DE69229893T2

DE69229893T2 - Optische Verstärker

Info

Publication number: DE69229893T2
Application number: DE69229893T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Nakamura; I Kou Tei
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: EP0515179A2; US5589975A; EP0515179A3; CA2068975A1; EP0515179B1; ES2136611T3; CA2068975C; DE69229893D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[Gebiet der Erfindung]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Verstärkungssystem, das zweckmäßig für die Kompensation von Übertragungsverlust und Verbesserung der Signalempfangsempfindlichkeit verwendet wird, indem ein optischer Wellenleiter verwendet wird, der die Fähigkeit der optischen Verstärkung durch optisches Pumpen hat.

[Stand der Technik]

Optische Verstärkungssysteme, die optische Fasern verwenden, die eine optische Verstärkungsfähigkeit haben, sind bekannt und werden verwendet als Mittel zum Schalten von optischen Übertragungsleitungen bei optischen CATV-Systemen (Kabelfernsehsystemen) und anderen praktischen Anwendungen.
Es ist berichtet worden, daß Licht des 1,55 um Bandes wirksam durch Verwendung einer optischen Einzelmodefaser aus Silikatglas mit einem mit Erbium (Er) dotierten Kern in einem optischen Verstärkungssystem des oben beschriebenen Typs verstärkt werden kann.
Wie dies in Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, weist ein hier betrachtetes optisches Verstärkungssystem eine Pumpquelle 31 für optisches Pumpen, einen optischen Kombinie rer 32 zum Kombinieren von optischen Signalen und gepumptem Licht und eine optische Faser 33 auf, die einen mit einem Selteneerdelement dotierten Kern 33 aufweist, zu denen ein optischer Isolator 34 hinzugefügt ist.
Ein bekanntes optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, zeigt normalerweise einen Anstieg des Anregungspegels in der optischen Faser 33, wenn gepumptes Licht in die optische Faser 33 eingeführt wird, und verstärkt Lichtsignale, die in die optische Faser 33 eingespeist sind, während diese in ihren normalen Zustand vom angehobenen Anregungszustand zurückkehrt.
Ein solches optisches Verstärkungssystem hat eine große Verstärkung und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und ist daher im Stande, sich an die ultrahohe Geschwindigkeitsübertragungsumgebung selbst anzupassen.
Existiert jedoch kein Lichtsignal in der optischen Faser 33 für eine beträchtliche Zeitperiode, zum Beispiel mehrere Millisekunden, so wird unter der Bedingung, wo gepumptes Licht dauernd in die optische Faser 33 eingeführt wird, der Anregungspegel der optischen Faser 33 weiter angehoben, so daß das in die optische Faser 33 unter dieser Bedingung eingeführte Lichtsignal demgemäß um einen großen Verstärkungsfaktor verstärkt wird.
Bleibt daher die optische Faser 33 in einem Zustand, in dem während einer langen Zeitperiode kein optisches Signal in dasselbe eingebracht wird und unmittelbar darauf ein optisches Signal dort eingeleitet wird, so wird das optische Signal um einen sehr großen Verstärkungsfaktor verstärkt wer den, um intensive optische Pulse zu erzeugen, die wiederum die in Arbeitsrichtung weiter unten liegenden Systeme zerstören und/oder sättigen können.
Fig. 10(A) und 10(B) der beigefügten Zeichnungen zeigen Wellenformen, die erhalten werden, wenn ein bekanntes optisches Verstärkungssystem für ein Leitungsschaltungssystem verwendet wird.
Von diesen Darstellungen zeigt die Wellenform von Fig. 10(A), die erhalten wird, bevor sie optisch verstärkt ist, daß die Anstiegskante des Signals verstärkt wird, um starke Pulse zu erzeugen, wie dies deutlicher gesehen werden kann, wenn man dies mit derjenigen von Fig. 10(B) vergleicht, die nach optischer Verstärkung erhalten wird.
In Hinblick auf das oben beschriebene Problem des Standes der Technik ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Verstärkungssystem zu schaffen, das unabhängig von der Wellenform des ankommenden Signals richtig und geeignet arbeiten kann.
US-A-3 887 876 offenbart ein optisches Verstärkersystem, das einen Halbleiterverstärker zum Empfangen und Verstärken eines Lichteingangssignals aufweist: ein elektronischer Verstärker ist vorgesehen, um den Halbleiterverstärker in dem Moment, wo jeder Lichtpuls ankommt, zu pumpen, um die Verstärkung des Verstärkersystems zu verbessern; ein Teil des Lichteingangssignals wird zu einem Photodetektor abgezweigt, um den elektronischen Verstärker bei der Ankunft jedes Lichtpulses zu aktivieren.
