DE69005794T2

DE69005794T2 - Optische Verstärkungseinrichtung mit niedrigem Rauschen und Reflexion der Pumpleistung.

Info

Publication number: DE69005794T2
Application number: DE69005794T
Authority: DE
Inventors: Flavio Fontana; Giorgio Grasso; Aldo Righetti
Original assignee: Pirelli Cavi SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2010-10-16
Also published as: IE903836A1; CN1018787B; CN1052234A; AU6458790A; HU906941D0; DE69005794D1; ATE99841T1; CZ283653B6; PL164795B1; US5138483A; NO904676D0; FI905340A0; IT8922196A1; MY107270A; KR910008468A; NO302328B1; PT95726B; JP2963187B2; RU2085043C1; HUT58418A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker für faseroptische Fernmelde- bzw. Fernübertragungsleitungen, und insbesondere einen optischen Vorverstärker, der hohe Wirksamkeit, zu verstehen als eine Verstärkung mit Bezug auf die Eingangspumpenergie, und eine Low-Noise-Gestaltung hat.
Auf dem Gebiet der Fernübertragungsleitungen sind neuerdings optische Fasern eingeführt worden, bei denen ein moduliertes Signallicht der Eingang ist; diese optischen Systeme sind vor allem als Folge der Tatsache besonders zweckmäßig, daß optische Fasern ein Signal über große Distanzen oder Strecken mit sehr verringerten Schwächungen oder Dämpfungen übertragen können.
Um die Signalübertragungsstrecke weiter zu verlängern, sind optische Verstärker bereits bekannt, die mit einem Teil aus einer sogenannten "aktiven" Faser versehen sind, in welchen Licht-"Pump"-Energie einer kürzeren Wellenlänge als diejenige der Signalenergie geführt wird, welche Pumpenergie im Inneren der aktiven Faser einen Übergang zu dem Zustand von Laseremission der darin vorhandenen Dotierungsmittel hervorruft; das Vorhandensein eines Signals, welches eine Wellenlänge hat, die dem genannten Laseremissionszustand entspricht, führt zu einem Zerfallen bzw. zu einem Übergang der Dotierungsmittelatome von dem Laserzustand zu einem Basiszustand, der einer Lichtemission zugeordnet ist, die mit dem Signal verträglich ist, so daß dessen Verstärkung hervorgerufen wird.
Die genannten optischen Verstärker ermöglichen das Erreichen einer Signalverstärkung in der Faser ohne Zuflucht zu einer elektronischen Vorrichtung zu nehmen, welche erfordert, daß das zu übertragende Signal von optisch zu elektrisch umgewandelt wird, dann elektrisch verstärkt wird und wiederum zu einem optischen Signal umgewandelt wird, wodurch in die Fernübertragungsleitung alle Begrenzungen oder Beschränkungen eingeführt werden, die den verwendeten elektronischen Vorrichtungen eigen sind, wobei insbesondere die Übertragungsfrequenz beschränkt oder begrenzt wird.
Für ihr Arbeiten benötigen optische Verstärker eine Quelle von Pumplicht einer besonderen Wellenlänge, die kürzer ist als diejenige der Übertragung, wobei das Pumplicht in die das Signal führende Faser über einen dichroitischen Koppler bzw. einen optischen Multiplexer eingeführt wird und sich in der aktiven Faser ausbreitet mit einer zunehmenden Schwächung seiner Lichtenergie in der Faserlänge, hauptsächlich als Folge des Übergangs von Energie zu den Dotierungsmitteln, die in den Laseremissionszustand angeregt werden.
Daher nimmt die Licht-Pumpenergie, die für die Verstärkung des Verstärkers verantwortlich ist, innerhalb der aktiven Faser allmählich ab, so daß die Ausbeute der Eigenschaften der aktiven Faser über deren Länge zunehmend geringer wird.
Die minimale Lichtenergie, die für jeden Abschnitt der aktiven Faser benötigt wird, so daß eine Verstärkung erreicht werden kann, ist als Schwellenenergie bezeichnet, oberhalb von welcher eine Besetzungsumkehr stattfindet, was bedeutet, daß in dem angeregten Laseremissionszustand eine höhere Anzahl von Atomen als in dem Basiszustand vorhanden ist, so daß daher die Signalphotonen einen Übergang von dem Laseremissionszustand zu dem Lichtemissionsbasiszustand hervorrufen können, um auf diese Weise eine Verstärkung zu ergeben.
