DE60302377T2

DE60302377T2 - Breitbandiger optischer Verstärker

Info

Publication number: DE60302377T2
Application number: DE60302377T
Authority: DE
Inventors: Seong-Taek Paldal-gu Hwang; Kwan-Wong Paldal-gu Song
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: EP1345344A2; EP1345344A3; KR100421135B1; JP2003283018A; EP1345344B1; CN1444084A; US6972898B2; US20030169490A1; DE60302377D1; KR20030073324A; JP3699457B2; CN1222091C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Kommunikationssysteme, und insbesondere auf einen Lichtleitfaser-Verstärker, der zwischen einer optischen Übertragungseinheit und einer optischen Empfangseinheit in einem optischen Kommunikationssystem angeordnet ist.
Um mit der exponentiell ansteigenden Datennachfrage Schritt zu halten, werden optische Übertragungssysteme mit Wellenlängenmultiplex (WDM) einen breiteren Bereich an Übertragungs-Bandbreiten benötigen. In dieser Hinsicht wird momentan eine Anzahl aktiver Untersuchungen angestrengt in Zusammenhang mit Breitband-Systemen, die sowohl das C-Band (konventionelles Band, 1530 bis 1560 nm) als auch das L-Band (langes Band, 1570 bis 1600 nm) benutzen.
In einem herkömmlichen Lichtleitfaser-Übertragungssystem ist ein Lichtleitfaser-Verstärker so angepasst, dass er eine verstärkende Funktion übertragener und/oder empfangener optischer Signale durchführt. Diese Verstärker sind typischerweise mit einem seltenen Erdelement wie beispielsweise Erbium überzogen. Solche Erbiumfaser-Verstärker haben eine Gesamt-Bandbreite in der Größenordnung von etwa 30 nm. Diese Bandbreite ist nicht ausreichend, um sowohl das C- als auch das L-Band zu verstärken, wofür annäherungsweise die doppelte Bandbreite nötig ist. Raman-Verstärker oder auf Tellulit basierende Erbiumfaser-Verstärker besitzen eine größere Verstärkungs-Bandbreite und können sowohl C- als auch L-Bänder verstärken. Raman-Verstärker sind jedoch nur von begrenztem praktischem Nutzen, weil sie eine hohe Pump-Kraft benötigen. Darüber hinaus stützen sich auf Tellulit basierende Erbiumfaser-Verstärker auf Verstärkungsmechanismen, die noch nicht gänzlich bewiesen sind.
Hinsichtlich der zuvor genannten Nachteile werden neue Untersuchungen durchgeführt, um einen Breitband-Erbiumfaser-Verstärker zu entwickeln, der dazu in der Lage ist, sowohl das C- als auch das L-Band zu verstärken und auf einem herkömmlichen, auf Silika basierendem Erbiumfaser-Verstärker basiert. Ein Nachteil der meisten Breitband- Verstärker aus Erbiumfaser ist jedoch, dass sie einen Aufbau haben, in dem unabhängige C- und L-Bänder parallel geschaltet sind.
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines bekannten Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers darstellt. Wie in der Zeichnung gezeigt, beinhaltet der herkömmliche Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker erste und zweite Isolatoren 110 und 250, einen Teiler 120, erste bis dritte wellenlängenselektive Koppler 140, 190 und 220, erste bis dritte Pump-Lichtquellen 150, 200 und 230, erste und zweite Erbiumfasern 160 und 210, einen Verstärkungs-Abflachfilter 170 und eine Kombiniereinrichtung 240.
Im Betrieb lässt der erste Isolator 110 Licht, das in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingebracht wurde, in Vorwärtsrichtung durch den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker weiterlaufen, sperrt aber Licht, das in die Gegenrichtung läuft.
Der Teiler 120 teilt das optische Eingangssignal in ein optisches C-Band-Signal und ein optisches L-Band-Signal und leitet das optische C-Band-Signal so, dass es entlang eines ersten Wegs 130 fließt, während es das optische L-Band-Signal so leitet, dass es entlang eines zweiten Wegs 180 fließt.
Der erste wellenlängenselektive Koppler 140 koppelt das optische C-Band-Signal, das von dem Teiler 120 ausgegeben wird, mit einem Pumplicht, das von der ersten Pump-Lichtquelle 150 ausgegeben wird, und gibt das resultierende verstärkte optische C-Band-Signal an die erste Erbiumfaser 160 aus.
Die erste Pump-Lichtquelle 150 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 980 nm hat, um die erste Erbiumfaser 160 zu pumpen. D.h., um die Erbiumionen in der ersten Erbiumfaser 160 anzuregen.
Der Verstärkungs-Abflachfilter 170 dient dazu, die Verstärkung der C-Band-Komponente des optischen Eingangssignals abzuflachen.
Der zweite wellenlängenselektive Koppler 190 koppelt das optische L-Band-Signal, das von dem Teiler 120 empfangen wurde, mit einem Pumplicht, das von der zweiten Pump-Lichtquelle 200 empfangen wurde, und gibt das resultierende optische Signal an die zweite Erbiumfaser 210 aus.
