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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein bidirektionales optisches
Verstärkermodul
(OAM) zum Kompensieren eines optischen Signalverlustes, der durch
optische Fasern oder optische Komponenten in einem optischen Sendesystem
verursacht wird, und insbesondere auf ein bidirektionales Mehrstufen-OAM,
das in der Lage ist, die unerwünschten Mehrfachreflexionen
in einem optischen Kommunikationssystem zu unterdrücken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einem bidirektionalen optischen Sendesystem werden ein oder mehrere
multiplexierte optische Signale in der entgegengesetzten Richtung über eine
Lichtleitfaser gesendet. Als solches hat dieser Typ eines bidirektionalen
Sendesystems die Vorteile, dass er einen effizienten Weg zur Nutzung
von Lichtleitfasern bereitstellt, um die Sendekapazität zu erhöhen und
die optische Nichtlinearität
in einer Lichtleitfaser zu verringern. Eine Beeinträchtigung optischer
Signale kann jedoch aus dem mehrfach reflektierten Licht resultieren,
das durch die Rayleigh-Rückstreuung
in der Lichtleitfaser und die optische Reflexion in den optischen
Elementen erzeugt wird. Finden die optischen Verstärker Verwendung, kann
eine weitere Beeinträchtigung
optischer Signale infolge der Verstärkung des reflektierten Lichtes
auftreten. Um die Beeinträchtigung
optischer Signale zu minimieren, ist es erforderlich, die Verstärkung der optischen
Verstärker
zu begrenzen. Somit ist es erwünscht,
einen optischen Verstärker
zu verwenden, der in der Lage ist, effizient optische Signale zu
verstärken,
während
er die Mehrfachreflexion der optischen Signale unterdrückt.
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1a bis 1d sind
schematische Darstellungen, die das OAM darstellen, das bei den
herkömmlichen
bidirektionalen optischen Sendesystemen verwendet werden. Die optischen
Verstärkermodule,
die in 1a bis 1d dargestellt
sind, bieten unterschiedliche Konfigurationen zur Unterdrückung des
mehrfach reflektierten Lichtes.
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Die
Konfiguration des bidirektionalen OAM, das in 1a dargestellt
ist, ist im US-Patent
No. 5.815.308 (mit dem Titel "Bi-directional
Optical Amplifier) beschrieben. Wie in 1a gezeigt,
ist ein in der Frequenz abstimmbarer Reflexionsdämpfer (FTRA) 110 zwischen
die bidirektionalen optischen Verstärker BOA1 und BOA2 geschaltet,
um die Mehrfachreflexionen optischer Signale zu unterdrücken. Der
FTRA 110 enthält
einen direktionalen Koppler (DC), zwei optische Bandpassfilter (OBPF) 112a und 112b,
die jeweils unterschiedliche Passbänder haben, und zwei Isolatoren 114a und 114b.
Die Funktion des FTRA 110 besteht darin, das reflektierte
Licht, das durch die Isolatoren 114a und 114b oder
die OBPF 112a oder 112b verursacht wird, zu dämpfen. Jeder
der bidirektionalen optischen Verstärker BOA1 und BOA2 enthält einen
erbiumdotierten Faserverstärker
(EDF), eine Pumplaserdiode (Pump-LD) und einen Wellenlängen-Teilungsmultiplexer
(WDM), um dem EDF gepumptes Licht zuzuführen.
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Die
Konfiguration des bidirektionalen OAM, der in 1b dargestellt
ist, ist von C. H. Kim und Y. C. Chung in 2,5 Gb/s × 16-Channel
Bi-directional WDM Transmission Systems Using Bi-directional Erbium-doped
Fiber Amplifier Based on Spectrally-Interleaved-Synchronized Etalon
Filters, IEEE Photon. Technol. Lett., Ausgabe. 11, No. 6, Seite
744–747, Juni
1999 beschrieben. Das Modul enthält
zwei zweistufige unidirektionale Verstärker, die durch optische Zirkulatoren
(Cir) miteinander gekoppelt sind. Bei diesem Modul wird die Unterdrückung mehrfach
reflektierten Lichtes mit Hilfe der optischen Zirkulatoren zusammen
mit synchronisierten Etalonfasern unterschiedlicher Passbänder erreicht,
die jeweils an der Mittelstufe des zugehörigen zweistufigen unidirektionalen
Verstärkers
zwischen zwei EDF angeordnet sind, die im zweistufigen unidirektionalen
Verstärker enthalten
sind.
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Die
Konfiguration des bidirektionalen OAM, des in 1c dargestellt
ist, ist in S. Radic, A. Srivastava, T. Nielsen, J. Centanni und
C. Wolf, 25 GHz Interleaved Bidirectional transmission at 10 Gb/s,
in Proc. Optical Amplifier and Their Applications' 2000, PD7, 2000
beschrieben. Das Modul enthält
zwei zweistufige unidirektionale Verstärker, die durch Wellenlängen-Verschachtelungseinrichtungen
(IL) miteinander gekoppelt sind. Bei diesem Modul wird die Unterdrückung mehrfach
reflektierten Lichtes durch die Wellenlängen-Verschachtelungseinrichtungen zusammen
mit Isolatoren erreicht, die jeweils an den unidirektionalen optischen
Verstärkern
(UOA) vorgesehen sind, die in jedem der zweistufigen unidirektionalen
Verstärker
enthalten sind.
