DE69527325T2

DE69527325T2 - Verstärkendes Telekommunikationssystem für Wellenlängenmultiplexübertragung

Info

Publication number: DE69527325T2
Application number: DE69527325T
Authority: DE
Inventors: Fausto Meli; Giacomo Stefano Roba
Original assignee: Corning OTI SRL
Current assignee: Corning OTI SRL
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: CN1084098C; AU691570B2; HU9501071D0; FI951813A0; HU216228B; CZ93995A3; NO951446D0; CA2147035C; JPH0846592A; CA2147035A1; NZ270854A; ITMI940712A1; ATE220482T1; US5748364A; PE26096A1; FI951813A; EP0677902B1; RU2146853C1; SK49795A3; BR9501362A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Telekommunikationssystem, welches optische Verstärker beinhaltet, speziell für eine Wellenlängenmultiplex-Übertragung angepasst (im Folgenden als "WDM-Übertragung" bezeichnet).
Für eine WDM-Übertragung sind mehrere Kanäle oder mehrere Übertragungssignale unabhängig voneinander erforderlich, welche über die gleiche Leitung, welche aus einer optischen Faser besteht, durch Multiplexen im optischen Frequenzbereich gesendet werden müssen; die Sendekanäle können sowohl digital als auch analog sein und werden voneinander unterschieden, da jedem von ihnen eine spezielle Frequenz zugeordnet ist.
Bei dieser Art von Übertragung müssen die verschiedenen Kanäle im Wesentlichen untereinander gleich sein, d. h. keiner von ihnen muss mehr oder weniger bevorzugt gegenüber dem anderen sein, in Bezug auf den Signalpegel oder die Qualität.
Bei Vorhandensein von Verstärkern, speziell optischen Verstärkern, müssen sie im Wesentlichen das gleiche Ansprechverhalten für alle Sendekanäle besitzen; zusätzlich, um eine große Zahl von Kanälen zu übertragen, muss das Band, in dem die Verstärker arbeiten können, breit sein.
Optische Verstärker sind auf den Eigenschaften eines fluoreszierenden Dotierstoffes gegründet, und speziell auf Erbium, welches als Dotierstoff in einen optischen Faserkern eingeführt ist; in der Tat hat Erbium, welches durch Zuführen einer Lichtpumpenergie angeregt wurde, eine hohe Emission in dem Wellenlängenbereich, welcher der minimalen Lichtdämpfung in auf Silizium basierenden optischen Fasern entspricht.
Wenn eine mit Erbium dotierte Faser, bei der Erbium in einem angeregten Zustand gehalten wird, von einem Lichtsignal durchlaufen wird, welches eine Wellenlänge entsprechend einer solch hohen Emission hat, verursacht das Signal den Übergang von angeregten Erbiumatomen zu einem niedrigeren Niveau und eine auf die Wellenlänge des Signals selbst angeregte Lichtemission, wodurch eine Signalverstärkung erzeugt wird.
Geht man vom angeregten Zustand aus, findet ein Übergang der Erbiumatome auch spontan statt, und dies erzeugt eine zufällige Emission, welche ein "Hintergrundrauschen" darstellt, welches die stimulierte Emission, entsprechend zu dem verstärkten Signal, überlappt.
Die Lichtemission, welche durch Zuführen von Lichtpumpenergie zu der "dotierten" oder aktiven Faser erzeugt wird, kann bei mehreren Wellenlängen stattfinden, welche typisch für die Dotiersubstanz sind, wodurch sie den Ausgangspunkt für ein Fluoreszenzspektrum in der Faser geben.
Um das größte Verstärkungssignal mit einer Faser des obigen Typs zu erreichen, zusammen mit einem hohen Signal-/Rauschverhältnis, welches für einen korrekten Empfang des Signals selbst geeignet ist, wird bei der optischen Telekommunikation gewöhnlich ein Signal verwendet, welches von einem Laseremitter bei einer Wellenlänge entsprechend dem Maximum in dem beabsichtigten Band der Fluoreszenzspektrumskurve in der Faser, welche die benutzte Dotiersubstanz beinhaltet, oder von dem Emissionspeak erzeugt wird.
Auf der anderen Seite haben Erbium dotierte Fasern ein Emissionsspektrum mit einer Spitze mit begrenzter Breite, dessen Merkmale abhängig von dem Glassystem, in das Erbium als Dotierstoff eingeführt wird, variieren, und ein Spektralfeld von so hoher Intensität in einem Wellenlängenbereich benachbart zu obigem Spitzenwert, innerhalb des Wellenlängenbereichs, der von Interesse ist, dass das Gebrauchen von optischen Verstärkern zum Verstärken von Signalen in einem breiten Band als möglich erachtet wird.
Bekannte, mit Erbium dotierte Fasern weisen jedoch einen unregelmäßigen Verlauf des Emissionsspektrums auf. Dieser unregelmäßige Verlauf bestimmt die Möglichkeit, eine gleichmäßige Verstärkung über das gesamte ausgewählte Band zu erreichen.