Wenn im Gegensatz dazu die Lichtenergie geringer als die Schwellenenergie ist, ist die atomische Besetzung im Basiszustand höher und die Signalphotonen bewirken sehr wahrscheinlich durch sie selbst einen Übergang zu dem angeregten Zustand, so daß anstelle einer Verstärkung eine Signalschwächung auftritt.
Da weiterhin auch die Möglichkeit von spontanen Übergängen von dem angeregten Zustand zu dem Basiszustand mit einer von dem Signal unabhängigen Lichtemission, die bei geringen Verstärkungen als "Geräusch" definiert ist, d. h. mit einer Pumpenergie, die geringfügig höher als die Schwellenenergie ist, vorhanden ist, ist ein niedriger Störabstand vorhanden, der die Qualität der Übertragung beeinträchtigt; tatsächlich ist, wenn die Pumpenergiewerte nahe den Schwellenwerten liegen, d. h. in einem Zustand verringerter Besetzungumkehr, eine größere Anzahl von Atomen spontanem Zerfall oder Übergang mit Bezug auf solche unterworfen, in denen ein stimulierter Übergang auftritt, der zu einer Verstärkung führt: Als Ergebnis ergibt sich eine Verschlechterung des Störabstands.
Wegen dieser Erscheinung wird die aktive Faser mit einer bemerkenswert kürzeren Länge ausgewählt gegenüber der Länge entsprechend dem Erzielen oder Erreichen der Schwellenenergie an ihrem Endabschnitt.
Auf diese Weise wird jedoch ein Teil der Pumpenergie nicht genutzt, so daß die Verstärkerwirksamkeit begrenzt ist und, da diese Energie sich in der Übertragungsfaser stromabwärts des Verstärkers ausbreitet, kann sie zusätzlich zu Nachteilen führen, insbesondere, wenn der beschriebene Verstärker ein Vorverstärker an dem Ende einer Fernübertragungsleitung ist, die mit einer empfangenden elektronischen Vorrichtung verbunden ist.
Es ist daher erforderlich, einen optischen Verstärker zu erhalten, der eine verringerte "Geräuschgestaltung" hat, d. h. den maximalen Ausgangsstörabstand hat und in der Lage ist, die ungenutzte Pumpenergie am Verstärkerausgang zu beseitigen.
Demgemäß bezweckt die vorliegende Erfindung, einen optischen Aktivfaserverstärker des oben beschriebenen Typs zu schaffen, der hohe Wirksamkeit mit Bezug auf die Pumpenergie zeigt und in der Lage ist, maximale Ausnutzung der aktiven Faser zu erreichen, während der Pumpenergiewert über ihre gesamte Länge im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei gleichzeitig die Ausbreitung des Pumplichtes jenseits der aktiven Faser verhindert ist.
Die vorliegende Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein optischer Verstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus IEEE Photonics Technology Let ters, Vol. 1, Nr. 9, September 1989, Seiten 267 bis 269, bekannt.
Daher ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein optischer Verstärker des Aktivfasertyps, der an eine optische Faser in einem optischen Fernübertragungssystem geschaltet werden kann, wobei der Verstärker einen optischen Aktivfaserteil aufweist, der eine Laseremittiersubstanz enthält und mit der optischen Fernübertragungsfaser verbunden werden kann und Licht von dieser mit der Übertragungswellenlänge empfängt und weiterhin gespeist ist von einer Lichtquelle mit einer Pumpwellenlänge, die kürzer als die Übertragungswellenlänge ist, wobei das Pumplicht in der aktiven Faser absorbiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Faser eine Länge hat entsprechend einer Teilabsorption des Direkteingang-Pumplichts, und daß stromabwärts der aktiven Faser ein auswählendes Spiegelelement vorhanden ist, welches das Licht mit der Pumpwellenlänge reflektiert und für das Licht mit der Übertragungswellenlänge transparent ist.
Das Spiegelelement hat ein Reflexionsvermögen in der aktiven Faser kleiner als -40 dB bei der Übertragungswellenlänge, und höher als -10 dB bei der Pumpwellenlänge.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Spiegelelement aus diskreten Komponenten, umfassend einen dichroitischen Spiegel und zwei Fokussiergruppen, die Licht von der aktiven Faser zu dem dichroitischen Spiegel bzw. von dem dichroitischen Spiegel zu der optischen Fernübertragungsfaser senden können.