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Die
Konfiguration des bidirektionalen OAM, das in 1d dargestellt
ist, ist im. US-Patent
No. 6.018.408 (mit dem Titel "Bi-directional
Optical Telecommunication System Comprising a Bidirectional Optical
Amplifier) beschrieben. Bei diesem Modul werden optische Wellen,
die sich bidirektional ausbreiten, voneinander durch wellenlängenselektive Koppler
(WSC) getrennt und anschließend
mit einem weiteren WSC miteinander gekoppelt, so dass sie sich in
derselben Richtung ausbreiten können.
Das resultierende Signal wird anschließend durch einen unidirektionalen
optischen Verstärker
verstärkt.
Der Ausgang aus dem unidirektionalen optischen Verstärker wird
durch einen weiteren WSC in zwei Signale aufgeteilt, die jeweils
unterschiedlichen WSC zugeführt
werden, so dass sie sich bidirektional ausbreiten. Dieser Vorgang
ist durch einen Punklinienpfeil in 1d dargestellt.
Das optische Signal durchläuft
zunächst
einen ersten WSC 141. Das optische Signal, das aus dem
ersten WSC 141 austritt, wird von einem zweiten WSC 142 reflektiert
und anschließend
einem unidirektionalen optischen Verstärker 150 zugeführt. Das
optische Signal, das aus dem optischen unidirektionalen Verstärker 150 ausgegeben
wird, wird von einem dritten WSC 143 reflektiert und anschließend zu
einem vierten WSC 144 gesendet, der es ermöglicht,
dass sich das optische Signal in der rechten Richtung ausbreitet.
Bei diesem Modul wird die Unterdrückung mehrfach reflektierten
Lichtes mit den WSC zusammen mit einem Isolator erreicht, der am
unidirektionalen optischen Verstärker angeordnet
ist.
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Wenn
es gewünscht
wird, die Bitrate des Kanals oder die Zahl multiplexierter Kanäle für eine Zunahme
der Kapazität
eines bidirektionalen optischen Sendesystems zu erhöhen, sollten
ein Dispersionskompensationsfilter (DCF) und ein Verstärkungsglättungsfilter
verwendet werden. Im allgemeinen sind derartige Elemente an der
Mittelstufe eines optischen Mehrstufenverstärkers angeordnet, um eine Verringerung
des Signalrauschabstandes zu minimieren. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten,
derartige Elemente in den herkömmlichen
OAM, wie sie in 1 bis 1d gezeigt
sind, unterzubringen.
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Beispielsweise
können,
wie es in 1a dargestellt ist, optische
Signale, die sich bidirektional ausbreiten, gleichzeitig durch jeden
der bidirektionalen optischen Verstärker BOA1 und BOA2 verstärkt werden.
Wenn jedoch eine Dispersionskompensationsfaser verwendet wird, die
eine erhöhte
Rayleigh-Rückstreuung
aufweist, ist es notwendig eine Dispersionskompensationsfaser am
FTRA 110 vorzusehen. Das heißt, separate Mittelstufenelemente müssen für die jeweiligen
Ausbreitungsrichtungen optischer Signale verwendet werden. Darüber hinaus können, da
die bidirektionalen optischen Verstärker BOA1 und BOA2, die beim
optischen Verstärkermodul
verwendet werden, ohne Verwendung eines Isolators ausgebildet sind,
eine unerwünschte
Laserausstrahlung oder andere instabile Phänomene auftreten. Für den OAM
von 1b oder 1c werden separate
zweistufige unidirektionale optische Verstärker für die jeweiligen Ausbreitungsrichtungen
optischer Signale verwendet. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit,
separate Mittelstufenelemente für
die jeweiligen Ausbreitungsrichtungen optischer Signale zu verwenden.
Obwohl es weiterhin, wie es in 1d gezeigt
ist, möglich
ist, die sich bidirektional ausbreitenden optischen Signale zu verstärken, während eine
Kompensation für
die Farbdispersion erreicht wird, können die Signale infolge der Nichtlinearität des DCF
beeinträchtigt
werden, da die sich bidirektional ausbreitenden optischen Signale
im DCF in derselben Richtung gesendet werden. Wie es oben erwähnt wurde,
ist die bidirektionale optische Sendetechnik für die bidirektionale Sendung
optischer Signale unter Verwendung einer einzigen Lichtleitfaser
ein effizientes Schema, um die Kapazität eines optischen Sendesystems
oder eines optischen Kommunikationsnetzwerks durch eine einzige Lichtleitfaser
zu erhöhen.
Bei dieser Technik gibt es jedoch das Problem, dass das optische
Sendesystem oder das optische Kommunikationsnetzwerk eine begrenzte
Leistungsfähigkeit
infolge der Mehrfachbrechung optischer Signale haben kann, die durch
Rayleigh-Rückstreuung
oder unterschiedliche Reflexionen verursacht wird, die in der Lichtleitfaser auftreten.
