eingangssignale zu der optischen Verstärkungsfaser um eine Zeit innerhalb des Bereichs von 1 μs bis 50 μs verzögern. Als die optische Verstärkungsfaser, die in dem Verzögerungsmedium eingesetzt wird, ist eine Faser aus reinem Quarzkern, die eine niedrige Dämpfung und eine niedrige Biegungsdämpfung aufweist, vorzuziehen, um es zuzulassen, dass der optische Verstärker in einer geringen Größe verwirklicht wird.
In dem Fall, wo das Verzögerungsmedium länger ist, schließt das Verzögerungsmedium vorzugsweise eine Dispersionsverschobene optische Faser ein, um zu verhindern, dass die Dispersion des Verzögerungsmediums selbst zunimmt. Das Verzögerungsmedium kann auch eine Dispersions-kompensierende optische Faser einschließen, die zwischen der optischen Monomodefaser und der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist. Dies liegt an der Tatsache, dass dann, wenn ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in einem L-Band (1565 nm bis 1620 nm) in dem optischen Verstärker erforderlich ist, es vorzuziehen sein wird, dass die Dispersion der optischen Verstärkungsfaser kompensiert ist, um die Dispersionstoleranz des optischen Verstärkers zu verbessern.
Der Erfinder hat auch herausgefunden, dass die Ansprechcharakteristik des optischen Verstärkers von der Pumplichtwellenlänge abhängt. In dem Fall eines optischen Verstärkers, der 0,98 μm als seine Pumplichtwellenlänge einsetzt, muss die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben ist, länger als die Ansprechzeit des Steuersystems von dem Zeitpunkt, wenn die Signalenergiefluktuation erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Steuerung der Pumplichtquelle gestartet wird, sein. Dies liegt an der Tatsache, dass transiente Energiefluktuationen eines Ausgangssignals nicht vollständig in dem optischen Verstärker unterdrückt werden können, der mit dem Pumplicht gepumpt wird, das eine Wellenlänge von 0,98 μm aufweist, auch wenn die Pumplichtenergie zu im wesentlichen der gleichen Zeit geändert wird, wenn die Energie eines Eingangssignals fluktuiert. Im Fall des optischen Verstärkers, der 0,98 μm als seine Pumplichtwellenlänge einsetzt, ist die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben wird, vorzugsweise derart eingestellt, dass hinsichtlich der transienten Fluktuation der Verstärkung in dem optischen Verstärker, die durch eine Energiefluktuation in dem Eingangssignal herbeigeführt wird, bezüglich einer Zielverstärkung die Verstärkung einen Überschreitungsbetrag und einen Unterschreitungsbetrag liefert, die im wesentlichen identisch zueinander sind.
In dem Fall eines optischen Verstärkers, der 1,48 μm als seine Pumplichtwellenlänge einsetzt, ist es vorzuziehen, dass die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben ist, im wesentlichen identisch zu der Ansprechzeit des Steuersystems ist, von dem Zeitpunkt, wenn die Signalenergiefluktuation erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Steuerung der Pumplichtquelle gestartet wird. Dies liegt an der Tatsache, dass transiente Energiefluktuationen des Ausgangssignals in diesem Fall, anders als in dem oben erwähnten Fall, wo die Pumplichtwellenlänge 0,98 μm beträgt, vollständig unterdrückt werden können.
Vorzugsweise ist die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben ist, so eingestellt, länger als die Abtastzeit des Steuersystems zum Überwachen des Lichts wird, das von der Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird. Dies zielt auf ein Ermöglichen hin, die Pumplichtenergie in Übereinstimmung mit Energiefluktuationen in Eingangssignalen einzustellen.
Das Steuersystem führt eine AGC unter Benutzung eines linearen Ausdrucks P_P = a·P_IN + b aus (wobei a und b Konstanten sind), der eine Beziehung zwischen der Energie PIN des Teils des Lichts, das von der Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist, und der Energie P_P des Pumplichts, das aus der Pumplichtquelle ausgegeben wird. Dies zielt auf ein Ermöglichen einer Hochgeschwindigkeitssteuerung unter Verwendung einer Vorwärtssteuerung ab. Jedoch besteht, auch wenn transiente Energiefluktuationen in dem Ausgangssignal während der Steuerzeit t₂ unterdrückt werden, wie in 1 gezeigt, eine Möglichkeit statischer Verstärkungsfluktuationen P_Q, die auftreten, wenn die AGC in einem Zustand ausgeführt wird, wo der Mittelwert (Zeitmittel) der Sättigungsenergie von Ausgangssignalen zwischen Zeitpunkten vor und nach der Fluktuation variiert.
Deswegen ist es vorzuziehen, dass der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung weiter einen Spektrumanalysator zum Überwachen einer Signalverteilung innerhalb eines Signalwellenlängenbands an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser umfasst. Hier erfasst das Steuersystem eine Signalverteilung innerhalb des Signalwellenlängenbands an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser und aktualisiert die Konstanten a und b in dem oben erwähnten linearen Ausdruck, der für die AGC benutzt wird.
Zum effektiven Unterdrücken der statischen Verstärkungsfluktuation P_Q kann das Steuersystem die Konstanten a und b in dem oben erwähnten linearen Ausdruck, der für die AGC benutzt wird, unter Verwendung eines Verstärkungsfaktors (P_OUT/P_IN) aktualisieren, der durch das Verhältnis zwischen der verstärkten optischen Energie P_OUT an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser und der Energie P_IN des Teils des Lichts, das von der Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist, gegeben ist.
Vorzugsweise umfasst der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung weiter eine Verzweigungsvorrichtung zum Abzapfen eines Teils des verstärkten Lichts, das durch die optische Verstärkungsfaser transportiert wird, und eine Lichtempfangsvorrichtung zum Anpassen einer Energie des Lichts, das von der Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird. In diesem Fall überwacht das Steuersystem jeweilige Energien von Lichtteilen, die von den zwei Verzweigungsvorrichtungen abgezapft sind, die der optischen Verstärkungsfaser vor- und nachgeschaltet sind, vermöge ihrer entsprechenden Lichtempfangsvorrichtungen und steuert die Pumplichtquelle, um so die Pumplichtenergie gemäß der Ergebnisse einer Erfassung einzustellen, die durch diese Lichtempfangsvorrichtungen erhalten werden.
Das optische Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Mehrzahl optischer Verstärker ein, wovon zumindest einer einen Aufbau identisch zu jenem des optischen Verstärkers aufweist, der den oben erwähnten Aufbau umfasst. Vorzugsweise umfasst dieses optische Kommunikationssystem einen Aufbau zum Ermöglichen von zumindest einer Verzweigungsfunktion eines abgezapften Teils multiplexierter Signale, die sich durch eine Übertragungsleitung ausbreiten, durch eine Signalkanaleinheit, und eine Einfügungsfunktion eines Aussendens einer vorbestimmten Wellenlänge von Signalen oder multiplexierten Signalen zu einer Übertragungsleitung durch eine Signalkanaleinheit, z.B. OADM oder OXC.
Der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung schließt vorzugsweise ein optisches Fasermodul, das jeweilige Anschlüsse aufweist, die mit der Lichtempfangsvorrichtung zu verwenden sind, eine Pumplichtquelle und eine optische Übertragungsleitung ein, um so die Einfügungsdämpfung des optischen Verstärkers zu verringern. Das optische Verstärkermodul umfasst eine optische Monomodefaser, die an die optische Übertragungsleitung zu schmelz-spleißen ist, eine als das Verzögerungsmedium wirkende Verzögerungsfaser, die an die optische Monomodefaser zu schmelz-spleißen ist, eine optische Verstärkungsfaser, die an die Verzögerungsfaser zu schmelz-spleißen ist, einen ersten optischen Koppler zum Abzapfen eines Lichtteils, das ein Signal einschließt, das den optischen Verstärker erreicht hat, bevor es der Verzögerungsleitung zugeführt wird, und einen zweiten optischen Koppler zum Zuführen des Pumplichts von den Eingangs- und/oder Ausgangsenden der optischen Verstärkungsfaser.