Alternativ bestehen die Spiegelelemente aus einem oder mehreren monolithischen faseroptischen Element(en).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Spiegelelement aus einem optischen Demultiplexer, der eine Eingangsfaser hat, welche mit dem Ende der aktiven Faser verbunden und in der Lage ist, die Übertragungswellenlänge und die Pumpwellenlänge, die in einer einzigen Faser multiplext sind, zu empfangen, und zwei Ausgangsfasern hat, wobei der Demultiplexer in der Lage ist, die Übertragungswellenlänge auf einer der Ausgangsfasern, und die Pumpwellenlänge auf der anderen Ausgangsfaser zu trennen, die Ausgangsfaser, welche die Übertragungswellenläge führt, mit der Fernübertragungsfaser verbunden ist, und wobei die die Pumpwellenlänge führende Ausgangsfaser an ihrem Ende mit einem Spiegel versehen ist, der wenigstens die Pumpwellenlänge reflektieren kann.
Zweckmäßig ist bei dieser Ausführungsform der Spiegel ein dichroitischer Spiegel mit einem Reflexionsvermögen kleiner als -20 dB bei der Signalwellenlänge und einem Reflexionsvermögen von höher als -5 dB bei der Pumpwellenlänge, und der Demultiplexer hat eine Isolierung bzw. Trennung von höher als -10 dB zwischen der Übertragungswellenlänge und der Pumpwellenlänge.
Mehr Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, in welcher:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Verstärkers gemäß der bekannten Technik zeigt;
- Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, welche die Änderung der Pumpenergie und des entsprechenden Verstärkungsgewinns in der Aktivfaserlänge des Verstärkers gemäß Fig. 1 zeigt;
- Fig. 3 die schematische Darstellung eines optischen Verstärkers gemäß der Erfindung zeigt, der eine reflektierende Einheit aufweist;
- Fig. 4 eine schematische Darstellung des in Fig. 3 dargestellten Verstärkers gemäß einer besonderen Ausführungsform ist; und
- Fig. 5 eine schematische Darstellung ist, die die Änderung der Pumpenergie und des entsprechenden Verstärkungsgewinns in der Aktivfaserlänge des Verstärkers gemäß Fig. 3 zeigt.
Die Struktur eines optischen Verstärkers des Aktivfasertyps ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, in welcher das Bezugszeichen 1 eine optische Fernübertragungsfaser bezeichnet, an welche ein Übertragungssignal St einer Wellenlänge s geliefert wird; da das Signal sich nach einer gewissen Länge der Faser 1 schwächt, wird es zum Zweck der Verstärkung zu dem Eingang eines dichroitischen Kopplers 2 oder eines optischen Multiplexers einer an sich bekannten Art geliefert, wo es mit dem Pumplicht Lp einer Wellenlänge p zusammengefügt wird, welches durch einen Pumplaseremitter 3 erzeugt und über eine betreffende Faser 4 an den Eingang des Kopplers 2 geliefert wird; die beiden an dieselbe Faser 5 gekoppelten Wellenlängen, die aus dem dichroitischen Koppler 2 austreten, sind daher ein Eingang in die aktive Faser 6.
In der Aktivfaser 6 tritt in Gegenwart der Lichtpumpenergie eine Lichtemission auf, die bei der Wellenlänge s stimuliert wird und demgemäß das Übertragungssignal St verstärkt, welches zu ihr geliefert wird; das Übertragungssignal wird dann in die Übertragungsfaser 7 eingeführt und wandert in Richtung gegen seine Bestimmung, die entweder ein anderer Teil des optischen Kabels oder eine Anschlußempfangsvorrichtung sein kann.
In dem ersten Fall ist der Verstärker als ein Leitungsverstärker definiert, während in dem zweiten Fall das Gebilde als ein "Vorverstärker" definiert wird, d. h. eine Vorrichtung, welche die Intensität des optischen Signals am Ende einer Übertragungsleitung erhöhen kann vor seiner Umwandlung zu einem elektrischen Signal.
Wie in Fig. 2 dargestellt, nimmt die Lichtpumpenergie P innerhalb der aktiven Faser ab, wenn die Länge der Faser 1 zunimmt, und sie hat eine im wesentlichen lineare Entwicklung, beginnend von dem Eingangswert Pi, weil sie ihrerseits durch die Faser absorbiert wird, so daß darin enthaltene Dotierungsmittel in den Laseremissionszustand gebracht werden.