EP-A-0 507 367 (veröffentlicht am 7. Oktober 1992) offenbart einen optischen Verstärker, der einen gepumpten Wellenleiter aufweist und eine Schutzanordnung einschließt, um den Verstärker bei Abwesenheit eines Signals wirkungslos zu machen, um die Augen von Personal zu schützen, das die Übertragungsleitung repariert oder wartet, in der der optische Verstärker enthalten ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Verstärkersystem vorgesehen, das eine Verstärkereinheit zum Empfangen und Verstärken eines Lichteingangssignals aufweist, wobei die Verstärkereinheit einen Verstärker und Pumpmittel zum Zuführen von Pumpenergie zum Verstärker, um es dem Verstärker zu ermöglichen, das ankommende Lichteingangssignal zu verstärken, und Mittel zum Detektieren der Abwesenheit von Lichteingangssignalen und zum Unterindex der Pumpenergie von den Pumpmitteln zum Verstärker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen optischen Wellenleiter aufweist, der dazu angeordnet ist, das Lichteingangssignal zu verstärken, wenn er durch Pumplicht gepumpt wird, das demselben von den Pumpmitteln zugeführt wird, daß die Detektionsmittel angeordnet sind, die Zufuhr von Pumplicht von den Pumpmitteln zum Verstärker während der andauernden Anwesenheit eines optischen Signals im Lichteingang zu ermöglichen, und daß das System so angeordnet ist, daß nach dem Beginn eines optischen Signals im Lichteingang (S) eine Zeitverzögerung vorhanden ist, bis der Anstieg des optischen Signals vorbei ist, bevor der Verstärker bei seinem voll an geregten Pegel arbeitet, um das optische Signal zu verstärken.
In einem optischen Verstärkungssystem gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird gepumptes Hilfslicht vorzugsweise zum optischen Wellenleiter auf konstanter Grundlage zugeführt, um den Wellenleiterverstärker schwach anzuregen, und so das Ansprechverhalten des Systems für optische Verstärkung zu vergrößern.
Die optische Verstärkereinheit des optischen Verstärkungssystems gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung weist vorzugsweise neben dem optischen Wellenleiter für optische Verstärkung einen optischen Kombinierer zum Speisen des optischen Wellenleiters mit dem Pumplicht und eine Treiberschaltung zum Treiben der Pumpquelle auf, und die durch einen Photodetektor gesteuert wird, der einen Teil des ankommenden Lichtsignals empfängt. Alternativ kann die optische Verstärkereinheit des erfindungsgemäßen optischen Verstärkungssystems einen optischen Schalter zum Einschalten und Ausschalten der Zufuhr von Pumplicht zum optischen Wellenleiter, eine Treiberschaltung zum Treiben der Pumpquelle und einen Photodetektor aufweisen, der einen Teil des ankommenden Lichteingangssignals empfängt und den optischen Schalter steuert.
Um den Wellenleiterverstärker schwach anzuregen und so die Ansprechbarkeit des Systems für optische Verstärkung zu erhöhen, kann eine Vorspannungsleistungsquelle mit der Pumpquelle der optischen Verstärkereinheit verbunden sein. Alternativ kann die optische Verstärkereinheit eine Hilfspumpquelle und eine Treiberschaltung zum Treiben der Hilfspumpquelle aufweisen. Noch alternativ kann eine optische Hilfspumpeinheit in Arbeitsrichtung hinter der optischen Verstärkereinheit angeordnet sein, um gepumptes Hilfslicht dem optischen Wellenleiter in einer Richtung zuzuführen, die derjenigen der Übertragung von optischen Signalen entgegengesetzt ist. Die optische Hilfspumpeinheit kann durch eine optische Hilfsverstärkereinheit eines dauernd arbeitenden Typs ersetzt werden, der in Arbeitsrichtung vor der optischen Verstärkereinheit angeordnet ist und mit derselben verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Verstärkersystem geschaffen, das eine Verstärkereinheit zum Empfangen und Verstärken eines Lichteingangssignals aufweist, wobei die Verstärkereinheit einen Verstärker und Pumpmittel zum Zuführen von Pumpenergie zum Verstärker, um das ankommende Lichteingangssignal zu verstärken, und Mittel zum Detektieren der Abwesenheit eines Lichteingangssignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen optischen Wellenleiter aufweist, der dazu angeordnet ist, das Lichteingangssignal unter Verwendung von Pumplicht zu verstärken, das ihm dauernd von den Pumpmitteln zugeführt wird, daß eine Blind- oder Scheinlichteingangseinheit vorgesehen ist, um ein Blind- oder Scheinlichteingangssignal dem Verstärker zuzuführen, und daß die Detektiermittel so angeordnet sind, daß sie die Anlegung des Blind- oder Scheinlichteingangssignals an den Verstärker während der andauernden Anwesenheit eines optischen Signals im Hauptlichteingang verhindern.
Vorzugsweise weist die Blind- oder Scheinlichteingangseinheit eine optische Blind- oder Scheinsignalquelle auf, die mit der optischen Verstärkereinheit mit Hilfe eines optischen Schal ters verbunden ist, der durch die Detektiermittel gesteuert wird.