Spezifisch weist die optische Monomodefaser ein erstes Ende, das an das Ausgangsende der optischen Übertragungsleitung zu schmelz-spleißen ist, welche sich eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Signalwellenlängenband eingeschlossen sind, ausbreiten, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenübersteht; und bildet ein Teil der optischen Übertragungsleitung. Die Verzögerungsfaser weist ein erstes Ende schmelz-gespleißt an das zweite Ende der optischen Monomodefaser und ein zweites Ende gegenüberstehend dem ersten Ende auf. Die optische Verstärkungsfaser weist ein erstes Ende schmelz-gespleißt an das zweite Ende der Verzögerungsfaser und ein zweites Ende gegenüberstehend dem ersten Ende auf. Der erste Faserkoppler ist nahe einem Schmelzteil zwischen dem zweiten Ende und der optischen Monomodefaser und dem ersten Ende der Verzögerungsfaser angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Faserkoppler nahe einem Schmelzteil zwischen dem zweiten Ende der Verzögerungsfaser und dem ersten Ende der optischen Verstärkungsfaser oder nahe dem zweiten Ende der optischen Verstärkungsfaser angeordnet.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der detaillierten Beschreibung, die untenstehend beschrieben ist, und den zugehörigen Zeichnungen verstanden werden, die nur im Wege einer Veranschaulichung gegeben sind und nicht als einschränkend für die vorliegende Erfindung zu betrachten sind.
Der weitere Umfang einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben ist, offensichtlich werden. Es ist jedoch zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, nur im Wege einer Veranschaulichung gegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Grundgedankens und der Umfang Durchschnittsfachleuten aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich sein werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Graphen zum Erläutern eines Problems einer AGC in einem herkömmlichen optischen Verstärker;
2 ein Diagramm, das die Konfiguration einer ersten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Diagramm, das eine spezifische Konfiguration des optischen Fasermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Diagramm, das die Konfiguration einer zweiten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Diagramm, das die Konfiguration einer dritten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Diagramm, das die Konfiguration einer vierten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Diagramm, das die Konfiguration einer fünften Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Diagramm, das den Aufbau eines Experimentalsystems zum Evaluieren des Betrags einer transienten Energiefluktuation in Ausgangssignalen, die durch die Verzögerung in einer Pumplichtenergieänderung herbeigeführt ist, bezüglich der Änderungen in der Anzahl von Signalkanälen;
9A ein Diagramm, das den Aufbau eines optischen Verstärkers zeigt, der Pumplicht benutzt, das eine Wellenlänge von 0,98 μm aufweist, als einen optischen Verstärker (EDFA), der in dem Experimentalsystem, das in 8 gezeigt ist, eingesetzt wird, wohingegen 9B ein Diagramm ist, das den Aufbau eines optischen Verstärkers zeigt, der ein Pumplicht benutzt, das eine Wellenlänge von 1,48 μm aufweist;
10A einen Graphen, der das Zeitansprechverhalten einer gesamten Eingangsenergie in dem Experimentalsystem, das in 8 gezeigt ist, zeigt, wohingegen 10B ein Graph ist, der das Zeitansprechverhalten einer Pumplichtenergie zeigt;
11A einen Graphen, der die transiente Ansprechcharakteristik bezüglich eines Restsignals zeigt, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, der in 9A gezeigt ist, wohingegen 11B ein Graph ist, der die transiente Ansprechcharakteristik bezüglich eines Restsignals zeigt, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, der in 9B gezeigt ist;
12A einen Graphen, der die Abhängigkeit der transienten Ansprechcharakteristik auf eine Verzögerungszeit hin zeigt, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, der in 9A gezeigt ist, bezüglich jedes der Restsignale, die eine Wellenlänge aufweisen, die von 1531,7 nm bis 1561,5 nm reicht, wohingegen 12B ein Graph ist, der die Abhängigkeit der transienten Ansprechcharakteristik auf eine Verzögerungszeit hin zeigt, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, der in 9B gezeigt ist, bezüglich jedes der Restsignale, die eine Wellenlänge aufweisen, die von 1531,7 nm bis 1561,4 nm reicht; und
13A einen Graphen, der die transiente Ansprechcharakteristik bezüglich eines Restsignals zeigt, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist, in dem Fall, wo eine optische Monomodefaser, die eine Länge von 400 nm aufweist, nicht als das Verzögerungsmedium in dem in 5 gezeigten optischen Verstärker eingesetzt wird, wohingegen 13B ein Graph ist, der die transiente Ansprechcharakteristik bezüglich eines Restsignals zeigt, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist, in dem Fall, wo eine optische Monomodefaser, die eine Länge von 400 nm aufweist, als das Verzögerungsmedium in dem in 5 gezeigten optischen Verstärker eingesetzt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden werden Ausführungsformen des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung und des optischen Fasermoduls, das darin eingeschlossen ist, unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 und 9A bis 13B erläutert werden. In der Erläuterung der Zeichnungen werden Komponenten, die zueinander identisch sind, mit zueinander identischen Bezugszeichen bezeichnet werden, ohne ihre überlappenden Beschreibungen zu wiederholen. Die Proportionen von Dimensionen in den Zeichnungen passen nicht immer zu den erläuterten.
2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer ersten Ausführungsform des optischen Faserverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 umfasst der optische Verstärker 10 gemäß der ersten Ausführungsform sukzessive in der Ausbreitungsrichtung des Signallichts eine Verzweigungsvorrichtung 11a, ein Verzögerungsmedium 12, einen optischen Isolator 14a, einen Multiplexierer 11, eine optische Verstärkungsfaser 13 und einen optischen Isolator 14b, der ein Teil einer optischen Übertragungsleitung bildet. Die Verzweigungsvorrichtung 11a zapft einen Lichtteil, der eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen einschließt, die dorthin von einer optischen Übertragungsleitung angelangt sind, ab. Das Verzögerungsmedium 12 arbeitet derart, dass Signale, die durch die Verzweigungsvorrichtung 11a transmittiert sind, das Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser 13 verzögert erreichen. Der Multiplexierer 11b kombiniert Pumplicht und das Signal, das durch das Verzögerungsmedium 12 transmittiert ist, und koppelt das somit kombinierte Licht in die optische Verstärkungsfaser 13 von der Seite des Eingangsendes davon ein.
Der optische Verstärker 10 umfasst weiter eine Lichtempfangsvorrichtung 15 (PD) zum Überwachen der Energie des Lichtteils, das von der Verzweigungsvorrichtung 11a abgezapft ist, eine Pumplichtquelle 16 (LD) und ein Steuersystem 17, das die Pumplichtquelle 16 in Übereinstimmung mit Energiefluktuationen des abgezapften Lichtteils steuert (auf eine Vorwärts-Steuerungsweise) während die Energie des abgezapften Lichtteils vermöge der Lichtempfangsvorrichtung 15 überwacht wird.
Allgemein wird der Verstärkerkoeffizient γ_S in einem optischen Verstärker, der eine optische Verstärkungsfaser aufweist, die mit Erbium oder dergleichen dotiert ist, ungefähr durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt:
wobei

g die ungesättigte Verstärkung ist;
P_Pth die Schwellenenergie des Pumplichts ist;
P_P die Pumplichtenergie ist;
P_S die Signalenergie ist; und
P_sat die Sättigungsenergie ist.

Gemäß dem oben erwähnten Ausdruck (1) wird es, um den Verstärkungskoeffizienten γ_S konstant auszuführen, d.h. um die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant auszuführen, ausreichend sein, wenn (P_P ^th · P_S) / (P_P ^th · P_sat) Konstant ausgeführt wird. Wenn die Energie des Eingangssignals bestimmt ist, dann wird die Pumplichtenergie, die für die AGC erforderlich ist, durch den oben erwähnten Ausdruck (1) berechnet. Deswegen ermöglicht eine Benutzung dieses Ausdrucks (1) eine AGC auf der Grundlage einer Vorwärtssteuerung (indem die Pumplichtenergie geregelt wird, während nur die Eingangssignalenergie überwacht wird). Hier kann die Pumplichtenergie PP, die für die oben erwähnte AGC erforderlich ist, durch den folgenden linearen Ausdruck (2) dargestellt werden: PP = a·PIN + b (2)wobei

P_P die Pumplichtenergie ist;
P_IN die Eingangssignalenergie ist; und
A und b Konstanten sind.

Eine Vorwärtssteuerung kann eine AGC einer höheren Geschwindigkeit verglichen mit einer Rückkopplungssteuerung verwirklichen, in welcher ein Eingang und ein Ausgang erfasst werden. Jedoch wird, wenn die Signalenergie an dem Eingangsende des optischen Verstärkers erfasst wird, und die Pumplichtenergie gemäß des Ergebnisses der Erfassung gesteuert wird, dann die Energie der Eingangssignale durch die Ansprechzeit des Steuersystems fluktuieren, wodurch eine transiente Energiefluktuation in den Ausgangssignalen auftreten kann.