Insbesondere wenn beim optischen Sendesystem oder dem optischen
Kommunikationsnetzwerk ein optischer Verstärker verwendet wird, wird die
Verstärkung
oder Akkumulation mehrfach reflektierten Lichtes erzeugt. Infolgedessen
ist die Verstärkung
des optischen Verstärkers
begrenzt.
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EP10088239 beschreibt eine
Vorrichtung zum Hinzufügen
und Auslassen optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen in
einen oder aus einem optischen Weg und ein Verfahren zum Einfügen und/oder
Extrahieren optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen in
einen oder aus einem optischen Weg.
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EP0296848 A2 beschreibt
einen optischen Verstärker
für ein
bidirektionales optisches WDM-Kommunikationssystem, enthaltend eine
Anordnung von Multiplexern mit unidirektionalen Armen, die zwischen
zwei bidirektionalen Verstärkungsstufen
angeordnet sind.
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US 6.480.312 beschreibt
ein Dispersionskompensationssystem, das für die bidirektionale optische
Kommunikation unter Verwendung der Wellenlängenteilungs-Multiplexiersendung
verwendet wird. Signallicht durchläuft bidirektional eine Signallichtleitfaser,
die eine bidirektional arbeitende Dispersionskompensationsfaser
enthält.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die oben beschriebenen Probleme und ermöglicht zusätzliche Vorteile durch Angeben
eines bidirektionalen optischen Verstärkermoduls nach Anspruch 1, das
in der Lage ist, eine erhöhte
Verstärkung
zu erzielen, während
die Mehrfachreflexion unterdrückt wird,
die durch interne optische Komponenten verursacht wird.
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Ein
Aspekt der Erfindung besteht darin, ein bidirektionales optisches
Verstärkermodul
anzugeben, das einen kostengünstigen
Aufbau hat.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, einen bidirektionalen
optischen Verstärker
anzugeben, der in der Lage ist, eine Nichtlinearität in einer
Dispersionskompensationsfaser zu verhindern, während eine Stabilität in der
Dispersionskompensationsfaser erreicht wird.
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Diese
Aspekte der Erfindung werden mit einem bidirektionalen optischen
Verstärkermodul
gemäß Anspruch
1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
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1a bis 1d sind
schematische Darstellungen, die die herkömmlichen optischen Verstärkermodule
zeigen, die bei bidirektionalen optischen Sendesystemen verwendet
werden;
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein bidirektionales optisches Verstärkermodul
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3a bis 3d sind
schematische Ansichten, die jeweils unterschiedliche Konfigurationen eines
wellenlängenselektiven
Kopplers aus 2 zeigen;
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4 ist
eine schematische Darstellung der Erzeugung eines Rauschweges für Rauschen
relativer Intensität,
das durch die Mehrfachreflexion aus 2 verursacht
wird.
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5a bis 5e zeigen
die bidirektionalen optischen Verstärkermodule gemäß jeweils
unterschiedlicher anderer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Darstellung, die das bidirektionale optische Verstärkermodul
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines optischen Verstärkermoduls
zeigt, das in einem bidirektionalen optischen Sendesystem verwendet
wird, wobei das Modul Merkmale der vorliegenden Erfindung hat.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der folgenden Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung
anstelle der Beschränkung spezielle
Details, wie etwa die einzelne Architektur, die Schnittstellen,
Techniken und dergleichen Beschrieben, um ein umfassendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
Aus Gründen der
Einfachheit und Klarheit, wird auf detaillierte Beschreibungen hinlänglich bekannter
Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren verzichtet, um so die Beschreibung
der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Details undeutlich zu
machen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist das bidirektionale optische
Verstärkermodul
(OAM) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 2 gezeigt,
empfängt
das OAM an seinem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1 ein optisches
Abwärtssignal,
das sich von links nach rechts ausbreitet, während es ein Aufwärtssignal ausgibt,
das sich von rechts nach links in einem verstärkten Zustand ausbreitet. Das
OAM empfängt
zudem an seinem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss P2 das optische
Aufwärtssignal,
während
es das optische Abwärtssignal
in einem verstärkten
Zustand ausgibt.
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Das
Abwärtssignal,
das in den ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1 eingegeben wird, wird
von einem ersten unidirektionalen optischen Verstärker UOA1
verstärkt,
nachdem es einen ersten wellenlängenselektiven
Koppler WSC1 durchlaufen hat. Das verstärkte Abwärtssignal wird einer Mittelstufenvorrichtung 211 zugeführt, nachdem
es einen ersten Zirkulator Cir1 durchlaufen hat. Anschließend wird
das Abwärtssignal,
das aus der Mittelstufenvorrichtung 211 aus tritt, von einem
dritten unidirektionalen optischen Verstärker UOA3 verstärkt, nachdem es
einen zweiten Zirkulator Cir2 durchlaufen hat, und schließlich am
zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss P2 ausgegeben, nachdem es einen
zweiten wellenlängenselektiven
Koppler WSC2 durchlaufen hat.