Bei einem optischen Verstärkungssystem gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird der hohe Pegel von gepumptem Licht dem optischen Wellenleiter nur zugeführt, wenn ein ankommendes optisches Signal empfangen wird, während kein Pumplicht (oder gepumptes Licht mit einem lediglich niedrigen Pegel) dem optischen Wellenleiter zugeführt wird, solange wie kein ankommendes optisches Signal empfangen wird.
Die Zufuhr von gepumptem Licht mit hohem Pegel wird bei dem optischen Wellenleiter kurz nachdem ein optisches Signal in den optischen Wellenleiter übertragen ist vorgenommen. Daher gibt es keine volle optische Verstärkung der Anstiegsflanke eines optischen Signals, und demgemäß wird die Wirkung der optischen Verstärkung der Einheit nicht durch die Wellenform des optischen Signals beeinflußt, das durch dieselbe übertragen wird.
Der optische Wellenleiter wird sich in einem hochangeregten Zustand befinden, wenn auf geeignete Weise gepumptes Licht dem optischen Wellenleiter des obigen optischen Verstärkungssystems zugeführt wird, während gepumptes Hilfslicht dort zugeführt wird. Als Ergebnis wird die Stabilität und die Ansprechbarkeit des Systems auf diese Weise sehr verbessert.
Mit einem optischen Verstärkungssystem gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird gepumptes Licht konstant dem optischen Wellenleiter für stetige Anregung zugeführt, und es wird ein optisches Blind- oder Scheinsignal an den optischen Wellenleiter immer dann angelegt, wenn durch den optischen Wellenleiter kein optisches Signal übertragen wird, während kein optisches Blind- oder Scheinsignal an den optischen Wellenleiter angelegt wird, solange wie ein optisches Signal durch den optischen Wellenleiter übertragen wird.
Anders gesagt arbeitet der optische Wellenleiter dieses optischen Verstärkungssystems unter einer gesättigten Bedingung, und ein optisches Blind- oder Scheinsignal wird an den optischen Wellenleiter immer dann angelegt, wenn durch denselben kein optisches Signal übertragen wird, so daß es normal arbeitet, sogar wenn das optische Blind- oder Scheinsignal durch ein geeignetes optisches Signal ersetzt wird.
Als Ergebnis wird die Wirkung der optischen Verstärkung dieser Einheit auch nicht durch die Wellenform des dadurch hindurch geleiteten optischen Signals beeinflußt.
Es soll nun die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Verstärkungssystems;
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Wellenform eines optischen Signals, das an die Ausführungsform der Fig. 1 angelegt ist, bevor das Signal verstärkt wird;
Fig. 3 ein Blockdiagramm der ersten Ausführungsform, an der gewisse Abwandlungen vorgenommen worden sind;
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 ein Blockdiagramm der zweiten Ausführungsform, an der gewisse Änderungen vorgenommen sind;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ein Blockdiagramm eines konventionellen optischen Verstärkungssystems;
Fig. 10(A) eine graphische Darstellung, die die Wellenform eines optischen Signals zeigt, das an ein konventionelles optisches Verstärkungssystem angelegt wird, bevor das Signal verstärkt wird; und
Fig. 10(B) eine graphische Darstellung, die die Wellenform eines optischen Signals zeigt, das durch ein kon ventionelles optisches Verstärkungssystem verstärkt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Zuerst soll eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden.
Das in Fig. 1 dargestellte optische Verstärkungssystem weist einen optischen Übertragungsweg, der durch einen optischen Verzweigungsfilter 1, eine optische Übertragungsleitung 2, einen optischen Kombinierer 4, einen optischen Wellenleiter 5 und einen optischen Isolator 9 gebildet wird, und einen photoelektrischen Wandlerweg auf, der durch den optischen Verzweigungsfilter 1, eine optische Übertragungsleitung 3, einen Photodetektor 6, eine Treiberschaltung 7, eine Pumpquelle 8 und den optischen Kombinierer 4 gebildet wird, und der optische Kombinierer 4, der optische Wellenleiter 5, die Treiberschaltung 7 und die Pumpquelle 8 und auch andere Komponenten bilden eine optische Verstärkereinheit des optischen Verstärkungssystems.
Der optische Verzweigungsfilter 1 weist typischerweise einen Strahlteiler auf, der das ankommende Signallicht in einem Verhältnis von zum Beispiel 1 : 20 aufteilt.
Die optischen Übertragungsleitungen 2, 3 sind typischerweise optische Fasern mit Bedeckung vom Silikatglastyp und weisen einen Kern und eine Umhüllung auf.
Der optische Kombinierer 4 ist typischerweise ein Photokoppler, zum Beispiel ein Wellenteilermodul (WDF), um Signallicht und gepumptes Licht zu kombinieren oder zu mischen.