A.K. Srivastava, "EDFA Transient Response to Channel Loss in WDM Transmission System,", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 9, Nr. 3, MÄRZ 1997 berichtet über transiente Ausgangssignal-Energiefluktuationen, die durch Verzögerungen beim Regeln von Pumplichtenergie bezüglich der Energiefluktuationen in Eingangssignalen herbeigeführt werden. Aus diesem Bericht kann ersehen werden, dass die transienten Energiefluktuationen in den Ausgangssignalen besser unterdrückt werden können, wenn Verzögerungen bei einer Regelung der Pumplichtenergie bezüglich der Energiefluktuationen in Eingangssignalen kleiner sind. In idealer Weise könnten die transienten Energiefluktuationen in Ausgangssignalen im wesentlichen auf Null gedrückt werden, wenn die Pumplichtenergie gleichzeitig um einen geeigneten Betrag geändert werden kann, wenn eine Energiefluktuation in Eingangssignalen erzeugt wird. Obwohl die Ansprechzeit in den Steuersignalen ausreichend kurz ausgeführt werden kann, um das oben erwähnte Problem anzugehen, besteht eine Grenze beim Verkürzen der Ansprechzeit des Steuersystems.
Deswegen ist der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Aufbau zum Verzögern von Signalen mit einem gewissen Ausmaß (zumindest um die Ansprechzeit des Steuersystems) während der Zeitpunkt von dem Zeitpunkt, wenn eine Änderung in einer Energie von Eingangssignalen erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn eine Fluktuation in einer Signalenergie an dem Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser auftritt. Dieser Aufbau kann die Energiefluktuations-Zeitgebung von Eingangssignalen an dem Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser und die Fluktuations-Zeitgebung der Pumplichtenergie zusammenfallend ausführen, wobei die transienten Energiefluktuationen in den Ausgangssignalen effektiv unterdrückt werden können. Auch wird, da die Eingangssignale um einen geeigneten Betrag verzögert werden, die Ansprechgeschwindigkeit, die für das Steuersystem erforderlich ist, abgesenkt, was es einfacher macht, das Steuersystem auszulegen.
Betriebsweisen des optischen Verstärkers 10 gemäß der ersten Ausführungsform werden nun unter Bezugnahme auf 2 erläutert werden. In dem optischen Verstärker 10 wird ein Lichtteil, der eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen einschließt, die sich durch eine optische Übertragungsleitung ausbreiten, von der Verzweigungsvorrichtung 11a abgezapft, und Energiefluktuationen des somit abgezapften Lichtteils werden von der Lichtempfangsvorrichtung 15 erfasst. Andererseits läuft der verbleibende Lichtteil, der durch die Verzweigungsvorrichtung 11a transmittiert wird, durch das Verzögerungsmedium 12, dem optischen Isolator 14a und den Multiplexierer 11b in der Abfolge, um so die optische Verstärkungsfaser 13 zu erreichen. Während das Licht, das durch die Verzweigungsvorrichtung 11a transmittiert wird, sich durch das Verzögerungsmedium 12 ausbreitet, erfasst das Steuersystem 17 die Energiefluktuation von Eingangssignalen vermöge der Lichtempfangsvorrichtung 15 und die Pumplichtquelle 16, um so die Pumplichtenergie zu ändern.
An dem Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser 13 erreichen aufgrund der vorangehenden Konfiguration, die Eingangssignale und das Pumplicht einen Zustand, wo ihre jeweiligen Energiefluktuationen im wesentlichen zueinander synchronisiert sind. Folglich werden Signale, die durch die optische Verstärkung verstärkt werden, aus der optischen Verstärkungsfaser 13 ausgegeben, und die somit verstärkten Signale werden zu einer optischen Übertragungsleitung vermöge des optischen Isolators 14b ausgesendet.
Zum Verbessern der Rauschzahl des optischen Verstärkers 10 ist es erforderlich, dass zumindest die Dämpfung an dem Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser 13 so niedrig wie möglich ausgeführt wird. Deswegen ist es vorzuziehen, dass die Einfügungsdämpfung des Verzögerungsmediums 12, das in die Seite des Eingangsendes der optischen Verstärkungsfaser 13 eingeführt wird, so klein wie möglich ist. In dieser Hinsicht ist eine optische Monomodefaser, die eine Einfügungsdämpfung von 3 dB oder weniger aufweist, geeignet, und kann eine Verzögerung von ungefähr 5 μs pro km ergeben.
In dem Fall, wo eine optische Faser, die eine große chromatische Dispersion aufweist, als eine optische Faser eingesetzt wird, die als das Verzögerungsmedium 12 wirkt (nachstehend als eine Verzögerungsfaser bezeichnet), ist eine separate dispersionskompensierende optische Faser erforderlich. Vorzugsweise weist die Verzögerungsfaser eine chromatische Dispersion auf, die so klein wie möglich ist, da sie das Erfordernis zum Einfügen einer getrennten optischen Faser beseitigt, die die Dispersion kompensiert. In dem Fall, wo die Verzögerungsfaser länger ist, schließt die Verzögerungsfaser vorzugsweise eine dispersionsverschobene optische Faser ein, um zu verhindern, dass die Dispersion der Verzögerungsfaser selbst ansteigt. Die Verzögerungsfaser kann eine dispersionskompensierende optische Faser einschließen, die zwischen der optischen Monomodefaser und der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist. Dies liegt an der Tatsache, dass, wenn ein Betrieb bei einer hohen Geschwindigkeit in dem L-Band (1565 nm bis 1620 nm) in dem optischen Verstärker erforderlich ist, es vorzuziehen ist, dass die Dispersion der optischen Verstärkungsfaser 13 kompensiert wird, um die Dispersionstoleranz des optischen Verstärkers 10 zu verbessern.
Im allgemeinen kann ein WDM-Übertragungssystem, das eine Übertragungskapazität pro Signalkanal von 10 Gbit/s aufweist, eine kumulative Dispersion von bis zu ±1000 ps/nm zulassen. Aus dieser Tatsache wird eine Dispersion von ±200 ps/nm oder weniger, die durch die Verzögerungsfaser herbeigeführt wird, als ein zugelassener Bereich in einem WDM-Übertragungssystem betrachtet, in welches fünf Stufen von Nachverstärkern eingefügt sind. Es ist selbstverständlich, dass die kumulative Dispersion weiter abgesenkt werden sollte, wenn die Übertragungskapazität pro Signal von jetzt an zunimmt.
Wie oben erwähnt, schließt der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein optisches Fasermodul, das jeweilige Anschlüsse aufweist, die mit der oben erwähnten Lichtempfangsvorrichtung zu verbinden sind, eine Pumplichtquelle und eine optische Übertragungsleitung ein, um die Einfügungsdämpfung des in 3 gezeigten optischen Verstärkers zu verringern. Das optische Fasermodul, das in 3 gezeigt ist, umfasst eine optische Monomodefaser 100, die an die optische Übertragungsleitung zu schmelz-spleißen ist, eine Verzögerungsfaser 110 (die dem Verzögerungsmedium 12 in 2 entspricht), die an die optische Monomodefaser 100 zu schmelz-spleißen ist, eine optische Verstärkungsfaser 120 (die der optischen Verstärkungsfaser 13 in 2 entspricht), die an die Verzögerungsfaser 110 zu schmelzspleißen ist, einen ersten Faserkoppler 150 (der der Verzweigungsvorrichtung 11a in 2 entspricht) zum Abzapfen eines Lichtteils, der Signale einschließt, die den optischen Verstärker erreicht haben, bevor sie in die Verzögerungsfaser 110 eingekoppelt werden, und einen zweiten Faserkoppler 160 (der dem Multiplexierer 11b in 2 entspricht) zum Zuführen von Pumplicht von den Eingangs- und/oder Ausgangsenden der optischen Verstärkungsfaser 120. Somit sind die Eingangsenden der Faserkoppler 150, 160, mit welchen die Lichtempfangsvorrichtung und die Pumplichtquelle zu verbinden sind, in dem optischen Fasermodul, das in 3 gezeigt wird, offen, wodurch Benutzer die Lichtempfangsvorrichtung und die Pumplichtquelle in Übereinstimmung mit der Auslegungsspezifikation des gesamten WDM-Übertragungssystems auswählen können.