Die zweite Pump-Lichtquelle 200 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 980 nm besitzt, um die zweite Erbiumfaser 210 in Vorwärtsrichtung zu pumpen.
Der dritte wellenlängenselektive Koppler 220 sendet das verstärkte optische L-Band-Signal, das von der zweiten Erbiumfaser 210 ausgegeben wurde, in einer Vorwärtsrichtung an die Kombiniereinrichtung 240, während er davon unabhängig ein Pumplicht, das von der dritten Pump-Lichtquelle 230 ausgegeben wurde, in einer Rückwärtsrichtung an die zweite Erbiumfaser 210 sendet.
Die dritte Pump-Lichtquelle 230 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 1480 nm hat, um die zweite Erbiumfaser 210 in Rückwärtsrichtung zu pumpen.
Die zweite Erbiumfaser 210 wird in sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung durch eine vorwärtsgerichtete Pump-Lichtquelle gepumpt, die über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 190 empfangen wurde, und durch eine rückwärtsgerichtete Pump-Lichtquelle, die über den dritten wellenlängenselektiven Koppler 220 empfangen wurde. Das optische L-Band-Signal wird durch die zweite Erbiumfaser 210 über den ersten wellenlängenselektiven Koppler 190 verstärkt.
Die Kombiniereinrichtung 240 kombiniert das verstärkte optische C-Band-Signal mit dem optischen L-Band-Signal und gibt das kombinierte optische C- und L-Band-Signal an den zweiten Isolator 250 aus.
Der zweite Isolator 250 gibt die kombinierten optischen C- und L-Band-Signale, die auf ihn treffen, in Vorwärtsrichtung aus, während er Licht sperrt, das in die Gegenrichtung fließt.
Ein Nachteil des herkömmlichen Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers der früheren Machart mit dem oben erwähnten Aufbau ist, dass die Pump-Lichtquellen 150, 200, 230 hohe Kraft benötigen, während sie einen geringen Verstärkungs-Wirkungsgrad aufweisen. Ein weiterer Nachteil des Verstärkers aus 1 ist, dass eine Verringerung der Rauschzahl auftritt, da der Teiler 120, der einen Eingabeverlust von etwa 0,7 dB aufweist, vor den Erbiumfasern angeordnet ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Breitband-Erbiumfaser-Verstärker zur Verfügung zu stellen, der einen ökonomischen Aufbau und einen hohen Verstärkungs-Wirkungsgrad besitzt, während er eine niedrige Rauschzahl aufweist, sowie ein dazu passendes Verfahren.
Das obige Ziel wird durch den Inhalt der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Dementsprechend umfasst der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker zum Gebrauch in einem optischen Übertragungssystem: eine erste Verstärkungseinheit, die zur Verstärkung eines optischen Signals, das eine optische C-Band- und L-Band-Signalkomponente besitzt, aufgebaut ist; einen Verteiler, der an die erste Verstärkungseinheit gekoppelt ist und aufgebaut ist, um die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten über einen ersten Pfad zu empfangen; einen Verstärkungs-Abflachfilter, der an den Verteiler gekoppelt ist, um die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten zu empfangen und um nur die verstärkte optische C-Band-Signalkomponente einer Verstärkungs-Abflachung zu unterziehen; einen ersten Reflektor, der an den Verstärkungs-Abflachfilter gekoppelt ist, um die verstärkte, einer Verstärkungs-Abflachung unterzogene optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente an den Verteiler über den Verstärkungs-Abflachfilter zurück zu reflektieren, wobei der erste Reflektor bewirkt, dass das einer Verstärkungs-Abflachung unterzogene optische Signal ein zweites Mal einer Verstärkungs-Abflachung unterzogen wird; eine zweite Verstärkungseinheit, die an den Verteiler gekoppelt ist, um die einer zweifachen Verstärkungs-Abflachung unterzogene, verstärkte optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente zu empfangen und zu verstärken; den Verteiler, der weiterhin dazu aufgebaut ist, die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten zu empfangen und die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in separate, verstärkte optische C- und L-Band-Signalkomponenten zu teilen; eine dritte Verstärkungseinheit, die an den Verteiler gekoppelt ist und dazu aufgebaut ist, die separate, verstärkte L-Band-Signalkomponente zu verstärken; einen zweiten Reflektor, der an die dritte Verstärkungseinheit gekoppelt ist und dazu aufgebaut ist, die separate, verstärkte L-Band-Signalkomponente über die zweite Verstärkungseinheit an der Verteiler zurück zu reflektieren; den Verteiler, der weiterhin dazu aufgebaut ist, die verstärkte, separate verstärkte L-Band-Signalkomponente mit der separaten, verstärkten C-Band-Signalkomponente zu kombinieren und das kombinierte Signal auszugeben.
Die vorliegende Erfindung wird dadurch einsichtiger werden, dass bevorzugte Ausführungsformen im Detail unter Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben werden; darin gilt:
1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers gemäß der früheren Machart darstellt;
2 ist eine Ansicht, die einen Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Ansicht, die einen Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
4 ist eine Ansicht, die einen Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird auf eine detaillierte Beschreibung bekannter Funktionen und Konfigurationen, die darin eingeschlossen sind, verzichtet, wenn sie den Inhalt der vorliegenden Erfindung eher unverständlich macht.