Der optische Wellenleiter 5 für optische Verstärkung ist typischerweise eine optische Faser vom Einzelmode vom Silikatglas- oder Fluoridglastyp, die einen Kern und eine Umhüllung aufweist und mit einem Kunststoffmaterial bedeckt ist.
Der Kern des optischen Wellenleiters 5 ist aus einem Grundglas vom Silikattyp oder Fluoridtyp hergestellt, dem ein oder mehrere Seltenerdelemente wie zum Beispiel Erbium (Er) und Praseodym (Pr) zugefügt sind. Zusätzlich können eine Substanz oder mehrere Substanzen, die von einer Gruppe von Substanzen ausgewählt sind, die Alkalierdelemente wie zum Beispiel Beryllium (Be), Oxide von Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)- Kristallen, Oxide von Yttrium-Lantanoid-Fluor (YLF)-Kristalle, einschließen, wobei Übergangsmetallionen dem Grundglas hinzugefügt werden.
Alternativ kann der Kern des optischen Wellenleiters 5 aus einem Fluoridglas vom mit Erbium dotierten ZBLAN-Typ (ZrF&sub4;- BaF&sub2;-LaF&sub3;-NaF) oder das unabhängig BaF&sub2;, AlF&sub3; und/oder NdF&sub3; enthält, hergestellt sein.
Die Umhüllung des optischen Wellenleiters 5 ist ebenfalls aus Glas vom Silikat- oder Fluoridtyp hergestellt, das eine oder mehrere Dotierungssubstanzen wie oben beschrieben enthält und offensichtlich einen Brechungsindex hat, der kleiner ist derjenige des Kerns.
Der Detektor 6 ist von bekanntem Typ und weist Photodioden (PD) auf, und die Treiberschaltung 7 ist eine geeignete elektrische Schaltung, die eine kommerzielle Leistungsversorgung einschließt.
Die Pumpquelle 8 weist typischerweise einen Halbleiterlaser auf, der zum Oszillieren imstande ist, um Licht mit einem gewünschten Frequenzband zu emittieren, das das Absorptionsfrequenzband des Dotierungsmaterials (Er, Pr, ...) ist, wie zum Beispiel das 0,8 um Band, das 0,98 um Band oder das 1,48 um Band im Falle der Er-Dotierung.
Der optische Isolator 9 ist eine optische Einrichtung, die keine Polarisationsempfindlichkeit hat, der wirksam Oszillation des Verstärkers (optischer Wellenleiter 5) aufgrund von Reflexion von Licht oder aus irgendeinem anderen Grund unterdrücken kann.
Das optische Verstärkungssystem, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet, um optische Signale in einer Weise wie unten beschrieben zu verstärken.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein ankommendes optisches Signals s in zwei optische Signale s1 und s2 (s1 : s2 = 20 : 1) durch den optischen Verzweigungsfilter 1 aufgeteilt. Danach werden die beiden optischen Signale s1 und s2 zu ihren entsprechenden optischen Übertragungsleitungen 2, 3 geführt, und dann pflanzt sich das erstgenannte zum optischen Wellenleiter (Er³&spplus;-dotierte optische Faser) 5 über den optischen Kombinierer 4 fort, während das letztgenannte in ein elektrisches Signal durch den Photodetektor 6 umgewandelt wird und zur Treiberschaltung 7 geführt wird.
Die Treiberschaltung 7 wird nur aktiviert, wenn sie ein elektrisches Signal vom Photodetektor 6 empfängt, um die Pumpquelle 8 anzutreiben (einzuschalten) und bleibt inaktiv, solange wie sie keinerlei elektrisches Signal vom Photodetektor 6 empfängt, um die Pumpquelle 8 ebenfalls inaktiv zu lassen.
Wird die Pumpquelle 8 durch die Treiberschaltung 7 in Betrieb gesetzt, so gibt sie gepumptes Licht ab, das zum optischen Wellenleiter 5 über den optischen Kombinierer 4 geführt wird.
Unter diesen Bedingungen wird, da die Relaxationszeit der gepumpten Elektronen ungefähr 10 ms beträgt, die Aktivierung des optischen Verstärkungssystems um diese Zeitspanne verzögert. Falls notwendig, kann sie weiter durch Verwendung der Treiberschaltung 7 verzögert werden.
Da das optische Verstärkungssystem von Fig. 1 in der oben beschriebenen Weise arbeitet, verstärkt es nicht das optische Signal s1 an der Anstiegsflanke im optischen Wellenleiter 5 und beginnt mit der Verstärkung des Signals s1 erst kurz nachdem die Anstiegsflanke vorbei ist.
Als Ergebnis ist das optische Verstärkungssystem frei von dem Problem, das früher beschrieben wurde, und führt seinen erwarteten zweckmäßigen Betrieb durch.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Wellenform eines optischen Signals, das erhalten wird, wenn ein optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, für ein Leitungsschaltsystem verwendet wird, und zwar bevor das Signal verstärkt ist.
Wenn man Fig. 2 und Fig. 10(B) vergleicht, ist es klar, daß das optische Verstärkungssystem von Fig. 1 nicht auf die Anstiegsflanke des ankommenden optischen Signals reagiert.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der ersten Ausführungsform, an der gewisse Veränderungen vorgenommen worden sind.
Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist eine Vorspannungsleistungsquelle 11 mit der Pumpquelle 7 der optischen Verstärkereinheit 10 verbunden, um die Ansprechbarkeit des optischen Wellenleiters 5 für optische Verstärkung zu vergrößern.