Spezifische weist die optische Monomodefaser 100 in 3 ein erstes Ende, das an das Ausgangsende der optischen Übertragungsleitung zu schmelz-spleißen ist, durch welche sich eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Signalwellenlängenband eingeschlossen sind, ausbreiten, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenübersteht, um dadurch ein Teil der optischen Übertragungsleitung auszubilden. Die Verzögerungsfaser 110 weist ein erstes Ende, das an das zweite Ende der optischen Monomodefaser 100 zu schmelz-spleißen ist, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenübersteht. Die optische Verstärkungsfaser 120 weist ein erstes Ende, das an das zweite Ende der Verzögerungsfaser 110 zu schmelz-spleißen ist, und ein zweites Ende auf, das dem ersten Ende gegenübersteht. Der erste Faserkoppler 150 ist nahe dem Schmelzteil zwischen dem zweiten Ende der optischen Monomodefaser 100 und dem ersten Ende der Verzögerungsfaser 110 angeordnet. Der zweite Faserkoppler 160 ist nahe dem Schmelzteil zwischen dem zweiten Ende der Verzögerungsfaser 110 und dem ersten Ende der optischen Verstärkungsfaser 120 angeordnet. Zum Unterdrücken der Verschlechterung der Rauschzahl auf ein Minimum, wie oben erwähnt, schließt die Verzögerungsfaser 110 vorzugsweise eine optische Faser ein, die eine Einfügungsdämpfung von 3 dB oder weniger aufweist. In dem Fall, wo die Verzögerungsfaser 110 länger ist, schließt sie vorzugsweise eine dispersionsverschobene optische Faser ein. Zum Kompensieren der Dispersion der optischen Verstärkungsfaser 120 kann die Verzögerungsfaser 110 eine dispersionskompensierende optische Faser einschließen.
In idealer Weise ist es, da es notwendig ist, die Pumplichtenergie gleichzeitig zu regeln (zu ändern), wenn die Energie der Eingangssignale fluktuiert, die Verzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium 12 an Signale angelegt wird, erforderlich, im wesentlichen gleich der Ansprechzeit des Steuersystems 17 (das eine arithmetische Verarbeitungsschaltung einschließt) zu sein, um die Pumplichtquelle 16 zu steuern. Insbesondere ist es notwendig, dass die Abtastzeit zum Erfassen der Eingangssignalenergie ausreichend kürzer als die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium 12 gegeben ist, eingestellt ist. Wenn die Abtastzeit länger als die Signalverzögerungszeit ist, dann fluktuiert die Zeitgebung zum Erfassen der Energiefluktuation selbst, wodurch die Verzögerung, die an den Signalen angebracht wird, bedeutungslos wird. Die Abtastzeit wird also durch die Geschwindigkeit bestimmt, bei welcher die betreffende Eingangssignalenergie fluktuiert.
In dem Fall, wo sich die Pumplichtquelle 16 schrittweise ändert, wird es ausreichend sein, wenn die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium 12 gegeben ist, und die Ansprechzeit des Steuersystems 17 (die Zeitpunkt von dem Zeitpunkt, wenn die Fluktuation erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Pumplichtquelle 16 gesteuert wird) identisch zueinander ausgeführt werden. In der Praxis sind Wellenformen jedoch in gewissem Ausmaß breit. Deswegen können, wenn die Signalverzögerungszeit geringfügig länger als die Ansprechzeit des Steuersystems 17 eingestellt wird, dann die transienten Energiefluktuationen in den Ausgangssignalen effektiv unterdrückt werden.
In der Vorwärtssteuerung (AGC) auf der Grundlage der oben erwähnten Ausdrücke (1) und (2) kann die AGC unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (2) ausgeführt werden, wenn der Mittelwert einer Sättigungsenergie multiplexierter Signale der gleiche ist, bevor und nachdem die Energie der Eingangssignale fluktuiert. Jedoch ist die Sättigungsenergie abhängig von der Wellenlänge, so dass der Mittelwert der Sättigungsenergie nicht immer konstant zwischen dem Zeitpunkt vor und nach der Fluktuation ist, wenn die Energie des Ausgangssignals aufgrund von Änderungen in der Anzahl von Signalkanälen fluktuiert (siehe 1). In dem Fall, wo der Mittelwert der Sättigungsenergie variiert, wird eine statische Verstärkungsfluktuation P_Q auftreten, wenn die AGC ausgeführt wird, wobei die Konstanten a (Gradient) und b (Abschnitt) fest sind.
Zum Unterdrücken einer derartigen statischen Verstärkungsfluktuation P_Q ist es vorzuziehen, dass die Position einer Signalwellenlänge innerhalb eines Signalwellenlängenbands überwacht wird, und dass die Konstanten a, b in dem oben erwähnten Ausdruck (2) gemäß der somit erfassten Signalverteilung geregelt werden können.
4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer zweiten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die auf der Grundlage der oben erwähnten Betrachtung bereitgestellt ist.
Wie in 4 gezeigt, weist der optische Verstärker 20 gemäß der zweiten Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie jener der ersten Ausführungsform dahingehend auf, dass er eine Verzweigungsvorrichtung 21a, ein Verzögerungsmedium 22, einen optischen Isolator 24a, einen Multiplexierer 21b, eine optische Verstärkungsfaser 23, einen optischen Isolator 24b, eine Lichtempfangsvorrichtung 25, eine Pumplichtquelle 26 und ein Steuersystem 27 umfasst. Jedoch umfasst, um die oben erwähnte statische Verstärkungsfluktuation zu unterdrücken, der optische Verstärker 20 gemäß der zweiten Ausführungsform weiter eine Verzweigungsvorrichtung 21c zum Abzapfen eines Lichtteils, der Ausgangssignale einschließt, von der optischen Verstärkungsfaser 23, und einen Spektrumanalysator 28 zum Überwachen der Signalverteilung innerhalb des Signalwellenlängenbands, das den Lichtteil betrifft, der von der Verzweigungsvorrichtung 21c abgezapft ist.
Das Steuersystem 27 führt eine AGC unter Benutzung des oben erwähnten linearen Ausdrucks P_P = a·P_IN + b aus (wobei a und b Konstanten sind), der die Beziehung zwischen der Energie P_IN des Lichtteils, das von der Verzweigungsvorrichtung 21a abgezapft ist, und der Energie P_P des Pumplichts, das aus der Pumplichtquelle ausgegeben wird, definiert. Es zielt auf ein Ermöglichen einer Steuerung bei hoher Geschwindigkeit auf der Grundlage einer Vorwärtssteuerung ab. Jedoch besteht, auch wenn die oben erwähnten transienten Ausgangssignal-Pegelfluktuationen während der Steuerzeit t₂ unterdrückt werden, eine Möglichkeit einer statischen Verstärkungsvariation P_Q, die auftritt, wenn die AGC in einem Zustand ausgeführt wird, wo der Mittelwert (Zeitmittel) der Sättigungsenergie der Ausgangssignale vor und nach einer Fluktuation variiert, wie in 1 gezeigt. Deswegen erfasst in dem optischen Verstärker 20 gemäß der zweiten Ausführungsform das Steuersystem 27 die Signalverteilung innerhalb des Signalwellenlängenbands an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser vermöge des Spektrumanalysators, um so die Konstanten a und b in dem oben erwähnten linearen Ausdruck (2), der für die AGC benutzt wird, zu aktualisieren, um dadurch die statische Verstärkungsfluktuation P_Q effektiv zu unterdrücken.
5 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer dritten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Konfiguration zum Absenken der statischen Verstärkungsfluktuation P_Q (siehe 1) wie in der zweiten Ausführungsform umfasst.
Der optische Verstärker 30 gemäß der dritten Ausführungsform weist nämlich, wie in 5 gezeigt, die gleiche Konfiguration wie jene der ersten und zweiten Ausführungsformen auf, dahingehend, dass sie eine Verzweigungsvorrichtung 31a, ein Verzögerungsmedium 32, einen optischen Isolator 34a, einen Multiplexierer 31b, eine optische Verstärkungsfaser 33, einen optischen Isolator 34b, eine Lichtempfangsvorrichtung 35, eine Pumplichtquelle 36 und ein Steuersystem 37 umfasst. Jedoch umfasst, um die oben erwähnte statische Verstärkungsfluktuation zu unterdrücken, der optische Verstärker 30 gemäß der dritten Ausführungsform weiter eine Verzweigungsvorrichtung 31c zum Abzapfen eines Lichtteils, das Ausgangssignale einschließt, aus der optischen Verstärkungsfaser 33, und eine Lichtempfangsvorrichtung 38 zum Erfassen der Energie des Lichtteils, das von der Verzweigungsvorrichtung 31c abgezapft ist. Das Steuersystem 37 aktualisiert die Konstanten a und b in dem oben erwähnten linearen Ausdruck (2), der für die AGC benutzt wird, unter Verwendung eines Verstärkungsfaktors (P_OUT/P_IN), der durch das Verhältnis der verstärkten optischen Energie P_OUT an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser 33 zu der Energie P_IN des Lichtteils, das von der Verzweigungsvorrichtung 31a abgezapft ist, gegeben ist.