Nach dem Passieren eines Teils 1s der aktiven Faser erreicht die Pumpenergie an deren Innenseite den Sättigungsenergiewert Ps, unter welchem Wert die Energieverteilung in der Faser derart ist, daß sie keine Übertragungssignalverstärkung, d. h. keinen Gewinn, sondern eine Schwächung des Signals hervorruft als Folge des Übergangs der aktiven Substanzen der Faser in einen angeregten Zustand zum Nachteil der Signallichtenergie selbst.
Die qualitative Entwicklung des Verstärkungsgewinns G in Abhängigkeit von der Länge der aktiven Faser ist in Fig. 2 dargestellt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, zeigt für Faserlängen nahe der Sättigungslänge 1s die Verstärkung eine sehr kleine Zunahme bis zu dem Wert Gmax, wohingegen für Faserlängen länger als 1s eine Abnahme der Verstärkung auftritt.
Daher wird für praktische Zwecke eine Faserlänge 1u, die kürzer als 1s ist, verwendet, um eine ausreichende Verstärkung Gu für das Signal zu haben, und zwar mit dem Einführen des minimalen Geräusches, hervorgerufen durch spontane Übergänge vom Laseremissionszustand zum Basiszustand.
Geräusch ist tatsächlich proportional zur Atombesetzung, die in dem oberen Laserpegel vorhanden ist, und es verringert sich entlang der Faser weniger schnell als die Verstärkung, wenn die Pumpenergie sich in der Faser verringert.
Wie im Diagramm der Fig. 2 dargestellt, ist in einer aktiven Faser die maximale Pumpenergie Pi, welche die maximal erreichbare Verstärkung je Längeneinheit der Faser bestimmt, nur in dem anfänglichen Bereich der Faser vorhanden, wohingegen nachfolgend die Pumpenergie bemerkenswert geringer wird, was zu einer verringerten Ausnutzung der verfügbaren Länge der aktiven Faser für Verstärkungszwecke führt, wie es durch das Verstärkungsdiagramm ausgedrückt ist, welches in Fig. 2 dargestellt ist.
Im Fall eines Vorverstärkers, d. h. eines Verstärkers, der an dem Ende einer optischen Leitung angeordnet ist, ist es unmittelbar stromaufwärts eines Empfangsteils und eines das optische Signal zu einem elektrischen Signal umwandelnden Teils möglich, eine Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit beim Empfang zu erzielen, wenn das Geräusch des Vorverstärkers geringer als das Geräusch der Empfangsvorrichtung ist.
Da das Verstärkergeräusch seinem Gewinn oder seiner Verstärkung proportional ist, gibt es einen Verstärkungswert, für den die beiden Geräuschbeiträge die gleichen sind; dieser eine ist der maximale Verstärkungswert, der in einem Vorverstärker verwendet werden sollte, für den Zweck, das Ansprechen bzw. die Ansprechempfindlichkeit beim Empfang zu verbessern.
Die Anwendung höherer Verstärkungsgewinne kann andererseits zweckmäßig sein aus verschiedenen Gründen, um stromabwärts des Vorverstärkers weniger teure Vorrichtungen zu verwenden, beispielsweise ohne nachteilige Beeinflussung der Ansprechempfindlichkeit beim Signalempfang.
Wenn optische Verstärker als Vorverstärker verwendet werden, wird daher eine Faserlänge verwendet, die in der Lage ist, eine Pumpenergie P an dem Faserende zu liefern, die zu einer Gesamtverstärkung des gleichen Pegels oder Wertes führt wie die Zunahme der Ansprechempfindlichkeit.
Gemäß der Erfindung ist in einer Verstärkungseinheit, wie in Fig. 3 dargestellt, die einen dichroitischen Koppler 2, einen Pumplaser 3 und eine aktive Faser 6 aufweist, ein selektives (oder dichroitisches) Spiegelelement 8 stromabwärts der aktiven Faser 6 vorgesehen, welches die Pumpwellenlänge p reflektieren kann, wobei die Übertragungswellenlänge s ungeändert hindurchtreten gelassen wird.
Mit dem Ausgang des Spiegelelementes 8 ist die Übertragungsfaser 7 verbunden, die das verstärkte Signal führt und dazu gestaltet ist, es zu seiner Bestimmung zu übertragen.