Da die Pumpquelle 8 dauernd bereit ist, ihre Rolle bei der optischen Verstärkung bei einem niedrigen Pegel zu spielen, da sie einen Vorspannungsstrom von der Vorspannungsleistungsquelle 11 sogar dann empfängt, wenn kein optisches Signal s2 daran angelegt ist und daher die Treiberschaltung 7 inaktiv bleibt, kann bei dieser Anordnung der optische Wellenleiter 5 den Betrieb der optischen Verstärkung unter Verwendung der Anregungsenergie durchführen, die von der Vorspannungsleistungsquelle 11 vorher geliefert worden ist, sogar, wenn es zu einer Verzögerung der Ankunft des gepumpten Lichts von der Pumpquelle 8 kommt, die durch die Treiberschaltung 7 betrieben wird, die durch ein optisches Signal s2 aktiviert wird. Daher kann diese abgewandelte Ausführungsform den Betrieb der optischen Verstärkung gleichzeitig mit der Anstiegsflanke eines ankommenden optischen Signals s1 beginnen, ohne daß irgendwelche anfänglichen Teile des optischen Signals ausgelassen werden.
Während das gepumpte Hilfslicht, das erzeugt wird, wenn ein Vorspannungsstrom an die Pumpquelle 8 angelegt wird, eine Wellenlänge hat, die identisch ist mit oder sehr nahe zu derjenigen des Hauptpumplichtes, ist der Ausgangspegel desselben sehr viel niedriger als derjenige des Hauptpumplichtes, da der optische Wellenleiter 5 nur schwach angeregt wird.
Es soll nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden.
Ein optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von demjenigen, das in Fig. 1 gezeigt ist, nur dadurch, daß seine optische Verstärkereinheit 10 zusätzlich einen optischen Schalter 12 aufweist und sein Photodetektor 6 mit dem optischen Schalter 12 verbunden ist, während seine übrigen technischen Merkmale im wesentlichen die selben wie diejenigen der ersten Ausführungsform sind.
Im optischen Verstärkungssystem von Fig. 4 wird das Pumplicht 8 dauernd im Ein-Zustand gehalten, während der optische Schalter 12 durch den Photodetektor 6 so lange im Aus-Zustand gehalten wird, wie sich kein optisches Signal s im System befindet.
Wird ein ankommendes optisches Signal s in dem System detektiert, teilt der optische Verzweigungsfilter 1 dieses in zwei optische Signale s1 und s2, die dann zu den entsprechenden optischen Übertragungsleitungen 2 und 3 geleitet werden. Das erstere Signal s1 wird dann zum optischen Wellenleiter 5 über den optischen Kombinierer 4 geführt, während das letztere Signal s2 durch den Photodetektor 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und an den optischen Schalter 12 angelegt wird.
Wenn der optische Schalter 12 durch das optische Steuersignal s2 eingeschaltet wird, das von dem Photodetektor 6 übertragen wird, erlaubt er, daß Pumplicht von der Pumpquelle 8 über den optischen Kombinierer 4 in den optischen Wellenleiter 5 eintreten kann.
Es sollte bemerkt werden, daß bei dieser Ausführungsform wiederum der Photodetektor 6 durch ein optisches Steuersignal s2 aktiviert wird, so daß gepumptes Licht den optischen Wellenleiter 5 hinter dem ankommenden optischen Signal s1 mit einer Verzögerungszeit erreicht, die erforderlich ist, um den optischen Schalter 12 durch ein Detektionssignal vom Photodetektor 6 zu schalten.
Daher verstärkt das optische Verstärkungssystem von Fig. 4 nicht die Anstiegsflanke des optischen Signals s1, das in den optischen Wellenleiter 5 eingetreten ist, und beginnt mit der Verstärkung des Signals s1 nur kurz nachdem die Anstiegsflanke vorbei ist, und daher ist es frei von dem Problem, das vorher beschrieben wurde, und führt seinen erwarteten zweckmäßigen Betrieb durch.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform, die durch Abwandlung der zweiten Ausführungsform erhalten wird.
Bei dieser abgewandelten Ausführungsform weist das optische Verstärkungssystem zusätzlich eine Hilfspumpquelle 13 und eine Treiberschaltung 14 für dieselbe auf, um die Ansprechbarkeit für optische Verstärkung zu vergrößern, welche Pumpquel le 13 und Treiberschaltung 14 zwischen dem optischen Kombinierer 4 und dem optischen Schalter 12 verbunden sind.
Da der optische Wellenleiter 5 dauernd in einem schwach angeregten Zustand mit Hilfe der Pumpquelle 13 gehalten wird, die für einen Ausgangspegel betrieben wird, der niedriger ist als derjenige des Normalbetriebs, kann bei dieser Anordnung der optische Wellenleiter 5 ohne weiteres in einen hochangeregten Zustand wie im Falle von Fig. 3 gebracht werden, sobald wie ein optisches Signal s1 in den optischen Wellenleiter 5 eingeführt wird, und gepumptes Licht wird anschließend zum optischen Wellenleiter 5 von der Pumpquelle 8 geführt, wenn der optische Schalter 12 durch ein entsprechendes optisches Signal s2 eingeschaltete wird.