2 stellt den Aufbau eines Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker erste und zweite Isolatoren 310 und 500, erste bis dritte Verstärkungseinheiten 540, 550 und 470, einen Verteiler 560, einen Verstärkungs-Abflachfilter 370 und erste und zweite Reflexionseinheiten 380 und 480.
Der erste Isolator 310 lässt Licht, das in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingebracht wurde, in eine Vorwärtsrichtung weiterlaufen, während er verhindert, dass Licht in eine Rückwärtsrichtung fließt (es sperrt).
Die erste Verstärkungseinheit 540 beinhaltet einen ersten wellenlängenselektiven Koppler 320, eine erste Pump-Lichtquelle 330 und eine erste Erbiumfaser 340.
Der erste wellenlängenselektive Koppler 320 koppelt optische C- und L-Band-Signalkomponenten, die von dem ersten Isolator 310 empfangen wurden, mit einem Pumplicht, das von der ersten Pump-Lichtquelle 330 ausgegeben wurde, und gibt gekoppelte C- und L-Band-Signalkomponenten an die erste Erbiumfaser 340 aus.
Die erste Pump-Lichtquelle 330 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 980 nm besitzt, um die erste Erbiumfaser 340 zu pumpen. D.h., um die Erbiumionen in der ersten Erbiumfaser 340 anzuregen.
Die erste Erbiumfaser 340 wird durch das Pumplicht gepumpt, das von der ersten Pump-Lichtquelle 330 über den ersten wellenlängenselektiven Koppler 320 empfangen wurde, wobei die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten verstärkt werden, die über den ersten wellenlängenselektiven Koppler 320 empfangen wurden. Die erste Verstärkungseinheit 540 gibt die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten an eine Verteileinheit 560 aus, wie noch beschrieben wird.
Der Verteiler 560 empfängt die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten von der ersten Verstärkungseinheit 540. Der Verteiler 560 beinhaltet einen Zirkulator 360, einen Teiler 430, eine Kombiniereinrichtung 510 und dritte und vierte wellenlängenselektive Koppler 420 und 440.
Der Zirkulator 360 empfängt die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten über einen ersten Weg 350 an einem ersten Durchlass des Zirkulators und gibt die verstärkten C- und L-Band-Signale an einen zweiten Durchlass des Zirkulators aus. Der Zirkulator 360 gibt auch die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten, die durch den zweiten Zirkulator-Durchlass empfangen wurden, an einen dritten Zirkulator-Durchlass aus und gibt die optische L-Band-Signalkomponente, die durch den dritten Durchlass empfangen wurde, an einen vierten Durchlass aus.
Der Zirkulator 360 kann auch dazu benötigt werden, eine verstärkte Spontanemission (ASE), die von den zweiten und dritten Erbiumfasern 410 und 470 erzeugt wurde, daran zu hindern, dass sie rückwärts in die erste Erbiumfaser 340 fließt, wobei ein Abbau des Verstärkungs-Wirkungsgrads vermieden wird.
Der Teiler 430 leitet die optische C-Band-Signalkomponente, die von dem dritten Durchlass des Zirkulators 360 ausgegeben wurde, so, dass sie entlang eines fünften Wegs 490 fließt, während er die optische L-Band-Signalkomponente so leitet, dass sie entlang eines dritten Wegs 460 fließt.
Der zweite Isolator 500 lässt die optische C-Band-Signalkomponente, die von dem Teiler 430 empfangen wurde, in Vorwärtsrichtung durchlaufen, während er Licht sperrt, das in die Gegenrichtung fließt.
Die dritten und vierten wellenlängenselektiven Koppler 420 und 440 führen einen Pumpvorgang für die dritte Verstärkungseinheit 470 (d.h. den dritten Erbiumverstärker) durch, indem ein restliches Pumplicht genutzt wird, das von der zweiten Verstärkungseinheit 550 ausgegeben wird. Das bedeutet, dass der dritte wellenlängenselektive Koppler 420 zwischen der zweiten Verstärkungseinheit 550 und dem Teiler 430 angeordnet ist, um das restliche Pumplicht, das von der zweiten Verstärkungseinheit 550 ausgegeben wurde, an einen sechsten Weg 450 auszugeben. Der sechste Weg 450 koppelt die zweite Verstärkungseinheit 550 mit dem vierten wellenlängenselektiven Koppler 440. Der vierte wellenlängenselektive Koppler 440 ist zwischen dem Teiler 430 und der dritten Verstärkungseinheit 470 angeordnet, um an die dritte Verstärkungseinheit 470 das restliche Pumplicht auszugeben, das über den sechsten Weg 450 empfangen wurde.