Das Spiegelelement 8 reflektiert, wie in dem Diagramm der Fig. 5 dargestellt, die Restpumpenergie Pr, die an dem Ende des Teils 1p der aktiven Faser 6 vorhanden ist, rückwärts innerhalb der aktiven Faser, so daß die reflektierte Energie Prif der von dem Laser 3 direkt emittierten Pumpenergie Pdir hinzugefügt wird, so daß in der aktiven Faser ein Pumpenergiewert erhalten wird, der sich nach oben erhöht, im wesentlichen konstant ist oder sich mit einer verringerten Neigung oder Steigung über die gesamte Länge der verwendeten aktiven Faser verringert, wie es in der Fig. mit der strichpunktierten Linie Ptot dargestellt ist.
Es ist daher möglich, einen hohen Besetzungsumkehrwert in der gesamten Faser beizubehalten, der zu einer verbesserten Verstärkung führt, wobei das von dem Verstärker erzeugte Geräusch gleich ist.
Das Spiegelelement 8 kann "mikrooptisch" gemacht werden durch die Verwendung eines selektiven Spiegels, der mit einer in zweckentsprechender Weise behandelten Platte, welche lediglich die Pumpwellenlänge reflektiert, gebildet ist, mit Linsenfokussierteilen oder dergleichen ausgerüstet ist, angepaßt ist, um das Licht von der optischen Faser zu dem Spiegel und von dem Spiegel wiederum zu der optischen Faser stromaufwärts des Spiegels über die reflektierte Wellenlänge, und zu der Übertragungsfaser stromabwärts des Spiegels über die Durchtrittswellenlänge zu fördern; alternativ ist es möglich, das Spiegelelement in monolithischer Form zu bilden unter Verwendung der gleichen optischen Übertragungsfaser oder mehrerer optischer Fasern, was zu Vorteilen führt vom Gesichtspunkt der Stabilität des Zusammenbaus bzw. des Gebildes aus.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 dargestellt ist, besteht das Spiegelelement 8 aus einem zweiten dichroitischen Koppler 9 oder optischen Demultiplexer, der eine Eingangsfaser 10 und zwei Ausgangsfasern 11, 12 hat, in denen die Übertragung s und das Pumpen p jeweils getrennt sind.
Mit der Ausgangsfaser 11 ist die optische Übertragungsfaser 7 stromabwärts des Verstärkers verbunden, wohingegen ein Spiegel 13 an dem Ende der Faser 12 angebracht ist.
Wie auf dem hier in Rede stehenden Gebiet bekannt, ist mit einem Demultiplexer ein optisches Element gemeint, welches Licht, das zwei unterschiedliche Wellenlängen hat, an einer einzigen Eingangsfaser empfangen kann, wobei die gleichen Wellenlängen getrennt auf zwei Ausgangsfasern emittiert werden.
Ein echter optischer Demultiplexer bzw. eine solche Entkopplungseinrichtung hat, in der gleichen Weise wie ein Multiplexer oder ein dichroitischer Koppler, einen gewissen Grad an Trennung zwischen den Ausgangswellenlängen, d. h., daß ein kleiner Bruchteil des Übertragungssignals in dem Demultiplexerzweig 12 gefunden werden kann; ein solches Signal könnte, wenn es einmal durch den Spiegel 13 reflektiert ist, in der Übertragungsleitung und in der optischen Faser gefährlich sein, da es ebenfalls verstärkt würde und zu Interferenzerscheinungen mit dem Übertragungssignal führen könnte.
Daher werden, falls der Demultiplexereingang einen niedrigen Grad an Trennung zwischen den Wellenlängen einführt, der niedriger als 20 dB ist, Vorkehrungen getroffen für die Anordnung eines Spiegels 13 des dichroitischen Typs, der ein Spiegel ist, der ein verringertes Reflexionsvermögen bei den Übertragungswellenlängen, niedriger als -20 dB, hat, so daß in dem Spiegelelement 8, welches bei dieser Ausführungsform mit dem Demultiplexer 9 und dem dichroitischen Spiegel gebildet ist, eine Gesamttrennung in allen Fällen von höher als 40 dB bei der Wellenlänge s vorhanden ist.