Während gepumptes Hilfslicht, das erzeugt wird, wenn ein Vorspannungsstrom an die Pumpquelle 8 angelegt wird, eine Wellenlänge hat, die identisch ist mit oder sehr ähnlich zu derjenigen des Hauptpumplichtes, ist bei dieser Ausführungsform wiederum sein Ausgangspegel bei weitem niedriger als derjenige des Hauptpumplichtes, da der optische Wellenleiter nur schwach angeregt ist.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden.
Ein optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 und 4, daß eine Hilfseinheit 18 für Pumplicht einen optischen Kombinierer 15, eine Pumpquelle 16 und eine Treiberschaltung 17 in Arbeitsrichtung weiter hinten und mit der optischen Verstärkereinheit 10 verbunden sind, während sein optischer Verzweigungsfilter 1, der Photodetektor 6 und die optische Verstärkereinheit 10 mit denjenigen des Systems der Fig. 1 oder 4 identisch sind.
Vom optischen Kombinierer 15, der Pumpquelle 16 und der Treiberschaltung 17 der Ausführungsform der Fig. 6, die identisch oder ähnlich mit denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen sind, ist die Pumpquelle 16 so ausgebildet, daß sie dauernd den optischen Wellenleiter 5 in einem schwach angeregten Zustand hält, während der optische Kombinierer 15 einfallendes Licht empfängt, das umgekehrt relativ zur Richtung der Übertragung von Signallicht gerichtet ist.
Die optische Verstärkereinheit 10 des optischen Verstärkungssystem von Fig. 6 arbeitet unter Steuerung eines optischen Steuersignals s1 in ähnlicher Weise wie diejenige ihrer Gegenstücke der Fig. 1 und 4.
Da der optische Wellenleiter 5 dauernd in einem schwach angeregten Zustand mit Hilfe der Pumpquelle 13 gehalten wird, die für einen Ausgangspegel niedriger als derjenige des normalen Betriebs betrieben wird, kann bei dieser Ausführungsform wiederum der optische Wellenleiter 5 ohne weiteres in einen hochangeregten Zustand wie im Falle von Fig. 3 und Fig. 5 gebracht werden.
Die Ausführungsform von Fig. 6 kann so abgewandelt werden, daß die Hilfseinheit 18 zum Pumpen von Licht in Arbeitsrichtung vor der optischen Verstärkereinheit 10 angeordnet und mit derselben verbunden ist.
Bei einer solchen abgewandelten Ausführungsform empfängt der optische Kombinierer 15 einfallendes Licht, das in Richtung der Übertragung des Signallichtes kommt.
Eine vierte Ausführungsform soll unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben werden.
Ein optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 und 4 darin, daß eine Hilfseinheit 23 für optische Verstärkung, die einen optischen Kombinierer 19, einen optischen Wellenleiter 20, eine Pumpquelle 21 und eine Treiberschaltung 22 aufweist, in Arbeitsrichtung vor der optischen Verstärkereinheit 10 angeordnet und mit derselben verbunden ist, während sein optischer Verzweigungsfilter 1, Photodetektor 6 und optische Verstärkereinheit 10 identisch mit denjenigen des Systems der Fig. 1 oder 4 sind.
Vom optischen Kombinierer 19, dem optischen Wellenleiter 20, der Pumpquelle 21 und der Treiberschaltung 22 für die Ausführungsform der Fig. 6, die identisch oder ähnlich mit denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen sind, ist die Pumpquelle 21 so ausgebildet, daß sie den optischen Wellenleiter 5 dauernd in einem schwach angeregten Zustand hält.
Ein ankommendes optisches Signal s, das in das optische Verstärkungssystem von Fig. 7 eingeführt ist, wird in zwei optische Signale s1 und s2 durch den optischen Verzweigungsfilter 1 aufgeteilt, die dann in die entsprechenden optischen Übertragungsleitungen 2 und 3 geleitet werden. Das erstgenannte Signal s1 wird dann zum optischen Wellenleiter 5 über den optischen Kombinierer 19, den optischen Wellenleiter 20 und den optischen Kombinierer 4 geleitet, während das letztere Signal s2 durch den Photodetektor 6 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und an das Treibersignal 7 der optischen Verstärkereinheit 10 oder den optischen Schalter 12 angelegt wird.
Die Ausführungsform von Fig. 7 kann so abgewandelt werden, daß die Hilfseinheit 23 für optische Verstärkung in Arbeitsrichtung hinter der optischen Verstärkereinheit 10 angeordnet und mit derselben verbunden ist. Bei einer solchen abgewandelten Anordnung empfängt der optische Kombinierer 19 einfallendes Licht, das in umgekehrter Richtung zur Richtung der Übertragung des optischen Signals s1 einfällt.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben werden.