Die Kombiniereinrichtung 510 kombiniert die optische L-Band-Signalkomponente, die über einen vierten Weg 520 empfangen wurde, mit der optischen C-Band-Signalkomponente, die über den fünften Weg 490 empfangen wurde, und gibt das kom binierte optische Signal über einen siebten Weg 530 an den optischen Empfänger (nicht gezeigt) aus. Der Verstärkungs-Abflachfilter 370 dient dazu, die C-Band-Komponente des optischen Signals, das zweimal über den zweiten Durchlass des Zirkulators 360 empfangen wurde und ein zweites Mal kraft des ersten Reflektors 380, einer Verstärkungs-Abflachung zu unterziehen. Dementsprechend kann der maximale Eingangsverlust des Verstärkungs-Abflachfilters 370, der für die Verstärkungs-Abflachung nötig ist, auf die Hälfte reduziert werden. Die erste Reflexionseinheit 380 reflektiert die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten, die von dem Verstärkungs-Abflachfilter 370 empfangen wurden, so dass die reflektierten optischen Signal-Komponenten wieder auf den Verstärkungs-Abflachfilter 370 treffen.
Die dritte Verstärkungseinheit umfasst eine dritte Erbiumfaser 470. Die dritte Erbiumfaser 470 wird über ein Pumplicht gepumpt, das über den vierten wellenlängenselektiven Koppler 440 empfangen wurde, wodurch die optische L-Band-Signalkomponente, die von dem Teiler 430 empfangen wurde, und die optische L-Band-Signalkomponente, die wieder auf ihn traf, verstärkt werden.
Die zweite Reflexionseinheit 480 reflektiert die optische L-Band-Signalkomponente, die von der dritten Erbiumfaser 470 empfangen wurde, so dass die reflektierte optische L-Band-Signalkomponente wieder auf die dritte Erbiumfaser 470 trifft.
Die zweite Verstärkungseinheit 550 beinhaltet einen zweiten wellenlängenselektiven Koppler 390, eine zweite Pump-Lichtquelle 400 und eine zweite Erbiumfaser 410.
Der zweite wellenlängenselektive Koppler 390 koppelt optische C- und L-Band-Signalkomponenten, die über den dritten Durchlass des Zirkulators 360 empfangen wurden, mit einen Pumplicht, das von der zweiten Pump-Lichtquelle 400 empfangen wurde, und gibt das resultierende optische Signal an die dritte Erbiumfaser 410 aus.
Die zweite Pump-Lichtquelle 400 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 480 nm besitzt, um die zweite Erbiumfaser 410 zu pumpen. D.h., um die Erbiumionen in der zweiten Erbiumfaser 410 anzuregen.
Die zweite Erbiumfaser 410 wird über das Pumplicht gepumpt, das über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 390 empfangen wurde, wodurch die C- und L-Band-Lichter, die über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 390 empfangen wurden, verstärkt werden.
Betriebsbeschreibung der ersten Ausführungsform
Der Betrieb des Breitband-Faser-Verstärkers, der den oben beschriebenen Aufbau besitzt, wird nun unter Bezug auf 2 beschrieben.
Die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten werden in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingegeben. Die C- und L-Band-Signale laufen erst durch den ersten Isolator 310 und erreichen dann die erste Verstärkungseinheit 540. In der ersten Verstärkungseinheit 540 werden die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in einen ersten wellenlängenselektiven Koppler 320 eingegeben, der die C- und L-Band-Signale mit dem Pumplicht koppelt, das von der ersten Pump-Lichtquelle 330 ausgegeben wurde, um die C- und L-Band-Signale in der ersten Erbiumfaser 340 zu verstärken. Nachdem sie in der ersten Erbiumfaser 340 verstärkt wurden, treffen die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten auf einen Verteiler 560. In dem Verteiler 560 treffen die verstärkten C- und L-Band-Signale auf den ersten Durchlass des Zirkulators 360. Der Zirkulator 360 gibt die verstärkten C- und L-Band-Signale an den zweiten Durchlass aus, an welchen Punkt nur die C-Band-Komponente zweimal einem Verstärkungs-Abflachungs-Vorgang in dem Verstärkungs-Abflachfilter 370 unterzogen wird. Dieser Vorgang tritt zweimal auf als Konsequenz daraus, dass die Signale über den ersten Reflektor 380 reflektiert werden. Danach treffen die zweimal einer Verstärkungs-Abflachung unterzogenen optischen C-Band-Signalkomponenten und optischen L-Band-Signalkomponenten, die von dem Verstärkungs-Abflachfilter 370 ausgegeben werden, wieder auf den zweiten Durchlass des Zirkulators 360. Der Zirkulator 360 gibt dann die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten an den dritten Durchlass des Zirkulators 360 aus, so dass die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten auf die zweite Erbiumfaser 410 über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 390 treffen. Nachdem sie in der zweiten Erbiumfaser 410 verstärkt wurden, treffen die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten auf den Teiler 430 über den dritten wellenlängenselektiven Koppler 420. Der Teiler 430 teilt die C- und L-Band-Signale und leitet die optische C-Band- Signalkomponente entlang des fünften Wegs 490, während er die optische L-Band-Signalkomponente entlang des dritten Wegs 460 leitet. Die optische L-Band-Signalkomponente wird dann zweimal in der dritten Erbiumfaser 470 kraft der zweiten Reflexionseinheit 480 verstärkt und trifft dann wieder auf die zweite Erbiumfaser 410, nachdem sie durch den vierten wellenlängenselektiven Koppler 440, den Teiler 430 und den dritten wellenlängenselektiven Koppler 420, in genau dieser Reihenfolge, lief. Die zweite Erbiumfaser 410 verstärkt dann die optische L-Band-Signalkomponente wieder und gibt dann die wieder verstärkte optische L-Band-Signalkomponente aus. Die wieder verstärkte optische L-Band-Signalkomponente trifft dann wieder auf den dritten Durchlass des Zirkulators 360 über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 390. Der Zirkulator 360 gibt auf den Empfang der wieder verstärkten optischen L-Band-Signalkomponente am dritten Durchlass hin die optische L-Band-Signalkomponente durch den vierten Durchlass des Zirkulators 360 entlang eines vierten Wegs 520 aus.