Weiter kann der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weisen modifiziert werden. Beispielsweise sind viele optische Verstärker vorhanden, die jeweils eine Mehrzahl von Stufen von Verstärkungsabschnitten aufweisen. In einer derartigen Konfiguration nimmt, wenn ein Verzögerungsmedium unmittelbar vorgeschaltet dem Verstärkungsabschnitt in jeder Stufe eingefügt wird, dann die Übertragungsdämpfung innerhalb des optischen Verstärkers zu, wodurch die Rauscheigenschaften verschlechtert werden, was ungünstig ist.
Deswegen umfasst der optische Verstärker gemäß einer vierten Ausführungsform einen Aufbau, in welchem ein Verzögerungsmedium unmittelbar vorgeschaltet nur dem Verstärkungsabschnitt in der ersten Stufe eingefügt ist, die Energie von Signalen erfasst wird, bevor sie das Verzögerungsmedium erreichen, und die Pumplichtenergie für den Verstärkungsabschnitt in jeder Stufe gemäß dem Ergebnis der Erfassung geregelt wird.
6 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der vierten Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 umfasst der optische Verstärker 40 gemäß der vierten Ausführungsform nacheinander in der Ausbreitungsrichtung der Signale, die sich durch die optische Übertragungsleitung ausbreiten, eine Verzweigungsvorrichtung 41 zum Abzapfen eines Lichtteils, der die Signale einschließt, ein Verzögerungsmedium 42, eine Mehrzahl von Stufen von Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c (die jeweils eine optische Verstärkungsfaser und eine Pumplichtquelle umfassen), eine Lichtempfangsvorrichtung 44 und ein Steuersystem 45 zur Vorwärtssteuerung (AGC) jeder der Mehrzahl von Stufen und Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c.
Da der optische Verstärker 40 gemäß der vierten Ausführungsform derart konfiguriert ist, dass die Verzweigungsvorrichtung 41 der Mehrzahl von Stufen von Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c vorgeschaltet ist, wohingegen ein Lichtteil, der von der Verzweigungsvorrichtung 41 abgezapft ist, überwacht wird, können Energiefluktuationen in Eingangssignalen schneller als in einer Konfiguration erfasst werden, in welcher Energiefluktuationen in Eingangssignalen unmittelbar vorgeschaltet jedes Verstärkungsabschnitts erfasst werden, was somit eine AGC ermöglicht, die in günstiger Weise den Energiefluktuationen in Eingangssignalen folgt. Auch ist in dem optischen Verstärker 40 gemäß der vierten Ausführungsform das Verzögerungsmedium 42 zwischen der Verzweigungsvorrichtung 41 und dem Verstärkungsabschnitt 43a in der ersten Stufe in einer Reihenfolge für jeweilige Zeitgebungen angeordnet, um die Energiefluktuation in Eingangssignalen in der Mehrzahl von Stufen von Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c zu erfassen, und die Pumplichtenergie zu regeln (um Steuersignale P_P1 bis P_P3 aus dem Steuersystem 45 zu jeweiligen Pumplichtquellen auszugeben, die in den einzelnen Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c eingeschlossen sind), um offensichtlich zusammenzufallen.
Der optische Verstärker 40 gemäß der vierten Ausführungsform, der die Mehrzahl von Stufen von Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c im Verzögerungsmedium 42 nachgeschaltet aufweist, ist als solcher für WDM-Übertragungssysteme geeignet, in welche OADM (Optical Add/Drop Multiplexer), OXC (Optical Cross Connect) und dergleichen eingefügt sind.
In einem WDM-Übertragungssystem, das mit OADM oder OXC versehen ist, sind oft Fälle vorhanden, wo sich die Energiefluktuation in den Eingangssignalen in den optischen Verstärker abrupt aufgrund von Änderungen in der Anzahl von Signalkanälen ändert. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, dass der eingesetzte optische Verstärker schnell die Verstärkung steuert, um sie so konstant zu halten. Der optische Verstärker 40 gemäß der vierten Ausführungsform kann die Energiefluktuation in Eingangssignalen in jeden der Mehrzahl von Verstärkungsabschnitten 43a bis 43c vor einer Verstärkung erfassen und kann transiente Ausgangssignal-Energiefluktuationen effektiv unterdrücken.
Der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiter eine Konfiguration umfassen, in welcher Signale, die in das Verzögerungsmedium einzukoppeln sind, vorab verstärkt werden.
7 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer fünften Ausführungsform des optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Grundlegend umfasst der optische Verstärker 50, wie in der ersten Ausführungsform, aufeinanderfolgend in der Ausbreitungsrichtung der Signale einer Verzweigungsvorrichtung 51a, ein Verzögerungsmedium 52, einen optischen Isolator 54a, einen Multiplexierer 51b, eine optische Verstärkungsfaser 53 und einen optischen Isolator 54b, die einen Teil einer optischen Übertragungsleitung ausbilden. Er umfasst weiter eine Lichtempfangsvorrichtung 55 zum Überwachen von Energiefluktuationen des Lichtteils, der von der Verzweigungsvorrichtung 51a abgezapft ist, und eine Pumplichtquelle 56 zum Zuführen von Pumplicht zu der optischen Verstärkungsfaser vermöge des Multiplexierers 51b; und ist derart konfiguriert, dass ein Steuersystem 57 Energiefluktuationen in Eingangssignalen vermöge der Lichtempfangsvorrichtung 55 erfasst und (auf eine AGC-Weise) die Pumplichtquelle 56 steuert.
Insbesondere ist der optische Verstärker 50 gemäß der fünften Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungsabschnitt 58 (der eine optische Verstärkungsfaser 58a einschließt) zum Verstärken von Eingangssignalen vor einer Erfassung der Verzweigungsvorrichtung 51a vorgeschaltet angeordnet ist. Zwischen dem Verstärkungsabschnitt 58 und der Verzweigungsvorrichtung 51a ist eine optische Vorrichtung 59 angeordnet, die entweder einen variablen Abschwächer oder ein Bandpassfilter umfasst. Somit ist in dem optischen Verstärker 50 gemäß der fünften Ausführungsform ein Teil der optischen Übertragungsleitung durch zumindest das Verzögerungsmedium 52 und zwei optische Verstärkungsfasern 53, 58a ausgebildet, die angeordnet sind, das Verzögerungsmedium 52 dazwischen einzubetten.
Der so konfigurierte optische Verstärker 50 gemäß der fünften Ausführungsform kann auch Energiefluktuationen in Ausgangssignalen vor einer Verstärkung erfassen, und kann transiente Ausgangssignal-Energiefluktuationen effektiv unterdrücken.
Weiter schätzte der Erfinder transiente Energiefluktuationen der Ausgangssignale, die durch Verzögerungen bei Pumplicht-Energieänderungen bezüglich Änderungen in der Anzahl von Kanälen für jede der unterschiedlichen Pumplichtwellenlängen herbeigeführt werden, ab. 8 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Experimentalsystems zeigt.
Das Experimentalsystem der 8 umfasst Lichtquellen 62a zum Ausgeben von 8 Kanälen und Signalen als jeweils ein Fluktuationssignal; eine Lichtquelle 62b einer variablen Wellenlänge zum Ausgeben eines einzelnen Kanals eines Signals als ein Restsignal; einen Multiplexierer 61a zum multiplexieren der 8 Kanäle von Signalen aus den Lichtquellen 62a; einen AOM (akusto-optischen Modulator) 63 zum Übertragen des multiplexierten Signals von dem Multiplexierer 61a dort hindurch, oder zum Blockieren desselben; einen variablen Abschwächer 64a zum Abschwächen des Fluktuationssignals von den Lichtquellen 62a; einen variablen Abschwächer 64b zum Abschwächen des Restsignals von der Lichtquelle 62b einer variablen Wellenlänge; einem Faserkoppler 65 zum multiplexieren des Fluktuationssignals und des Restsignals zusammen; einen EDFA 66 als einen optischen Verstärker zum Verstärken des Lichts, das durch den Faserkoppler 65 transmittiert wird; einen Demultiplexierer 61b zum Trennen des Signals, das von dem EDFA 66 verstärkt ist, in einzelne Wellenlängen; eine Lichtempfangsvorrichtung 67b zum Empfangen des Signals, bevor es in den EDFA 66 eingegeben wird; eine Lichtempfangsvorrichtung 61a zum Empfangen des Restsignals, das von dem Demultiplexierer 61b isoliert wird; ein Oszilloskop 68 zum Überwachen der jeweiligen Signale der Lichtempfangsvorrichtungen 67a, 67b; und ein Steuersystem 69.