Es ist festzustellen, daß das Licht mit der Wellenlänge s zweimal durch den Demultiplexer hindurchtritt, und zwar vor und nach der Reflexion; daher wirkt die Demultiplexertrennung zweimal beim Beschränken der Lichtenergie der Wellenlänge s, die durch den Spiegel reflektiert wird und als Eingang in die Faser 6 und demgemäß in die Übertragungsleitung gelangt.
Sollte der Demultiplexer einen Trennungsgrad von höher als 20 dB haben, ist der Demultiplexer ausreichend, um das Nichtvorhandensein von Reflexionsgeräuschen der Übertragungswellenlänge in der Leitung zu gewährleisten, und daher ist der Spiegel 13 bei allen verwendeten Wellenlängen reflektierend.
Zweckmäßig kann der Spiegel 13 erhalten werden durch Plattieren des Endes der Faser 12, welches durch Spaltung oder gemäß anderen bekannten Techniken geschnitten ist, mit denen an dem Ende der Faser 12, welche die genannten Merkmale hat, eine reflektierende Fläche oder ein reflektierender Bereich erzeugt wird.
Die Struktur der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist besonders zweckmäßig, weil sie vollständig aus optischen Fasern gebildet ist und daher stark ist und im Verlauf der Zeit auf Schwingungen oder Verformungen nicht anspricht, denen eine miniaturisierte Fokussiervorrichtung und dergleichen unterworfen werden könnte, und weil die Kombination der Trenncharakteristiken, die zu dem Demultiplexer gehören, und des selektiven Reflexionsvermögens, welches zu dem dichroitischen Spiegel gehört, eine große Freiheit während des Planungsschrittes bieten, um das am meisten zweckentsprechende Ergebnis für die spezielle Anwendung zu erzielen, wobei insbesondere maximale Reflexionen der Pumpwellenlänge geboten werden, wohingegen in der Übertragungswellenlänge die Reflexion minimal ist.
Eine Verstärkungseinheit gemäß der Erfindung ist gebildet worden gemäß dem Diagramm in Fig. 4, und eine Verstärkungseinheit, die keinen Reflexionsteil hat gemäß dem Diagramm der Fig. 1 wurde für Vergleichszwecke gebildet.
In beiden Ausführungsformen wurde eine Übertragungsleitung verwendet mit einer Signalwellenlänge s von 1536 nm und eine Pumplaserdiode 3 einer Energie von 10 mW und einer Wellenlänge p von 980 nm.
Ein 980-1536 nm-optischer Multiplexer oder Koppler 2 wurde verwendet mit einer 90% Kopplung bei 980 nm und einer Trennung von 15 dB.
In beiden Tests wurde eine Si/Ge aktive Faser 6 des Stufenindextyps verwendet, die mit Er³&spplus;-Ionen dotiert wurde.
In der Verstärkungseinheit gemäß dem Diagramm der Fig. 1 wurde eine aktive Faser einer Länge von 9 m verwendet, wohingegen in der Verstärkungseinheit gemäß dem Diagramm der Fig. 3 die aktive Faser eine Länge von 7 m hatte.
Bei dem Verstärker der Fig. 4 hatte der 980-1536 nm-Demultiplexer 9 eine 90% Kopplung bei 980 nm und eine 90% Kopplung bei 1536 nm; auf beiden ausgehenden Zweigen war eine Trennung von 30 dB vorhanden.
Der Spiegel 3 wurde erhalten durch Vergolden des Endes der Demultiplexerfaser 11.
Die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration mit einer Länge der aktiven Faser von 9 m hat eine Verstärkung G&sub1; von 20 dB ergeben mit einem Geräuschwert definiert als (S/N)i/(S/N)o = 5 dB.
Die Konfiguration, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, mit einer Länge der aktiven Faser von 7 m hat eine Verstärkung G&sub2; von 20 dB ergeben, d. h. eine Verstärkung identisch der vorhergehenden Verstärkung, mit einem Geräuschwert, definiert als (S/N)i/(S/N)o = 3 dB, was eine Verringerung des Geräuschwertes von 1,5 dB bedeutet.
Als Folge wurde in der Qualität des übertagenen Signals eine wichtige Verbesserung erzielt als Folge des geringeren Geräusches, welches von dem Verstärker gemäß der Erfindung in die Übertragungsleitung eingeführt wurde.
Zusätzlich ermöglicht es das Vorhandensein des Demultiplexers, daß die Pumpwellenlänge von der Leitung 7 beseitigt wird, wodurch die Verwendung von Filtern oder ähnlichen Einrichtungen vermieden ist.