Ein optisches Verstärkungssystem, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, weist einen optischen Übertragungsweg auf, der durch einen optischen Verzweigungsfilter 1, eine optische Übertragungsleitung 2, einen optischen Schalter 24, einen optischen Wellenleiter 5 und einen optischen Isolator 9 gebildet wird, und weist einen photoelektrischen Umwandlungsweg auf, der den optischen Verzweigungsfilter 1, eine optische Übertragungsleitung 3, einen Photodetektor 6 und einen optischen Schalter 24 aufweist, welcher optische Schalter 24 mit einer Blind- oder Scheinlichtquelle 25 verbunden ist.
Der optische Wellenleiter 5, die Pumpquelle 8, die Treiberschaltung 7 bilden eine optische Verstärkereinheit 10, während der optische Schalter 24, die Blind- oder Scheinlicht quelle 25 und die Treiberschaltung 26 eine optische Blind- oder Scheineinheit 27 bilden.
Die Blind- oder Scheinsignallichtquelle 25 erzeugt Blind- oder Scheinsignallicht in Form von gepulstem Licht oder kontinuierlichem Licht, das eine Wellenlänge hat, die gleich ist oder nahe bei derjenigen des Signallichtes s, wenn sie durch die Treiberschaltung 26 betrieben wird.
Das Innere des optischen Wellenleiters 5 des optischen Verstärkungssystems von Fig. 6 wird durch die Pumpquelle 8 in einem dauernd angeregten Zustand gehalten.
Solange wie kein Signallicht s an das optische Verstärkungssystem angelegt wird, ist der optische Schalter 24 an den Kontakten a und c geschlossen, so daß Blind- oder Scheinlicht s3 zum optischen Wellenleiter 5 über den optischen Schalter 4 geführt wird.
Ist zum Beispiel kein Signallicht s mit 100 KH Bits oder mehr während einer beträchtlichen Zeit, die mehrere Millisekunden überschreitet, vorhanden, so arbeitet der optische Wellenleiter 5 weiterhin unter gesättigter Bedingung, indem er konstant das Blind- oder Scheinsignallicht s3 verstärkt.
Wenn Signallicht s dem optischen Verstärkungssystem zugeführt wird, wird das Lichtsignal s in zwei Lichtsignale s1 und s2 durch den optischen Verzweigungsfilter 1 aufgeteilt, die dann durch die entsprechenden optischen Übertragungsleitungen 2 und 3 übertragen werden.
Das Signallicht s2, das durch die optische Übertragungsleitung 3 übertragen wird, wird durch den Photodetektor 6 detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches elektrische Signal dann an den optischen Schalter 24 angelegt wird, um die Kontakte b und c zu schließen, wenn das Signal s1 in den optischen Wellenleiter 5 eingeführt wird, der sich im angeregten Zustand befindet, so daß das Signal s1 auf geeignete Weise verstärkt wird.
Anders gesagt arbeitet der optische Wellenleiter des optischen Verstärkungssystem von Fig. 8 im gesättigten Zustand und verstärkt dauernd Blind- oder Scheinlicht s3, so daß er sich ohne weiteres an das normale optische Signal s1 anpassen kann, das eintritt, um das Blind- oder Scheinlichtsignal s3 zu ersetzen.
Es kann unnötig sein, zu erwähnen, daß dieses optische Verstärkungssystem auch nicht auf die Anstiegsflanke des ankommenden optischen Signals s1 reagiert.
Die Ausführungsform von Fig. 8 kann so abgewandelt werden, daß die optische Blind- oder Scheineinheit 27 in Arbeitsrichtung hinter der optischen Verstärkereinheit 10 angeordnet und mit derselben verbunden ist.
Insbesondere ist die optische Blind- oder Scheineinheit 27 mit der optischen Verstärkereinheit 10 mit Hilfe eines optischen Kombinierers (wie im Falle der vorangehenden Ausführungsform) verbunden, um einfallendes Licht zu empfangen, das umgekehrt relativ zur Richtung der Übertragung des Signallichtes s1 einfällt.
Bekannte Rückwärtsanregungstechniken und/oder Doppelseitenanregungstechniken können auf geeignete Weise für den Zweck der vorliegenden Erfindung benutzt werden, um Licht von der fluoreszierenden Substanz im optischen Wellenleiter 5 zu pumpen.
Zum Empfangen des Signallichtes s und des gepumpten Lichts durch die optische Verstärkereinheit 10 eines erfindungsgemäßen optischen Verstärkungssystems kann das Signallicht s relativ zum gepumpten Licht verzögert werden, bevor sie in den optischen Wellenleiter 5 eingeleitet werden.
Es dürfte aus der obigen Beschreibung klar sein, daß sich ein Zustand, bei dem kein Lichtsignal in einen optischen Wellenleiter eines optischen Verstärkungssystems eingeleitet wird, sich für den Zweck der vorliegenden Erfindung auf Fälle bezieht, wo das existierende Signallicht unterbrochen wird oder ein nachfolgendes Signallicht während einer vorbestimmten Zeitperiode nicht eingeleitet wird, nachdem ein vorhergehendes Signal vorbei ist.
Da ein erfindungsgemäßes optisches Verstärkungssystem nicht für optische Verstärkung an der Anstiegsflanke des ankommenden optischen Signals arbeitet und daher sein Betrieb nicht durch die Wellenform des optischen Signals beeinflußt wird, ist es frei vom Risiko, in Arbeitsrichtung weiter unten gelegene Systeme zu zerstören und/oder Anlaß zu geben zu einem gesättigten Zustand, um es so zu einem sicheren und stabilen System zu machen.