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Andererseits
wird das Aufwärtssignal,
das in den zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss
P2 eingegeben wird, von einem zweiten unidirektionalen optischen
Verstärker
UOA2 verstärkt,
nachdem es den zweiten wellenlängenselektiven
Koppler WSC2 durchlaufen hat. Das verstärkte Aufwärtssignal wird der Mittelstufenvorrichtung 211 zugeführt, nachdem es
den zweiten Zirkulator Cir2 durchlaufen hat. Anschließend wird
das Aufwärtssignal,
das aus der Mittelstufenvorrichtung 211 austritt, von einem
vierten unidirektionalen optischen Verstärker UOA4 verstärkt, nachdem
es den ersten Zirkulator Cir1 durchlaufen hat, und schließlich am
ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1 ausgegeben, nachdem es den ersten
wellenlängenselektiven
Koppler WSC1 durchlaufen hat.
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Die
Mittelstufenvorrichtung 211, die im optischen Verstärkermodul
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten ist, kann eine Dispersionskompensationsfaser,
ein Faserverstärkungsglättungselement,
eine Bandsperre für
verstärkte
stimulierte Emission (ASE), die dazu eingerichtet ist, die Akkumulation
von Rauschen in einem optischen Verstärker zu unterdrücken, oder
einen variablen Dämpfer beinhalten,
der dazu eingerichtet ist, die Leistung optischer Signale zu steuern.
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Daneben
können
die unidirektionalen optischen Verstärker UOA1, UOA2, UOA3 und UOA4
optische Halbleiterverstärker,
unterschiedliche unter Verwendung von Erbium (Er), Praseodymium
(Pr) oder Thulium (Tm) seltenerddotierte Faserverstärker oder
Raman-Verstärker
enthalten. Ein optischer Isolator kann in derartigen optischen Verstärkern enthalten
sein, um optische Signale zu verstärken, die sich unidirektional
ausbreiten.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, enthält jeder der wellenlängenselektiven
Koppler WSC1 und WSC2 einen gemeinsamen Anschluss a der mit einem
zugehörigen
der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse
P1 und P2 verbunden ist, einen Ausgangsanschluss b, der mit dem
Eingangsanschluss eines zugehörigen des
ersten und des zweiten unidirektionalen optischen Verstärkers UOA1
und UOA2 verbunden ist, und einen Eingangsanschluss c der mit dem
Ausganganschluss eines zugehörigen
des dritten und vierten unidirektionalen optischen Verstärkers UOA3 und
UOA4 verbunden ist. Bei jedem der wellenlängenselektiven Kopplern WSC1
und WSC2 werden optische Signale einer spezifischen Wellenlänge zwischen
dem gemeinsamen Anschluss a und dem Ausgangsanschluss b gesendet,
während
optische Signale anderer Wellenlängen
als den spezifischen Wellenlängen
zwischen dem gemeinsamen Anschluss a und dem Eingangsanschluss c
gesendet werden.
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Wellenlängen optischer
Signale, die bidirektional im optischen Verstärkermodul gesendet werden können, das
in 2 dargestellt ist, werden gemäß den Signalsendeeigenschaften
der wellenlängenselektiven
Koppler bestimmt, die im optischen Verstärkermodul verwendet werden.
Die Wellenlängen
der optischen Signale, die durch die wellenlängenselektiven Koppler gesendet
werden, können voneinander
bandteilungsartig oder in wellenlängenverschachtelter Art und
Weise unterschieden werden. In Übereinstimmung
mit dem Bandteilungsverfahren werden die Wellenlängen von Abwärts- und Aufwärtssignalen,
die in entgegengesetzten Richtungen gesendet werden, in unterschiedlichen
Bändern angeordnet.
In Übereinstimmung
mit dem Wellenlängenverschachtelungsverfahren
werden die Wellenlängen
von Abwärts-
und Aufwärtssignalen,
die in entgegengesetzten Richtungen gesendet werden, alternierend
in verschachtelter Art und Weise angeordnet, während sei einander benachbart
sind.
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Nun
wird der Aufbau und der Betrieb des wellenlängenselektiven Kopplers im
Detail in Verbindung mit 3a bis 3d beschrieben. 3a zeigt
ein Beispiel eines wellenlängenselektiven Kopplers,
der so aufgebaut ist, dass er bidirektionale Signale, die in bandteilungsartig
angeordnet sind, trennt/koppelt. Dieser wellenlängeselektive Koppler wird in
dem Fall verwendet, in dem optische Signale, die zwischen einem
gemeinsamen Anschluss a und einem Ausgangsanschluss b sowie zwischen
dem gemeinsamen Anschluss a und einem Eingangsanschluss c gesendet
werden können,
Wellenlängen haben,
die in unterschiedlichen Bändern
angeordnet sind. Ein repräsentatives
Beispiel eines derartigen wellenlängenselektiven Kopplers ist
ein Wellenlängenteilungs-Multiplexer
(WDM).
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Ein
derartiger wellenlängenselektiver
Koppler, der bidirektionale Signale trennen/koppeln kann, die in
bandteilungsartig angeordnet sind, wie er in 3a gezeigt
ist, kann unter Verwendung eines Zirkulators und zweier Bandpassfilter
eingesetzt werden, wie es in 3b gezeigt
ist. Die Bandpassfilter, die in diesem Fall verwendet werden, haben
entgegengesetzte Passbänder
bzw. entgegengesetzte Sperrbänder.