Die Kombiniereinrichtung 510 kombiniert die optische C-Band-Signalkomponente, die über den fünften Weg 490 empfangen wurde, mit der wieder verstärkten optischen L-Band-Signalkomponente, die über den vierten Weg 520 empfangen wurde, und gibt das kombinierte optische Signal entlang des siebten Wegs 530 an einen optischen Empfänger (nicht gezeigt) aus.
Zweite Ausführungsform
3 stellt den Aufbau eines Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker erste und zweite Isolatoren 610 und 750, erste bis dritte Verstärkungseinheiten 785, 660 und 795, einen Verstärkungs-Abflachfilter 650, einen Verteiler 790 und eine Reflexionseinheit 740.
Der erste Isolator 610 lässt Licht, das in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingebracht wurde, in Vorwärtsrichtung durch den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker weiterlaufen, während er Licht sperrt, das in die Gegenrichtung fließt.
Die erste Verstärkungseinheit 785 beinhaltet einen ersten wellenlängenselektiven Koppler 620, einen erste Pump-Lichtquelle 630 und eine erste Erbiumfaser 640.
Der erste wellenlängenselektive Koppler 620 koppelt optische C- und L-Band-Signalkomponenten, die von dem ersten Isolator 610 empfangen wurden, mit einen Pumplicht, das von der ersten Pump-Lichtquelle 630 empfangen wurde, und gibt die gekoppelten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten an die erste Erbiumfaser 640 aus.
Die erste Pump-Lichtquelle 630 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 980 nm besitzt, um die erste Erbiumfaser 640 zu pumpen. D.h., um die Erbiumionen in der ersten Erbiumfaser 640 anzuregen.
Die erste Erbiumfaser 640 wird durch das Pumplicht gepumpt, das von der ersten Pump-Lichtquelle 630 über den ersten wellenlängenselektiven Koppler 620 empfangen wurde, wobei die C- und L-Band-Lichter, die über den ersten wellenlängenselektiven Koppler 620 empfangen wurden, verstärkt werden.
Der Verstärkungs-Abflachfilter 650 unterzieht nur die C-Band-Komponente in den optischen C- und L-Band-Signalkomponenten, die von der ersten Erbiumfaser 640 empfangen wurden, einer Verstärkungs-Abflachung.
Die dritte Verstärkungseinheit 795 beinhaltet einen zweiten wellenlängenselektiven Koppler 710, eine zweite Pump-Lichtquelle 720 und eine dritte Erbiumfaser 730.
Der zweite wellenlängenselektive Koppler 710 koppelt die optische L-Band-Signalkomponente, die über den zweiten Durchlass des Zirkulators 690 empfangen wurde, mit einem Pumplicht, das von der zweiten Pump-Lichtquelle 720 empfangen wurde, und gibt das resultierende optische Signal an die dritte Erbiumfaser 730 aus.
Die zweite Pump-Lichtquelle 720 gibt ein Pumplicht aus, das eine Wellenlänge von 1480 nm besitzt, um die dritte Erbiumfaser 730 zu pumpen. D.h., um die Erbiumionen in der dritten Erbiumfaser 730 anzuregen.
Die dritte Erbiumfaser 730 wird durch das Pumplicht gepumpt, das von der zweiten Pump-Lichtquelle 720 über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 710 emp fangen wurde, wobei die optische L-Band-Signalkomponente verstärkt wird, die über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 710 empfangen wurde.
Die Reflexionseinheit 740 reflektiert die optische L-Band-Signalkomponente, die von der dritten Erbiumfaser 730 empfangen wurde, so dass die reflektierte optische L-Band-Signalkomponente wieder auf die dritte Erbiumfaser 730 trifft.
Der Verteiler 790 beinhaltet einen Teiler 680, einen Zirkulator 690 und eine Kombiniereinrichtung 770.
Der Teiler 680 teilt die optischen Signale, die von der zweiten Erbiumfaser 660 erhalten wurden, in die jeweiligen optischen C- und L-Band-Signalkomponenten und sendet die optische C-Band-Signalkomponente an einen fünften Weg 760, während er die optische L-Band-Signalkomponente an der Zirkulator 690 sendet.