Die Modulationsfrequenz des AOM 63, der von dem Steuersystem 69 gesteuert wird, beträgt 1 kHz. Zum Untersuchen der transienten Ansprechcharakteristik der Restsignalenergie in dem Fall, wo eine Eingangspegelfluktuation von 15 dB durch eine Änderung in der Anzahl von Signalkanälen herbeigeführt wird (z.B. der Fall, wo sich die Anzahl der Signalkanäle von 32 auf 1 ändert) werden der Eingangspegel des Fluktuationssignals und der Eingangspegel des Restsignals pro Kanal der 8 Kanäle auf –10,17 dBm/ch und bzw. –16 dBm/ch eingestellt. Die einzelnen Wellenlängen des Fluktuationssignals sind 1533,4 nm, 1536,6 nm, 1539,7 nm, 1554,9 nm, 1550,1 nm, 1553,3 nm, 1556,5 nm und 1559,7 nm. In diesem Experiment wird die Wellenlänge des Restsignals von 1531,8 nm auf 1561,4 nm geändert.
Als der optische Verstärker 66 ist ein EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumpwellenlänge von 0,98 μm aufweist, und ein EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumpwellenlänge von 1,48 μm aufweist, vorbereitet.
Wie in 9A gezeigt, umfasst der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, einen Koppler 661 (Demultiplexierer) zum Abzapfen eines Lichtteils, das in einem Signal eingeschlossen ist; eine Lichtempfangsvorrichtung 662 zum Empfangen des Signals vor einer Verstärkung; einen optischen Isolator 663; eine Pumplichtquelle 665 zum Zuführen von Pumplicht, das eine Wellenlänge von 0,98 μm aufweist; einen Multiplexierer 664 zum multiplexieren des Signals und des Pumplichts, das eine Wellenlänge von 0,98 μm aufweist, zusammen; eine optische Verstärkungsfaser 666 (EDF), die mit Er dotiert ist; einen optischen Isolator 667; einen Verstärkungsentzerrer (GEQ) 686; einen Koppler 669 zum Abzapfen eines Lichtteils, der in dem verstärkten Signal eingeschlossen ist; und eine Lichtempfangsvorrichtung 670 zum Empfangen des Lichtteils, der von dem Koppler 669 abgezapft ist. Hier wird der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, so eingestellt, eine Verstärkung mit einem Energiepegel von +12,5 dBm bezüglich eines Eingangssignals zu ergeben, das einen Energiepegel von –1 dBm aufweist.
Andererseits umfasst, wie in 9B gezeigt, der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, einen Koppler 661 (Demultiplexierer) zum Abzapfen eines Lichtteils, das ein Signal einschließt; eine Lichtempfangsvorrichtung 662 zum Empfangen des Signals vor einer Verstärkung; einen optischen Isolator 663; eine Pumplichtquelle 665 zum Zuführen von Pumplicht, das eine Wellenlänge von 1,48 μm aufweist; einen Multiplexierer 664 zum multiplexieren des Signals und des Pumplichts, das eine Wellenlänge von 1,48 μm aufweist, zusammen; eine optische Verstärkungsfaser 666 (EDF), die mit Er dotiert ist; einen Demultiplexierer 671; einen optischen Isolator 667; einen Verstärkungsentzerrer (GEQ) 668; einen Koppler 669 zum Abzapfen eines Lichtteils, der in dem verstärkten Signal eingeschlossen ist; und eine Lichtempfangsvorrichtung 662 zum Empfangen des Lichtteils, der von dem Koppler 669 abgezapft ist. Hier wird der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, so eingestellt, eine Verstärkung mit einem Energiepegel von +11,4 dBm bezüglich eines Eingangssignals zu ergeben, das einen Energiepegel von –1 dBm aufweist.
In dem EDFA 66 jeder der 9A und 9B treibt das Steuersystem 69 die Pumplichtquelle 65 synchron zu dem AOM 63. Die Verzögerungszeit Δd der Pumplichtenergieänderung bezüglich der Änderung in der Anzahl von Signalkanälen wird geändert, wenn das Steuersystem 69 die Phase des Steuersignals zu dem AOM 63 und die Phase des Steuersignals zu der Pumplichtquelle 665 regelt, wie in den 10A und 10B gezeigt. Hier ist 10A ein Graph, der das Zeitansprechen der Eingangslichtenergie zeigt, wohingegen 10B ein Graph ist, der das Zeitansprechen, das um die Zeit Δt verzögert ist, der Pumplichtenergie zeigt.
11A zeigt die transiente Ansprechcharakteristik, die den EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, gezeigt in 9A, bezüglich des Restsignals, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist. 11B zeigt die transiente Ansprechcharakteristik, die den EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, gezeigt in 9B, bezüglich des Restsignals, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist. Hier ist die Verzögerungszeit der Pumplichtenergieänderung bezüglich der Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen Null (der Fall, wo die Pumplichtenergie gleichzeitig geändert wird, wenn die Anzahl von Signalkanälen fluktuiert).
Wie aus diesen Messergebnissen ersehen werden kann, wird, während ein Überschreiten von 0,2 dB in dem EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm (siehe 11A) aufweist, erzeugt wird, im wesentlichen kein Überschreiten in dem EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm (siehe 11B) aufweist, erzeugt.
12A zeigt die Abhängigkeit einer transienten Energiefluktuation von der Verzögerungszeit, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, gezeigt in 9A, bezüglich jedes der Restsignale, die eine Wellenlänge aufweisen, die von 1531,7 nm bis 1561,4 nm reicht, wohingegen 12B die Abhängigkeit einer transienten Energiefluktuation von der Verzögerungszeit zeigt, die den optischen Verstärker betrifft, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, gezeigt in 9B, bezüglich jedes der Restsignale, die eine Wellenlänge aufweisen, die von 1531,7 nm bis 1561,4 nm reicht. In jeder der 12A und 12B zeigt die Verzögerungszeit an der Abszisse an, dass die Fluktuation in einer Pumplichtenergie früher als die Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen auftritt, wenn sie mit dem Minus-Zeichen ausgedrückt wird, und dass die Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen früher als die Fluktuation in der Pumplichtenergie auftritt, wenn sie mit dem Plus-Zeichen ausgedrückt wird. In 12A zeigen die Kurven G1010, G1020, G1030 und G1040 Energiefluktuationen bezüglich der Restsignale an, die Wellenlängen von 1531,7 nm, 1541,3 nm, 1551,7 nm bzw. 1561,4 nm aufweisen. In 12B zeigen die Kurven G2010, G2020, G2030 und G2040 die Energiefluktuationen bezüglich der Restsignale an, die Wellenlängen von 1531,7 nm, 1541,3 nm, 1551,7 nm bzw. 1561,4 nm aufweisen.
Aus den Ergebnissen der 12A und 12B kann ersehen werden, dass (a) die Erhöhung in einer Energiefluktuation, die durch die Erhöhung in einer Verzögerungszeit herbeigeführt wird, größer wird, wenn die Wellenlänge des Restsignals kürzer ist, wohingegen ein derartiges Phänomen nicht von der Wellenlänge des Pumplichts abhängt; (b) die transiente Energiefluktuation vollständig in dem EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, unterdrückt werden kann, wenn die Pumplichtenergie um einen erforderlichen Betrag gleichzeitig mit der Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen unterdrückt wird; (c) die transiente Energiefluktuation in dem EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, nicht vollständig unterdrückt werden kann, auch wenn die Pumplichtenergie um einen erforderlichen Betrag gleichzeitig mit der Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen geändert wird; (d) eine Möglichkeit vorhanden ist, dass die transiente Energiefluktuation unterdrückt werden kann, wenn die Fluktuations-Startzeit der Pumplichtenergie eingestellt wird, früher um ungefähr 2 μm aufzutauchen als die Zeit, wenn ein Signal das Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser über das Verzögerungsmedium erreicht, nachdem eine Änderung in der Anzahl von Kanälen erfasst wird; und so weiter.