Das heißt
der wellenlängenselektive Koppler
enthält
einen Zirkulator Cir mit einem Eingangsanschluss c, einem Ausgangsanschluss
b und einem gemeinsamen Anschluss a; ein erstes Bandpassfilter BF1,
das einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss hat, um
ein optisches Signal eines spezifischen Wellenlängenbandes zu senden, während die
optischen Signale anderer Wellenlängenbänder gesperrt werden; und ein
zweites Bandpassfilter BF2, das einen Eingangsanschluss und einen
Ausgangsanschluss mit einem Passband und einem Sperrband hat, die
jenen des ersten Bandpassfilters BF1 entgegengesetzt sind. Der Zirkulator
Cir ist an seinem Ausgangsanschluss b mit dem Eingangsanschluss
des ersten Bandpassfilters BF1 verbunden, während er an seinem Eingangsanschluss
c mit dem Ausgangsanschluss des zweiten Bandpassfilters BF2 verbunden
ist.
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3c zeigt
ein Beispiel eines wellenlängenselektiven
Kopplers, der derart aufgebaut ist, dass er bidirektionale Signale,
die wellenlängenverschachtelt
angeordnet sind trennt/koppelt. Dieser wellenlängenselektive Koppler wird
für den
Fall verwendet, dass optische Signale, die zwischen einem gemeinsamen
Anschluss a und einem Ausgangsanschluss b sowie einem gemeinsamen
Anschluss a und einem Eingangsanschluss c gesendet werden können, Wellenlängen aufweisen,
die alternierend wellenlängenverschachtelt
angeordnet sind, während
sie einander benachbart sind. Ein repräsentatives Beispiel eines derartigen
wellenlängenselektiven Kopplers
ist eine Wellenlängen-Verschachtelungseinrichtung.
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Ein
derartiger wellenlängenselektiver
Koppler, der bidirektionale Signale trennen/koppeln kann, die Wellenlängen aufweisen,
die verschachtelt angeordnet sind, kann unter Verwendung eines Zirkulators
und zweier Kammfilter verwendet werden, wie es in 3d gezeigt
ist. Die Bandpassfilter, die in diesem Fall Verwendung finden, haben
Passbänder,
die sich in einem konstanten Intervall wie derholen, während sie über absolute
Werte verfügen,
die voneinander jeweils um ein halbes Intervall beabstandet sind. Das
heißt
der wellenlängenselektive
Koppler enthält: einen
Zirkulator, der einen Eingangsanschluss c, einen Ausgangsanschluss
b und einen gemeinsamen Anschluss a hat; ein erstes Kammfilter CF1,
das über einen
Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss mit Passbändern oder
Sperrbändern
verfügt, die
sich in einem gewünschten
Intervall wiederholen; und ein zweites Kammfilter CF2, das ein Sperrband/Passband
entsprechend dem Passband/Sperrband des ersten Kammfilters CF1 hat.
Der Zirkulator Cir ist an seinem Ausgangsanschluss b mit dem Eingangsanschluss
des ersten Kammfilters CF1 verbunden, während er an seinem Eingangsanschluss
c mit dem Ausgangsanschluss des zweiten Kammfilters CF2 verbunden
ist.
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4 zeigt
einen Erzeugungsweg des Rauschens relativer Intensität (RIN),
das durch Mehrfachreflexion im bidirektionalen optischen Verstärkermodul
von 2 erzeugt wird. Wenngleich der RIN-Erzeugungsweg,
der in 4 gezeigt ist, lediglich Abwärtssignalen zugeordnet ist,
gibt es einen ähnlichen
RIN-Erzeugungsweg, der Aufwärtssignalen
zugeordnet ist. In 4 stehen "R1" und "R2" für Reflexionsvermögen der
Sendelichtleitfaser, die jeweils an zwei Eingangs-/Ausgangsanschlüssen P1 und
P2 gemessen werden. Die Sendelichtleitfaser beinhaltet die Reflexion
des Lichtes, die durch die Rayleigh-Rückstreuung verursacht wird.
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Es
gibt zwei Erzeugungswege des Rauschens relativer Intensität, das hauptsächlich im
bidirektionalen optischen Sendesystem erzeugt wird, bei dem das
optische Verstärkermodul
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Rauschen relativer Intensität, das entlang
eines ersten RIN-Erzeugungsweges erzeugt wird, d.h. ein erstes Rauschen relativer
Intensität
RIN1, wird durch die Reflexion des Lichtes verursacht, die in der
Sendelichtleitfaser verursacht wird, die mit der linken Seite des
bidirektionalen optischen Verstärkermoduls
und der Mittelstufenvorrichtung 211 verbunden ist. Auf
diesem Weg wird das Abwärtssignal,
das in die Mittelstufenvorrichtung 211 eingegeben wird,
teilweise reflektiert. Das reflektierte Signal wird durch den vierten
unidirektionalen optischen Verstärker
UOA4 verstärkt,
vom ersten wellenlängenselektiven
Koppler WSC1 kreuzend aufgenommen, bei einem Reflexionsvermögen R1 in der
Sendelichtleitfaser erneut re flektiert und mit dem Abwärtssignal
kombiniert. Infolgedessen wird Rauschen relativer Intensität erzeugt.