Der zweite Isolator 750 lässt die optische C-Band-Signalkomponente, die von dem Teiler 680 empfangen wurde, in einer Vorwärtsrichtung weiterlaufen, während er Licht sperrt, das in die Gegenrichtung fließt.
Der Zirkulator 690 gibt die optische L-Band-Signalkomponente, die an seinem ersten Durchlass empfangen wurde, an einen zweiten Weg 700 über seinen zweiten Durchlass aus. Der Zirkulator 680 gibt gleichzeitig die optische L-Band-Signalkomponente, die an seinem zweiten Durchlass empfangen wurde, an einen vierten Weg 765 über seinen dritten Durchlass aus.
Die Kombiniereinrichtung 770 kombiniert die optische L-Band-Signalkomponente, die über den vierten Weg 765 empfangen wurde, mit der optischen C-Band-Signalkomponente, die über den fünften Weg 760 empfangen wurde, und gibt das kombinierte Signal an einen dritten Weg 780 aus.
Die zweite Verstärkungseinheit 660 umfasst die zweite Erbiumfaser 660.
Die zweite Erbiumfaser 660 wird durch ein Pumplicht gepumpt, das über den Verstärkungs-Abflachfilter 650 empfangen wurde, wobei die optischen C- und L-Band- Signalkomponenten, die von dem Verstärkungs-Abflachfilter 660 empfangen wurden, verstärkt werden.
Nun wird der Betrieb des Breitband-Faser-Verstärkers beschrieben, der den oben beschriebenen Aufbau besitzt. C- und L-Band
Betriebsbeschreibung der zweiten Ausführungsform
Im Betrieb, wenn die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingegeben werden, laufen die C- und L-Band-Signale zuerst durch den ersten Isolator 610 und dann den ersten wellenlängenselektiven Koppler 620, wonach die C- und L-Band-Signale dann die erste Erbiumfaser 640 erreichen. Nachdem sie in der ersten Erbiumfaser 640 verstärkt wurden, treffen die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten auf den Verstärkungs-Abflachfilter 650, der nur die C-Band-Komponente der auftreffenden optischen C- und L-Band-Signale einer Verstärkungs-Abflachung unterzieht. Danach werden die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten über die zweite Erbiumfaser 660 verstärkt und treffen dann auf den Teiler 680. Der Teiler 680 teilt die optischen Signale, die auf ihn auftreffen, in optische C- bzw. L-Band-Signalkomponenten und gibt die optische C-Band-Signalkomponente an den fünften Weg 760 aus, während er die optische L-Band-Signalkomponente an den Zirkulator 690 ausgibt. Der Zirkulator 690 gibt das optische L-Band-Signal, das an ihm empfangen wurde, durch seinen zweiten Durchlass aus. Dieses optische L-Band-Signal wird zweimal in der dritten Erbiumfaser 730 kraft der Reflexionseinheit 740 verstärkt und trifft danach auf den zweiten Durchlass des Zirkulators 690 über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 710. Der Zirkulator 690 gibt das optische L-Band-Signal, das an seinem zweiten Durchlass empfangen wurde, an den vierten Weg 765 über seinen dritten Durchlass aus. Die Kombiniereinrichtung 770 kombiniert das optische L-Band-Signal, das über den vierten Weg 765 empfangen wurde, mit dem optischen C-Band-Signal, das über den fünften Weg 760 empfangen wurde, und gibt das kombinierte optische Signal aus.
Dritte Ausführungsform
4 stellt den Aufbau eines Breitband-Lichtleitfaser-Verstärkers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 4 gezeigt, beinhaltet der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker erste und zweite Isolatoren 810 und 930, erste und zweite Verstärkungseinheiten 985 und 995, einen Verstärkungs-Abflachfilter 940, einen Verteiler 990 und eine Reflexionseinheit 920.
Im Betrieb, wenn die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingegeben werden, laufen die C- und L-Band-Signale zuerst durch den ersten Isolator 810 und dann durch ersten wellenlängenselektiven Koppler 820, wonach die C- und L-Band-Signale die erste Erbiumfaser 840 erreichen. Nachdem sie in der ersten Erbiumfaser 840 verstärkt wurden, treffen die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten auf den Teiler 860. Die optischen Signale, die auf den Teiler 860 treffen, werden in optische C- bzw. L-Band-Signalkomponenten geteilt, wobei das optische C-Band-Signal über den fünften Weg 950 ausgegeben wird und das optische L-Band-Signal an den Zirkulator 870 ausgegeben wird. Der Zirkulator 870 gibt das optische L-Band-Signal, das an ihm empfangen wurde, über seinen zweiten Durchlass aus. Das optische L-Band-Signal, das von dem zweiten Zirkulator-Durchlass ausgegeben wurde, wird dann zweimal in der zweiten Erbiumfaser 910 kraft der Reflexionseinheit 920 verstärkt und trifft dann auf den zweiten Durchlass des Zirkulators 870 über den zweiten wellenlängenselektiven Koppler 890. Der Zirkulator 870 gibt das zweimal verstärkte optische L-Band-Signal, das an seinem zweiten Durchlass empfangen wurde, an den vierten Weg 970 über den dritten Durchlass des Zirkulators aus. Die Kombiniereinrichtung 960 kombiniert das optische L-Band-Signal, das über den vierten Weg 970 empfangen wurde, mit dem optischen C-Band-Signal, das über den fünften Weg 950 empfangen wurde, und gibt das kombinierte optische Signal aus.