Mit dem erfinderischen Verstärker ist es möglich, eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit in der Empfangsvorrichtung zu erzielen, ohne daß für diesen Zweck eine Erhöhung der Pumpenergie erforderlich wäre, was zur Verwendung von stärkeren Laserdioden oder von zwei gekoppelten Dioden führen würde, wobei die erstere nicht immer verfügbar wäre und zu hohen Kosten führte, und das letztere in großem Ausmaß Beschädigungen und einem Versagen unterworfen wäre.
Allgemeiner gesagt, ist es mit dem Verstärker gemäß der Erfindung, in Abhängigkeit von den besonderen Anforderungen jeder speziellen Anwendung, möglich, entweder den Geräuschwert in der Übertragung bei gleicher Energie zu verbessern, oder bei gleicher angelegter Pumpenergie eine höhere Verstärkung zu erreichen oder, ohne die erzielte Verstärkung zu modifizieren, eine Pumplichtquelle zu verwenden, die niedrigere Energie hat.
Während die Erfindung beschrieben worden ist in Verbindung mit optischen Vorverstärkern, ist zu verstehen, daß sie nicht auf die letzteren beschränkt werden darf, da sie ebenso bei Leitungsverstärkern und ähnlichen Vorichtungen angewendet werden kann, in denen es zweckmäßig ist, über die gesamte Länge der verwendeten optischen Faser einen hohen Pumpenergiepegel zu erzielen.

Claims

1. Optischer Verstärker des Aktivfasertyps, der an eine optische Faser (1) in einem optischen Fernübertragungssystem geschaltet werden kann, wobei der Verstärker (2) einen optischen Aktivfaserteil (4) aufweist, der eine Laseremittiersubstanz (3) enthält und mit der optischen Fernübertragungsfaser (1) verbunden werden kann und Licht von dieser mit der Übertragungswellenlänge empfängt und weiterhin gespeist ist von einer Lichtquelle mit einer Pumpwellenlänge, die kürzer als die Übertragungswellenlänge ist, wobei das Pumplicht in der aktiven Faser (6) absorbiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Faser (6) eine Länge hat entsprechend einer Teilabsorption des Direkteingang-Pumplichts, und daß stromabwärts der aktiven Faser (6) ein auswählendes Spiegelelement (8) vorhanden ist, welches das Licht mit der Pumpwellenlänge reflektiert und für das Licht mit der Übertragungswellenlänge transparent ist.

2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (8) ein Reflexionsvermögen in der aktiven Faser hat, welches kleiner als -40 dB bei der Übertragungswellenlänge, und höher als -10 dB bei der Pumpwellenlänge ist.

3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (8) aus diskreten Komponenten besteht, umfassend einen dichroitischen Spiegel und zwei Fokussiergruppen, die Licht von der aktiven Faser zu dem dichroitischen Spiegel und von dem dichroitischen Spiegel zu der optischen Fernübertragungsfaser senden können.

4. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelemente aus einem oder mehreren monolithischen faseroptischen Elementen besteht.

5. Optischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (8) aus einem optischen Demultiplexer (9), der eine Eingangsfaser (10) hat, welche mit dem Ende der aktiven Faser (6) verbunden und in der Lage ist, die Übertragungswellenlänge und die Pumpwellenlänge, die in einer einzigen Faser multiplext sind, zu empfangen und zwei Ausgangsfasern (11,12) hat, wobei der Demultiplexer in der Lage ist, die Übertragungswellenlänge auf einer der Ausgangsfasern, und die Pumpwellenlänge auf der anderen Ausgangsfaser zu trennen, die Ausgangsfaser (11), welche die Übertragungswellenlänge führt, mit der Fernübertragungsfaser (7) verbunden ist, und die die Pumpwellenlänge führende Ausgangsfaser (12) an ihrem Ende mit einem Spiegel (13) versehen ist, der wenigstens die Pumpwellenlänge reflektieren kann.

6. Optischer Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (8) ein dichroitischer Spiegel ist, der ein Reflexionsvermögen von kleiner als -2 dB bei der Signalwellenlänge, und ein Reflexionsvermögen höher als -5 dB bei der Pumpwellenlänge hat.

7. Optischer Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Demultiplexer (9) eine Trennung zwischen der Übertragungswellenlänge und der Pumpwellenlänge von höher als -l0dB hat.