Das Rauschen relativer Intensität,
das auf diesem Weg erzeugt wird, wird einmal vom ersten wellenlängenselektiven Koppler
WSC1 gedämpft.
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Rauschen
relativer Intensität,
das entlang eines zweiten RIN-Erzeugungsweges erzeugt wird, d.h.
eine zweites Rauschen relativer Intensität RIN2, wird durch die Reflexion
des Lichtes erzeugt, die in der Mittelstufenvorrichtung 211 und
der Sendelichtleitfaser, die mit der rechten Seite des bidirektionalen optischen
Verstärkermoduls
verbunden ist, auftritt. Auf diesem Weg wird das Abwärtssignal
bei einem Reflexionsvermögen
R2 in der Sendelichtleitfaser reflektiert. Das reflektierte Signal
wird vom zweiten wellenlängenselektiven
Koppler WSC2 kreuzend aufgenommen, vom zweiten unidirektionalen
optischen Verstärker
UOA2 verstärkt,
von der Mittelstufenvorrichtung 211 erneut reflektiert
und mit dem Abwärtssignal
kombiniert. Infolgedessen wird Rauschen relativer Intensität erzeugt.
Das Rauschen relativer Intensität,
das auf diesem Weg erzeugt wird, wird einmal durch den zweiten wellenlängenselektiven
Koppler WSC2 gedämpft.
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Somit
wird das Rauschen relativer Intensität, das entlang unterschiedlicher
Wege im bidirektionalen optischen Sendesystem erzeugt wird, in dem
das optische Verstärkermodul
gemäß der vorliegenden Erfindung
Verwendung findet, durch die wellenlängenselektiven Koppler WSC1
bzw. WSC2 gedämpft. Demzufolge
ist es möglich,
das Rauschen relativer Intensität
zu verringern, das durch Mehrfachreflexion verursacht wird und eine
Beeinträchtigung
bidirektionaler optischer Sendesysteme und Kommunikationsnetzwerke
bewirkt. Selbst wenn eine Mittelstufenvorrichtung, die Rayleigh-Rückstreuung
und Lichtreflexion beinhaltet, wie etwa eine Dispersionskompensationsfaser,
verwendet wird, ist es darüber
hinaus ebenfalls möglich,
das Rauschen relativer Intensität
zu reduzieren, das durch jene Phänomene
verursacht wird.
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5a bis 5e zeigen
jeweils bidirektionale optische Verstärkermodule gemäß anderer
unterschiedlicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Das optische Verstärkermodul, das in 5a gezeigt
ist, hat denselben Aufbau wie das optische Verstärkermodul von 2,
mit der Ausnahme, dass die Positionen des ersten wellenlängenselektiven
Kopplers WSC1 und des ersten Zirkulators Cir1 miteinander vertauscht
sind. Das optische Verstärkermodul,
das in 5b gezeigt ist, hat denselben
Aufbau wie das optische Verstärkermodul
von 5a, mit der Ausnahme, dass die Positionen des zweiten
wellenlängenselektiven
Kopplers WSC2 und des zweiten Zirkulators Cir2 miteinander vertauscht sind.
Rauschen relativer Intensität,
das im optischen Verstärkermodul
von 5a oder 5b erzeugt wird,
ist dasselbe wie das Rauschen relativer Intensität, das im optischen Verstärkermodul
von 2 erzeugt wird.
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Wenn
jeder Zirkulator, der im optischen Verstärkermodul von 2 verwendet
wird, durch zwei wellenlängenselektive
Koppler ersetzt ist, ist es daneben möglich, eine weitere Verringerung
des Rauschen relativer Intensität
zu erreichen. Das heißt,
für den
Fall des optischen Verstärkermoduls,
das in 5c gezeigt ist, wird das Rauschen
relativer Intensität
RIN1 und RIN2 einmal mehr durch den dritten und den vierten wellenlängenselektiven
Koppler WSC3 bzw. WSC4 gedämpft.
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Das
optische Verstärkermodul,
das in 5d gezeigt ist, kann dadurch
ausgeführt
sein, dass der erste wellenlängenselektive
Koppler WSC1 des optischen Verstärkermoduls
aus 5c durch einen Zirkulator Cir1 ersetzt ist. Zudem
kann das optische Verstärkermodul,
das in 5e gezeigt ist, durch Ersetzen
des dritten wellenlängenselektiven Kopplers
WSC3 durch einen Zirkulator Cir1 ausgeführt sein.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines optischen Verstärkermoduls
zeigt, das in einem bidirektionalen optischen Sendesystem verwendet
wird, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
Insbesondere zeigt 6 allgemein die optischen Verstärkermodule
aus 2 bis 5 und enthält: eine
erste Vorrichtung PS1 zum Einstellen des Weges des optischen Signals,
die ein Abwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 empfängt,
der mit einem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1 verbunden ist,
und das empfangene Abwärtssignal
an ihrem dritten Anschluss 3 ausgibt, während sie ein Aufwärtssignal
an ihrem zweiten Anschluss 2 empfängt und das empfangene Aufwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 ausgibt; einen ersten optischen Verstärker OA1,
der das Abwärtssignal verstärkt, das
aus der ersten Vorrichtung PS1 zum Einstellen des Weges des optischen
Signals ausgegeben wird; und einen vierten optischen Ver stärker OA4,
der das Aufwärtssignal
verstärkt,
das in den zweiten Anschluss 2 der ersten Vorrichtung PS1 zum Einstellen
eines Weges des Signals eingegeben werden soll. Das optische Verstärkermodul
enthält
zudem eine zweite Vorrichtung PS2 zum Einstellen eines Weges des
optischen Signals zum Empfangen des Abwärtssignals das vom ersten optischen
Verstärker
OA1 in einem verstärkten
Zustand ausgegeben wird, an ihrem zweiten Anschluss 2 und zum Ausgeben
des empfangenen Abwärtssignals
an ihrem ersten Anschluss 1, während
sie ein Aufwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 empfängt
und das empfangene Aufwärtssignal
an den vierten optischen Verstärker
OA4 an ihrem dritten Anschluss 3 ausgibt.