Claims

1. Optisches Verstärkersystem, das eine Verstärkereinheit (10) zum Empfangen und Verstärken eines Lichteingangssignals (S) aufweist, wobei die Verstärkereinheit (10) einen Verstärker (5) und Pumpmittel (7, 8) zum Zuführen von Pumpenergie zum Verstärker (5), damit der Verstärker (5) das ankommende Lichteingangssignal (S) verstärken kann, und Mittel (6) zum Detektieren der Abwesenheit von Lichteingangssignal und zum Unterbinden der Zufuhr von Pumpenergie von den Pumpmitteln (7, 8) zum Verstärker (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (5) einen optischen Wellenleiter aufweist, der dazu angeordnet ist, das Lichteingangssignal (S) zu verstärken, wenn er durch Pumplicht gepumpt wird, das demselben von den Pumpmitteln (7, 8) zugeführt wird, wobei die Detektionsmittel (6) angeordnet sind, um die Zufuhr von Pumplicht von den Pumpmitteln (7, 8) zum Verstärker (5) während der fortdauernden Anwesenheit eines optischen Signals im Lichteingangssignal (S) zu ermöglichen, und daß das System so ausgebildet ist, daß nach Beginn eines optischen Signals im Lichteingangssignal (S) eine Zeitverzögerung vorhanden ist, bevor der Anstieg des optischen Signals vorbei ist, bis der Verstärker bei seinem voll angeregten Pegel zum Verstärken des optischen Signals wirkt.

2. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (13) zum dauernden Zuführen von ge pumptem Hilfslicht zum optischen Wellenleiter (5).

3. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verstärkereinheit (10) einen optischen Kombinierer (4) zum Speisen des optischen Wellenleiters (5) mit gepumptem Licht von einer Pumpquelle (8) und eine Treiberschaltung (7) zum Treiben der Pumpquelle (8) aufweist, und daß die Detektormittel einen Photodetektor (6) aufweisen, der mit einer optischen Verzweigungsschaltung (1) verbunden ist, um einen Teil des ankommenden Lichteingangssignals zu empfangen, und der einen Ausgang zum Steuern der Treiberschaltung (7) der optischen Verstärkereinheit (10) aufweist.

4. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verstärkereinheit (10) einen optischen Schalter (12) zum Einschalten und Ausschalten der Zufuhr von Pumplicht von einer Pumpquelle (8) zum optischen Wellenleiter (5), eine Treiberschaltung (7) zum Treiben der Pumpquelle (8) und einen Photodetektor (6) aufweist, der mit einer optischen Verzweigungsschaltung (1) verbunden ist, um einen Teil des ankommenden Lichteingangssignals zum empfangen, und der einen Ausgang zum Steuern des optischen Schalters (12) aufweist.

5. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsleistungsquelle (11) mit der Pumpquelle (8) der optischen Verstärkereinheit (10) verbunden ist.

6. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verstärkereinheit (10) weiter eine Hilfspumpquelle (13) und eine Treiberschaltung (14) zum Treiben der Hilfspumpquelle (13) aufweist.

7. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Hilfspumpeinheit (18) in Arbeitsrichtung hinter der optischen Verstärkereinheit (10) angeordnet ist, um gepumptes Hilfslicht dem optischen Wellenleiter (5) in einer Richtung zuzuführen, die zu derjenigen der Übertragung von optischen Signalen entgegengesetzt ist.

8. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Hilfsverstärkereinheit (23) vom dauernd arbeitenden Typ in Arbeitsrichtung vor der optischen Verstärkereinheit (10) angeordnet und mit derselben verbunden ist.

9. Optisches Verstärkersystem, das eine Verstärkereinheit (10) zum Empfangen und Verstärken eines Lichteingangssignals (S) aufweist, wobei die Verstärkereinheit (10) einen Verstärker (5) und Pumpmittel (7, 8) zum Zuführen von Pumpenergie zum Verstärker (5), um das ankommende Lichteingangssignal (S) zu verstärken, und Mittel (6) zum Detektieren der Abwesenheit eines Lichteingangssignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (5) einen optischen Wellenleiter, der dazu ausgebildet ist, das Lichteingangssignal (S) unter Verwendung von Pumplicht zu verstärken, das demselben dauernd von den Pumpmitteln (7, 8) zugeführt wird, aufweist, daß eine Blind- oder Scheinlichteingabeeinheit (27) vorgesehen ist, um ein Blind- oder Scheinlichteingangssignal an den Verstärker (5) anzulegen, und daß die Detektionsmittel (6) so ausgebildet sind, daß sie die Anlegung des Blind- oder Scheinlichteingangssignals an den Verstärker (5) während andauernder Anwesenheit eines optischen Signals im Hauptlichteingangssignal unterbinden.

10. Optisches Verstärkungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blind- oder Scheinlichteingabeeinheit (27) eine optische Blind- oder Scheinsignalquelle (25) aufweist, die mit der optischen Verstärkereinheit (10) mit Hilfe eines optischen Schalters (24) verbunden ist, der durch die Detektionsmittel (6) gesteuert wird.