Als Schlussfolgerung stellt der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung Vorteile zur Verfügung, einschließlich dessen, dass es möglich wird, die Kraft eines Pumplicht zu reduzieren, indem die Länge einer Erbiumfaser verringert wird und ein Anstieg des Verstärkungs-Wirkungsgrads kraft des Signallichts, das zweimal durch eine Verstärkungseinheit als Konsequenz einer Reflexionseinheit läuft, erreicht wird. Darüber hinaus kann der Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker der vorliegen den Erfindung eine Minimierung der Rauschzahl erreichen, indem der maximale Eingabeverlust seines Verstärkungs-Abflachfilters durch den Gebrauch der Reflexionseinheit verringert wird.

Claims

Breitband-Lichtleitfaserverstärker zum Einsatz in einem optischen Übertragungssystem, der umfasst: eine erste Verstärkungseinheit (540), die zum Verstärken eines optischen Signals mit optischen C- und L-Band-Signalkomponenten konfiguriert ist; einen Verteiler (360), der mit der ersten Verstärkungseinheit verbunden ist und zum Empfangen der verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten über einen ersten Weg konfiguriert ist; ein Verstärkungs-Abflachfilter (370), das mit dem Verteiler verbunden ist, um die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten zu empfangen und nur Verstärkungs-Abflachen der verstärkten optischen C-Band-Signalkomponente durchzuführen; einen ersten Reflektor (380), der mit dem Verstärkungs-Abflachfilter verbunden ist, um die verstärkte, Verstärkungs-Abflachen unterzogene optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente über das Verstärkungs-Abflachfilter in den Verteiler zurückzureflektieren, wobei der erste Reflektor bewirkt, dass die Verstärkungs-Abflachen unterzogene optische Signalkomponente ein zweites Mal Verstärkungs-Abflachen unterzogen wird; eine zweite Verstärkungseinheit (550), die mit dem Verteiler verbunden ist, um die zweifachem Verstärkungs-Abflachen unterzogene verstärkte optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente zu empfangen und zu verstärken; wobei der Verteiler des Weiteren zum Empfangen der verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten und zum Teilen der verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in eine separate verstärkte optische C- und eine L-Band-Signalkomponente konfiguriert ist; eine dritte Verstärkungseinheit (470), die mit dem Verteiler verbunden und zum Verstärken der separaten verstärkten optischen L-Band-Signalkomponente konfiguriert ist; einen zweiten Reflektor (480), der mit der dritten Verstärkungseinheit verbunden und zum Zurückreflektieren der separaten verstärkten optischen L-Band-Signalkomponente zu dem Verteiler über die zweite Verstärkungseinheit konfiguriert ist; wobei der Verteiler des Weiteren zum Kombinieren der verstärkten separaten verstärkten optischen L-Band-Signalkomponente mit der separaten verstärkten optischen C-Band-Signalkomponente und zum Ausgeben eines kombinierten Signals konfiguriert ist.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach Anspruch 1, wobei der Verteiler des Weiteren eine Kombiniereinrichtung umfasst, die die separate verstärkte L-Band-Komponenten-Signalkomponente mit der separaten verstärkten C-Band-Komponenten-Signalkomponente kombiniert.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verteiler des Weiteren einen Zirkulator umfasst, der: die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten an einem ersten Anschluss über den ersten Weg empfängt; die zweifachem Verstärkungs-Abflachen unterzogene verstärkte optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente an einem zweiten Anschluss ausgibt; die separate verstärkte L-Band-Komponenten-Signalkomponente an einem dritten Anschluss empfängt; und die separate verstärkte L-Band-Komponenten-Signalkomponente an einem vierten Anschluss auf einem vierten Weg ausgibt.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verteiler des Weiteren einen Teiler umfasst, der die verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in separate verstärkte optische C- und L-Band-Signalkomponenten auf einem fünften bzw. einem dritten Weg teilt.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach Anspruch 4, der des Weiteren einen Isolator umfasst, der mit dem Teiler verbunden ist und die von dem Teiler empfangene optische C-Band-Komponente weiter laufen lässt, während in der entgegengesetzten Richtung strömendes Licht gesperrt wird.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach Anspruch 4 oder 5, der des Weiteren einen ersten und einen zweiten wellenlängenselektiven Koppler umfasst, der zwischen der dritten Verstärkungseinheit und dem Teiler bzw. zwischen dem Teiler und der zweiten Verstärkungseinheit angeordnet ist, so dass die zweite Verstärkungseinheit mit einem Rest-Pumplicht gepumpt wird, das von der dritten Verstärkungseinheit ausgegeben wird.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der des Weiteren eine erste Erbiumfaser umfasst, die mit dem Eingang eines ersten wellenlängenselektiven Kopplers verbunden ist, um die optischen C- und L-Band-Signalkomponenten zu verstärken; eine erste Lichtquelle, die ein erstes Pumplicht mit einer ersten vorgegebenen Wellenlänge in Richtung der ersten Erbiumfaser ausgibt; und einen wellenlängenselektiven Koppler, der das Pumplicht von der ersten Lichtquelle ausgibt und mit dem Ausgang der ersten Erbiumfaser verbunden ist.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der des Weiteren umfasst: eine Erbiumfaser, die mit dem Eingang des Zirkulators verbunden ist, um die zweifachem Verstärkungs-Abflachen unterzogene verstärkte optische C-Band-Signalkomponente und die verstärkte optische L-Band-Signalkomponente zu verstärken; eine zweite Lichtquelle, die eine zweites Pumplicht, das eine zweite vorgegebene Wellenlänge hat, in Richtung der zweiten Erbiumfaser ausgibt; und einen weiteren wellenlängenselektiven Koppler, der das Pumplicht von der zweiten Lichtquelle ausgibt und mit dem Ausgang der zweiten Erbiumfaser verbunden ist.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der des Weiteren einen Isolator umfasst, der mit einem Eingang des Verstärkers verbunden ist, und Licht, das in den Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker eingeleitet wird, in einer Vorwärtsrichtung weiter laufen lässt, während er verhindert, dass Licht in einer Rückwärtsrichtung strömt.