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Das
optische Verstärkermodul
enthält
zudem eine vierte Vorrichtung PS4 zum Einstellen eines Weges des
optischen Signals, die ein Aufwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 empfängt,
der mit einem zweiten Eingangs-/Ausganganschluss
P2 verbunden ist, und das empfangene Aufwärtssignal an ihrem dritten
Anschluss ausgibt, während
sie ein Abwärtssignal
an ihrem zweiten Anschluss 2 empfängt und das empfangene Abwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 ausgibt; einen zweiten optischen Verstärker OA2
zum Verstärken
des Aufwärtssignals,
das vom dritten Anschluss 3 der vierten Vorrichtung PS4 zum Einstellen
eines Weges des optischen Signals ausgegeben wird; und einen dritten
optischen Verstärker
OA3 zum Verstärken
des Abwärtssignals,
das in den zweiten Anschluss 2 der vierten Vorrichtung PS4 zum Einstellen
des Weges des optischen Signals eingegeben werden soll. Das optische
Verstärkermodul
enthält
zudem eine dritte Vorrichtung PS3 zum Einstellen des Weges des optischen
Signals zum Empfangen des Aufwärtssignals,
das vom zweiten optischen Verstärker
OA2 in einem verstärkten Zustand
ausgegeben wird, an ihrem ersten Anschluss, während sie ein Abwärtssignal
an ihrem ersten Anschluss 1 empfängt
und das empfangene Abwärtssignal
an den dritten optischen Verstärker
OA3 an ihrem dritten Anschluss ausgibt. Das optische Verstärkermodul
enthält
zudem eine Mittelstufenvorrichtung 211 die an ihren beiden
Anschlüssen
mit den entsprechenden ersten Anschlüssen der zweiten und dritten
Vorrichtung PS2 und PS3 zum Einstellen eines Weges des optischen
Signals verbunden und dazu eingerichtet ist, eine gewünschte Signalverarbeitung
für das
Abwärts-
bzw. das Aufwärtssignal auszuführen, die
in diese von der zweiten und der dritten Vorrichtung PS2 und PS3 zum
Einstellen eines Weges des optischen Signals eingegeben werden.
Die Mittelstufenvorrichtung 211 kann enthalten: eine Dispersionskompensationseinrichtung,
eine Einrichtung zum Glätten
der Verstärkung
des optischen Verstärkers
und eine Einrichtung zum Entfernen akkumulierten Rauschens des optischen
Verstärkers
und zum Steuern der Leistung optischer Signale, oder eine Kombination
derselben. In diesem Fall kann jede der Vorrichtungen zum Einstellen
eines Weges des optischen Signals ein wellenlängenselektiver Koppler oder
Zirkulator sein.
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Optische
Signale werden im optischen Verstärkermodul, das die Konfiguration
von 6 hat, entlang folgender Wege gesendet. Das heißt, das Abwärtssignal
breitet sich entlang des Weges des ersten Eingangs-/Ausgangsanschlusses
P1, → der ersten
Vorrichtung PS1 zum Einstellen des Weges des optischen Signals, → des ersten
optischen Verstärkers
OA1, → der
zweiten Vorrichtung PS2 zum Einstellen des Weges des optischen Signals, → der Mittelstufenvorrichtung 211, → der dritten
Vorrichtung PS3 zum Bestimmen des Weges des optischen Signals, → des dritten
optischen Verstärkers
OA3, → der vierten
Vorrichtung zum Bestimmen des Weges eines optischen Signals → und des
zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlusses
P2 aus. Das Aufwärtssignal
breitet sich entlang des Weges des zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlusses
P2, → der
vierten Vorrichtung PS4 zum Einstellen des Weges des optischen Signals, → des zweiten
optischen Verstärkers OA2, → der dritten
Vorrichtung PS3 zum Einstellen des Weges des optischen Signals, → der Mittelstufenvorrichtung 211, → der zweiten
Vorrichtung PS2 zum Einstellen des Weges des optischen Signals, → des vierten
optischen Verstärkers
OA4, → der
ersten Vorrichtung PS1 zum Einstellen des Weges des optischen Signals → und des
ersten Eingangs-/Ausgangsanschlusses P1 aus.