Der oben erwähnte Punkt (a) rührt von der Tatsache her, dass das transiente Ansprechen schneller wird, wenn die Signalwellenlänge in EDFAs kürzer ist. Aus dem Ergebnis des oben erwähnten Punkts (b) kann ersehen werden, dass die transiente Energiefluktuation unterdrückt werden kann, wenn die Steuerschaltung durch eine AGC in dem EDFA vom co-ausbreitenden Typ, der eine Pumpwellenlänge von 1,48 μm aufweist, beschleunigt wird, wenn die Ansprechzeit in idealer Weise auf Null gesetzt ist (was dazu führt, dass die Ansprechzeit der Steuerschaltung Null ist, was dennoch unrealistisch ist). Aus den Ergebnissen der oben erwähnten Punkte (c) und (d) wird ersehen, dass, während die transiente Energiefluktuation in dem EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumpwellenlänge von 0,98 μm aufweist, nicht unterdrückt werden kann, auch wenn die Ansprechzeit des EDFA auf Null durch die AGC gesetzt ist, eine Möglichkeit besteht, dass eine transiente Energiefluktuation unterdrückt wird, wenn die Energiefluktuation des Eingangssignals vorhergesehen wird, und dann die Pumplichtenergie um ungefähr 2 μs früher gesteuert wird, als die Fluktuation in Signalkanälen an dem Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser auftritt.
Es wird angenommen, dass der voranstehende Unterschied in der Ansprechzeit des EDFA, der von der Pumplichtwellenlänge abhängt, aufgrund der Tatsache herrührt, dass, während der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumpwellenlänge von 0,98 μm aufweist, ein Zwei-Niveau-Typ ist, der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 1,48 μm aufweist, vom Drei-Niveau-Typ ist, und sein ⁴I_11/2-Niveau eine Relaxationszeit von etwa einigen μs aufweist.
Aufgrund der Ergebnisse der voranstehenden 11A bis 12B ist es erforderlich, dass der EDFA vom Co-Ausbreitungs-Pumptyp, der eine Pumplichtwellenlänge von 0,98 μm aufweist, die Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen vorhersagt, bevor ein Signal das Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser erreicht, und dann die Pumplichtenergie steuert.
Deswegen stellt, indem das Verzögerungsmedium benutzt wird, der optische Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung die Zeit von dem Zeitpunkt an ein, wenn die Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Signal das Eingangsende der optischen Verstärkungsfaser erreicht. 13A zeigt die transiente Ansprechcharakteristik eines EDFA als ein vergleichendes Beispiel, das erhalten wird, wenn das Verzögerungsmedium 32 von dem optischen Verstärker (EDFA), der in 5 gezeigt ist, entfernt ist, wohingegen 13B die transiente Ansprechcharakteristik eines EDFA zeigt, der die optische Monomodefaser, die eine Länge von 400 m aufweist, als das Verzögerungsmedium 32 einsetzt, bezüglich eines Restsignals, das eine Wellenlänge von 1551,7 nm aufweist. Hier legt die optische Monomodefaser, die eine Länge von 400 nm aufweist, die als das Verzögerungsmedium 32 eingesetzt wird, der Signalausbreitungszeit eine Verzögerung von ungefähr 2 μs auf.
Wie aus der 13A ersehen werden kann, tritt ein Überschreiten von ungefähr 0,2 dB in der Energiefluktuation des Ausgangssignals in dem EDFA auf, der kein Verzögerungsmedium aufweist. In dem EDFA, der eine optische Monomodefaser einschließt, die eine Länge von 400 m aufweist, tritt andererseits ein Unterschreiten von ungefähr 0,1 dB auf, wohingegen das Überschreiten auf ungefähr 0,1 dB unterdrückt wird, wie aus 13B ersehen werden kann. Folglich wird, obwohl sich die transiente Energiefluktuationsbreite nicht ändert, der maximale Energiefluktuationswert in dem EDFA, der eine optische Monomodefaser als das Verzögerungsmedium 32 einsetzt, abgesenkt. Deswegen kann, in Anbetracht der Tatsache, dass sich transiente Energiefluktuationen in einem optischen Kommunikationssystem, in welchem eine Mehrzahl optischer Verstärker auf eine Mehrfachstufen-Weise verbunden sind (siehe die Sun-Referenz), akkumulieren, ersehen werden, dass der optische Verstärker, der den maximalen Energiefluktuationswert auf einen niedrigen Wert drücken kann, obwohl die Energiefluktuationsbreite nicht geändert wird, geeigneter in dem optischen Kommunikationssystem eingesetzt wird, in welchem eine Mehrzahl optischer Verstärker auf eine Mehrfachstufen-Weise verbunden sind.
Vorzugsweise weist die optische Faser, die als das Verzögerungsmedium eingesetzt wird, eine niedrigere Dämpfung pro Länge auf. Dies liegt an der Tatsache, dass die Verschlechterung in der Rauscheigenschaft des optischen Verstärkers dadurch auf ein Minimum unterdrückt werden kann. Auch sind optische Fasern, in welchen die Erhöhung in einer Dämpfung, die durch die Biegungsdämpfung herbeigeführt wird, klein ist, für das Verzögerungsmedium geeignet sind. Dies liegt an der Tatsache, dass der optische Verstärker selbst kleiner ausgeführt werden kann, wenn die optische Faser, die eine niedrige Biegungsdämpfung aufweist, als das Verzögerungsmedium eingesetzt wird. Insbesondere kann ein optischer Verstärker, der eine niedrige Dämpfung und eine geringe Größe aufweist, verwirklicht werden, wenn eine reine Quarzkernfaser als das Verzögerungsmedium eingesetzt wird.
In dem EDFA, der eine Pumpwellenlänge von 1,48 μm aufweist, ist es, obwohl die transiente Energiefluktuation unterdrückt werden kann, wenn die Ansprechzeit der sogenannten Steuerschaltung auf Null gesetzt ist, wenn die Pumplichtenergie gleichzeitig mit der Fluktuation in der Anzahl von Signalkanälen geändert wird, für die Steuerschaltung sehr schwierig, die Ansprechzeit auf 1 μs oder weniger in der Praxis zu verkürzen. Wenn dem Signal durch das Verzögerungsmedium eine beträchtliche Verzögerungszeit auferlegt wird, kann die Energiefluktuation der Ausgangssignale effektiv unterdrückt werden, und die Ansprechzeit der Steuerschaltung kann abgemildert werden, auch in einem derartigen EDFA, der eine Pumpwellenlänge von 1,48 μm aufweist.
Da sich Fluktuationen in der Signalenergie in einem optischen Kommunikationssystem akkumulieren, in welchem eine Mehrzahl optischer Verstärker auf eine Mehrfachstufen-Weise verbunden sind, kann die Fluktuation einer Signalenergie pro Stufe kleiner ausgeführt werden, wenn der optische Verstärker, der das Verzögerungsmedium einsetzt, in der vorderen Stufe der optischen Verstärkungsfaser in einem derartigen optischen Kommunikationssystem verwendet wird, in welchem eine Mehrzahl optische Verstärker auf eine Mehrfachstufen-Weise verbunden sind, oder einem optischen Kommunikationssystem, das einen Lichtmultiplexierungs-/Dempultiplexierungs-Aufbau wie etwa OADM, OXC oder dergleichen aufweist.
Wie in dem Voranstehenden kann, da ein Verzögerungsmedium, das eine Einfügungsdämpfung von 3 dB oder weniger aufweist, der optischen Verstärkungsfaser vorgeschaltet angeordnet ist, um so eine Vorwärtssteuerung zu ermöglichen, die den Unterschied zwischen der Zeitgebung zum Erfassen von Energiefluktuationen in Eingangssignalen und der Zeitgebung zum Starten der Pumplicht-Energiesteuerung verringert, zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung effektiv verhindern, das transiente Energiefluktuationen in verstärkten Signalen, die aus der optischen Verstärkungsfaser ausgegeben werden, aufgrund des oben erwähnten Unterschieds auftreten. Da die Einfügungsdämpfung des Verzögerungsmediums 3 dB oder weniger ist, ist sie auch beim Verbessern der Rauschzahl in dem optischen Verstärker effektiv.
Weiter ist der optische Verstärker beim ausreichenden Unterdrücken transienter Energiefluktuationen der Ausgangssignale, die aus dem optischen Verstärker ausgegeben werden, effektiv, indem die Verzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium herbeigeführt wird, in Abhängigkeit von der Pumplichtwellenlänge geeignet eingestellt wird.