Breitband-Lichtleitfaser-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die dritte Verstärkungseinheit eine Erbiumfaser ist, die mit einem Pumplicht gepumpt wird, das über einen vierten wellenlängenselektiven Koppler empfangen wird.
Verfahren zum Einsatz in einem optischen Kommunikationssystem, wobei das Verfahren darauf gerichtet ist, ein optisches Signal, das aus einer optischen C-Band-Signalkomponente und einer optischen L-Band-Signalkomponente besteht, so zu verstärken, dass die Verstärkung einen hohen Verstärkungs-Wirkungsgrad ergibt und gleichzeitig eine geringere Rauschzahl aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (1) Verstärken des optischen Signals, das aus dem optischen C- und L-Band-Signalkomponenten besteht, in einer ersten Verstärkungsstufe; (2) Empfangen der verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten von der ersten Verstärkungsstufe über einen ersten Weg in einer Verteilungsstufe; (3) Ausgeben der verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten von der Verteilungsstufe; (4) ausschließliches Verstärkungs-Abflachen der ausgegebenen optischen C-Band-Signalkomponente in einer Verstärkungs-Abflach-Stufe; (5) Zurückreflektieren der Verstärkungs-Abflachen unterzogenen optischen C-Band-Signalkomponente zu der Verstärkungs-Abflach-Stufe; (6) erneutes Verstärkungs-Abflachen der zurückreflektierten, Verstärkungs-Abflachen unterzogenen optischen C-Band-Signalkomponente in der Verstärkungs-Abflach-Stufe; (7) Verstärken der zweifachem Verstärkungs-Abflachen unterzogenen zurückreflektierten optischen C-Band-Signalkomponente und einer zurückreflektierten optischen L-Band-Signalkomponente in einer zweiten Verstärkungs-Stufe; (8) Teilen der in Schritt (7) verstärkten optischen C- und L-Band-Signalkomponenten in eine separate optische C- und eine L-Band-Signalkomponente; (9) Ausgeben der separaten optischen L-Band-Signalkomponente von der Verteilungsstufe; (10) Verstärken der separaten optischen L-Band-Signalkomponente in einer dritten Verstärkungsstufe; (11) Zurückreflektieren der in Schritt (10) verstärkten separaten optischen L-Band-Signalkomponente zu der Verteilungsstufe; (12) Kombinieren der in Schritt (11) zurückreflektierten verstärkten separaten optischen L-Band-Signalkomponente mit der separaten optischen C-Band-Signalkomponente aus Schritt (8), um ein kombiniertes optisches Signal auszubilden; und (13) Ausgeben des kombinierten optischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Verstärkens des optischen Signals, das aus der optischen C- und der L-Band-Signalkomponente besteht, in einer ersten Verstärkungs-Stufe des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Ausgeben eines ersten Pumplichts mit einer ersten vorgegebenen Wellenlänge in Richtung einer ersten Erbiumfaser von einer ersten Lichtquelle; und Ausgeben des Pumplichts von der ersten Lichtquelle von einem ersten wellenlängenselektiven Koppler, der mit dem Ausgang einer ersten Erbiumfaser verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Wellenlänge 980 nm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Schritt des Verstärkens der zweifachem Verstärkungs-Abflachen unterzogenen zurückreflektierten optischen C-Band-Signalkomponente und der zurückreflektierten optischen L-Band-Signalkomponente des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Ausgeben eines zweiten Pumplichts mit einer zweiten vorgegebenen Wellenlänge in Richtung einer zweiten Erbiumfaser von einer zweiten Lichtquelle; und Ausgeben des Pumplichts von der zweiten Lichtquelle von einem zweiten wellenlängenselektiven Koppler, der mit dem Ausgang der zweiten Erbiumfaser verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweite Wellenlänge 1480 nm beträgt.