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7 zeigt
ein bidirektionales optisches Verstärkermodul gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 7 wird
ein Abwärtssignal
(das durch den Punktlinienpfeil gekennzeichnet ist), das in einen
ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1 des optischen Verstärkermoduls
eingegeben wird, von einem fünften
unidirektionalen optischen Verstärker
UOA5 verstärkt,
nachdem es einen fünften
wellenlängenselektiven
Koppler WSC5 durchlaufen hat, und wird anschließend mit einem Aufwärtssignal
(gekennzeichnet mit einem Punktlinienpfeil) in einem siebten wellenlängenselektiven
Koppler WSC7 kombiniert. Das resultierende Signal wird der Mittelstufenvorrichtung 211 zugeführt. Das
Abwärtssignal,
das von der Mittelstufenvorrichtung 211 ausgegeben wird,
wird vom Aufwärtssignal,
das mit diesem kombiniert ist, von einem achten wellenlängenselektiven
Koppler WSC8 getrennt und dann von einen siebten unidirektionalen Verstärker UOA7
verstärkt.
Das verstärkte
Abwärtssignal
wird an einem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss P2 des optischen
Verstärkermoduls
ausgegeben, nachdem es einen sechsten wellenlängenselektiven Koppler WSC6
durchlaufen hat.
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Das
Aufwärtssignal,
das in den zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss P2 des optischen
Verstärkermoduls
eingegeben wird, wird von einem sechsten unidirektionalen optischen
Verstärker UOA6
verstärkt,
nachdem es den wellenlängenselektiven
Koppler WSC6 durchlaufen hat, und anschließend mit einem Abwärtssignal
im siebten wellenlängenselektiven
Koppler WSC7 kombiniert. Das resultierende Signal wird der Mittelstufenvorrichtung 211 zugeführt. Das
Aufwärtssignal,
das von der Mittelstufenvorrichtung 211 ausgegeben wird,
wird vom damit kombinierten Abwärtssignal
durch den achten wellenlängenselektiven
Koppler WSC8 getrennt und anschließend von einem achten unidirektionalen
Verstärker
UOA8 verstärkt.
Das verstärkte
Aufwärtssignal
wird am ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss P1
des optischen Verstärkermoduls
ausgegeben, nachdem es den fünften
wellenlängenselektiven Koppler
WSC5 durchlaufen hat. Im optischen Verstärkermodul von 7 durchlaufen
Aufwärts-
und Abwärtssignale
die Mittelstufenvorrichtung 211 gemeinsam, wie bei den
anderen Ausführungsformen, die
oben beschrieben wurden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich
jedoch von anderen Ausführungsformen
dadurch, dass sich die Aufwärts-
und Abwärtssignale
in denselben Richtungen in der Mittelstufenvorrichtung 211 ausbreiten.
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Das
oben beschriebene bidirektionale Verstärkermodul gemäß der vorliegenden
Erfindung hat folgende Vorteile.
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Erstens
durchlaufen beim Aufbau des OAM gemäß der vorliegenden Erfindung
optische Signale, die sich bidirektional ausbreiten, bidirektional
eine einzige Mit telstufenvorrichtung. Demzufolge ist es nicht erforderlich,
separate Mittelstufenvorrichtungen für die entsprechenden Richtungen
zu verwenden. Somit besteht die Möglichkeit, ein kostengünstiges bidirektionales
optisches Verstärkermodul
anzugeben, wobei die Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Zweitens
kann das OAM gemäß der vorliegenden
Erfindung die Beeinträchtigung
der Signale, die in der Mittelstufenvorrichtung auftritt, minimieren. Wenn
beispielsweise eine Dispersionskompensationsfaser für die Mittelstufenvorrichtung
verwendet wird, kann diese sich bidirektional ausbreitende Signale
beeinträchtigen,
da sie eine kleine Kernfläche hat,
während
sie eine erhöhte
Rayleigh-Rückstreuung
erzeugt. In Übereinstimmung
mit dem optischen Verstärkermodul
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird jedoch die Erzeugung von Rauschen relativer Intensität durch
die wellenlängenselektiven
Koppler gedämpft.
Das optische Verstärkermodul
der vorliegenden Erfindung ist zudem derart beschaffen, dass es
optischen Signalen gestattet, die Dispersionskompensationsfaser
bidirektional zu durchlaufen. Infolgedessen ist es möglich, die
Erzeugung des Phänomens
eines optischen Nichtlinearität
zu verringern.
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Drittens
werden beim bidirektionalen OAM gemäß der vorliegenden Erfindung
unidirektionale optische Verstärker
verwendet, die intern jeweils mit einem Isolator ausgestattet sind.
Somit besteht die Möglichkeit,
das Auftreten eines Laserausstrahlungsphänomens in den optischen Verstärkern zu
verhindern, während
eine verbesserte Stabilität
erreicht wird.
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Wenngleich
diese Erfindung in Verbindung damit erläutert wurde, was derzeit als
die am meisten praktikable und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird,
versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene
Ausführungsform
beschränkt ist;
im Gegensatz dazu ist es beabsichtigt, unterschiedliche Abänderungen
abzudecken, die im Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche liegen.