Aus der somit beschriebenen Erfindung wird es offensichtlich sein, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf viele Weisen variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Umfang der Erfindung zu betrachten, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche derartige Modifikationen, wie sie Durchschnittsfachleuten offensichtlich sind, in den Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims

Optischer Verstärker (10; 20; 30; 40; 50), der an einer optischen Übertragungsleitung angeordnet ist, durch welche sich eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Wellenlängenband eingeschlossen sind, ausbreiten, wobei der optische Verstärker umfasst: eine erste Verzweigungsvorrichtung (11a; 21a; 31a; 41; 51a) zum Abzapfen eines Lichtanteils, der die Signale einschließt, die sich durch die optische Übertragungsleitung ausbreiten; eine erste Lichtempfangsvorrichtung (15; 25; 35; 44, 55) zum Erfassen einer Energie des Lichtteils, der von der ersten Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist; eine optische Verstärkungsfaser (13; 23; 33; 43a,b,c; 53) zum Verstärken der Signale; eine Pumplichtquelle (16; 26; 36; 56) zum Zuführen von Pumplicht einer vorbestimmten Wellenlänge zu der optischen Verstärkungsfaser; ein Verzögerungsmedium (12; 22, 32; 42; 52), das zwischen der ersten Verzweigungsvorrichtung und der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist; und ein Steuersystem (17; 27; 37; 45; 57), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem zum Ausführen einer automatischen Verstärkungssteuerung ausgelegt ist, um die Verstärkung des optischen Verstärkers konstant zu halten, wobei das Steuersystem die Pumplichtquelle durch ein Überwachen der Energie des Lichtteils, das von der ersten Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird, über die erste Lichtempfangsvorrichtung steuert, und eine Energie der Pumplichtquelle in Übereinstimmung mit einer Energiefluktuation des abgezapften Lichtteils regelt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium (12; 22; 32; 42; 52) eine Signalverzögerungszeit vorgibt, die identisch zu oder länger als eine Ansprechzeit des Steuersystems (17; 27; 37; 45; 57) von dann, wenn die Energiefluktuation erfasst wird, bis dann, wenn die Steuerung der Pumplichtquelle gestartet wird, ist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine Einfügungsdämpfung von 3 dB oder weniger aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine Signalverzögerungszeit von zumindest 1 μs, aber nicht länger als 50 μs bereitstellt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine optische Monomode-Faser einschließt, die eine Länge von zumindest 0,2 km, aber nicht länger als 10 km aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 5, wobei das Verzögerungsmedium eine dispersionsverschobene optische Faser einschließt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 5, wobei das Verzögerungsmedium eine dispersionskompensierende optische Faser einschließt, die zwischen der optischen Monomode-Faser und der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine Signalverzögerungszeit länger als eine Ansprechzeit des Steuersystems von dann, wenn die Energiefluktuation erfasst wird bis dann, wenn die Steuerung der Pumplichtquelle gestartet wird, bereitstellt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 8, wobei das Pumplicht, das von der Pumplichtquelle zugeführt wird, eine Wellenlänge von 0,98 μm aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 9, wobei die Signalverzögerungszeit, die durch das Verzögerungsmedium gegeben ist, derart eingestellt ist, dass hinsichtlich einer transienten Fluktuation einer Verstärkung in dem optischen Verstärker, die durch eine Energiefluktuation in einem Licht, das die Signale einschließt, bezüglich einer Zielverstärkung hervorgerufen wird, die Verstärkung einen Überschreitungsbetrag und einen Unterschreitungsbetrag liefert, die im wesentlichen identisch zueinander sind.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine Signalverzögerungszeit im wesentlichen identisch zu einer Ansprechzeit des Steuersystems von dann, wenn die Energiefluktuation erfasst wird bis dann, wenn die Steuerung der Pumplichtquelle gestartet wird, bereitstellt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 11, wobei das Pumplicht, das von der Pumplichtquelle zugeführt wird, eine Wellenlänge von 1,48 μm aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Verzögerungsmedium eine Signalverzögerungszeit länger als eine Abtastzeit bereitstellt, in welcher das Steuersystem den Lichtteil, der von der ersten Verzweigungsvorrichtung abgezapft ist, überwacht.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem eine automatische Verstärkungssteuerung durch Benutzung eines linearen Ausdrucks P_P = a·P_IN + b ausführt (wobei a und b Konstanten sind), der eine Beziehung zwischen der Energie P_IN des Lichtteils, der durch die erste Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird, und der Energie P_P des Pumplichts, das aus der Pumplichtquelle ausgegeben wird.
Optischer Verstärker nach Anspruch 14, weiter umfassend einen Spektrumanalysator (28) zum Überwachen einer Signalverteilung innerhalb des Signalwellenlängenbands an einem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser.
Optischer Verstärker nach Anspruch 15, wobei das Steuersystem eine Signalverteilung innerhalb des Signalwellenlängenbands an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser erfasst, und die Konstanten a und b in dem linearen Ausdruck, der für eine automatische Verstärkungssteuerung verwendet wird, aktualisiert.
Optischer Verstärker nach Anspruch 14, wobei das Steuersystem die Konstanten a und b in dem linearen Ausdruck aktualisiert, der für eine automatische Verstärkungssteuerung durch ein Erfassen eines Verstärkungsfaktors (P_OUT/P_IN) benutzt wird, der durch das Verhältnis zwischen der optischen Energie P_OUT an dem Ausgangsende der optischen Verstärkungsfaser und der Energie P_IN des Lichtteils, der durch die Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird, gegeben ist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine zweite Verzweigungseinrichtung (31c) zum Abzapfen eines Teils eines verstärkten Lichts, das durch die optische Verstärkungsfaser (33) transmittiert wird, und eine zweite Lichtempfangsvorrichtung (38) zum Erfassen einer Energie des Lichtteils, der von der zweiten Verzweigungsvorrichtung abgezapft wird; wobei das Steuersystem (37) jeweilige Energien von Lichtteilen, die durch die ersten und zweiten Verzweigungsvorrichtungen abgezapft werden, überwacht und die Pumplichtquelle (36) so steuert, um eine Energie der Pumplichtquelle gemäß den Ergebnissen einer Erfassung zu regeln, die von den ersten und zweiten Lichtempfangsvorrichtungen erhalten werden.
Optisches Kommunikationssystem, das eine Mehrzahl von optischen Verstärkern einschließt, wobei zumindest einer davon einen Aufbau identisch zu jenem des optischen Verstärkers gemäß Anspruch 1 aufweist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 19, wobei das optische Kommunikationssystem einen Aufbau umfasst, um entweder eine Verzweigungsfunktion des Anzapfteils der multiplexierten Signale, die sich durch eine Übertragungsleitung ausbreiten, durch eine Signalkanaleinheit oder eine Einfügungsfunktion eines Aussendens einer vorbestimmten Wellenlänge von Signalen oder multiplexierten Signalen zu einer Übertragungsleitung durch eine Signalkanaleinheit zu ermöglichen.
Optisches Fasermodul in Kombination mit einem optischen Verstärker nach Anspruch 1, wobei das optische Fasermodul umfasst: eine optische Monomode-Faser (100), die ein erstes Ende, das an ein Ausgangsende einer optischen Übertragungsleitung thermisch zu spleißen ist, über welche sich eine Mehrzahl von Kanälen von Signalen, die in einem vorbestimmten Signalwellenlängenband eingeschlossen sind, ausbreiten, und ein zweites Ende gegenüberliegend zu dem ersten Ende aufweist, wobei die optische Monomode-Faser einen Teil der optischen Übertragungsleitung ausbildet; eine Verzögerungsfaser (110), die ein Verzögerungsmedium umfasst und ein erstes Ende thermisch gespleißt an das zweite Ende der optischen Monomode-Faser und ein zweites Ende gegenüberliegend zu dem ersten Ende umfasst; eine optische Verstärkungsfaser (120), die eine optische Verstärkungsfaser umfasst, die ein erstes Ende thermisch gespleißt an das zweite Ende der Verzögerungsfaser (110) und ein zweites Ende gegenüberliegenden zu dem ersten Ende aufweist; einen ersten Faserkoppler (150), der die erste Verzögerungsvorrichtung umfasst, die in der Nähe eines verschmolzenen Teils zwischen dem zweiten Ende der optischen Monomode-Faser und dem ersten Ende der Verzögerungsfaser angeordnet ist; und einen zweiten Faserkoppler (160), der in der Nähe eines verschmolzenen Teils zwischen dem zweiten Ende der Verzögerungsfaser und dem ersten Ende der optischen Verstärkungsfaser angeordnet ist.