Um eine im Wesentlichen "flache" Verstärkungskurve zu erreichen, d. h. eine Verstärkung, die bei verschiedenen Wellenlängen so konstant als möglich ist, indem Rauschquellen aufgrund spontaner Emission eliminiert werden, können Filterelemente benutzt werden, wie sie z. B. in den Patenten EP 426,222, EP 441,211 und EP 417,441 unter dem Namen des gleichen Antragstellers beschrieben werden.
In diesen Patenten wird jedoch das Verhalten der Verstärker bei Vorhandensein von Wellenlängenmultiplexen nicht beschrieben, und zusätzlich wurde ein Verhalten bei Vorhandensein von mehreren Verstärkern, die miteinander in einer Kaskade verbunden sind, nicht berücksichtigt.
Das Profil des Emissionsspektrums hängt stark von den Dotierstoffen, die im Faserkern vorhanden sind, ab, um den Brechungsindex dessen anzuheben, wie dies z. B. im US-Patent 5,282,079 gezeigt wird, in welchem das Fluoreszenzspektrum einer Aluminium/Erbium-dotierten Faser gezeigt wird, welche einen weniger markanten Spitzenwert als eine Germanium-Erbium- dotierte Faser aufweist und zu niedrigeren Wellenlängen (das Maximum ist ungefähr bei 1532 nm) verschoben ist; eine derartige Faser hatte eine numerische Apertur (NA) von 0,15.
In ECOC '93, ThC 12.1, S. 1-4, wird eine Faser für einen optischen Verstärker veröffentlicht, welche mit Al und La dotiert ist und eine sehr niedrige Aufnahmeempfindlichkeit gegenüber Wasserstoff aufweist; die beschriebene Al-dotierte Faser hat eine numerische Apertur von 0,16, und die Al-La-dotierte Faser hat eine numerische Apertur von 0,30.
In ECOC '93, Tu 4, S. 181-184, werden optische Verstärker veröffentlicht, welche Erbium dotierte Fasern haben; ausgeführte Experimente mit Fasern, deren Kerne mit Aluminium, Aluminium/Germanium und Lanthan/Aluminium dotiert sind, werden beschrieben, und die besten Ergebnisse scheinen mit Al/La- zusammendotierten Fasern erzielt worden zu sein.
In Electronics Letters, 6. Juni 1991, Band 27, Nr. 12, S. 1065-1067, wird herausgestellt, dass in optischen Verstärkern, welche eine mit Erbium dotierte Faser haben, ein gemeinsames Dotieren mit Aluminium ein größeres und flacheres Verstärkungsprofil erreicht werden kann; in dem Artikel werden Verstärker beschrieben, welche eine Aluminium-, Germanium- und Erbium dotierte Faser im Vergleich zu Verstärkern haben, die eine Lanthan-, Germanium- und Erbium dotierte Faser haben, und es wird darin festgestellt, dass das größte Abflachen der Verstärkung durch die vorherigen erreicht wird.
In ECOC '91, TuPSl-3, S. 285-288, wird eine Faser vom Typ Al&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;, dotiert mit Er und La, beschrieben, um einen höheren Brechungsindex und das Reduzieren der Ausbildung von Clustern, die Erbiumionen enthalten, zu erreichen. Die Fluoreszenz- und Absorptionsspektren der Er/La-dotierten Fasern haben sich als sehr ähnlich zu denen einer Erbium-dotierten Al&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Faser erwiesen; eine numerische Apertur (NA) von 0,31 wurde erreicht und eine Erbiumkonzentration von 23·10¹&sup8; cm&supmin;³. In ECOC '89, Post-Deadline Papers, PDA-8, S. 33-36, 10.-14. September 1989 wird ein Experiment veröffentlicht, welches mit zwölf optischen Verstärkern, die miteinander in einer Kaskade verbunden waren, gemacht wurde, wobei eine Erbium-dotierte Faser verwendet wurde; es wurde eine einzelne Signalwellenlänge von 1,536 um benutzt, und es wird herausgestellt, dass eine Steuerung der Signalwellenlänge in der Größenordnung von 0,01 nm für einen Dauerbetrieb erforderlich ist, in Anbetracht der Tatsache, dass die BER (Bit-Fehlerrate) einen schnellen Abfall beim Wechseln der Signalwellenlänge zur Folge hat.
Das US-Patent 5,117,303 stellt ein optisches Übertragungssystem vor, welches geregelte optische Verstärker hat, welche, basierend auf den aufgeführten Berechnungen, ein hohes Signal- /Rauschverhältnis ergeben, wenn sie in einer gesättigten Weise betrieben werden.
Die beschriebenen Verstärker haben eine Erbium dotierte Faser, welche einen Al&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Kern hat, und es ist das Benützen von Filtern vorgesehen; die berechnete Leistung wird bei einer einzelnen Wellenlänge erreicht, und das Liefern eines Signals in einem weiten Wellenlängenband, welches die gleiche Leistung anbietet, ist nicht vorgesehen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine spezielle Kombination von Dotierstoffen im Kern einer aktiven optischen Faser es möglich macht, eine Faser zu erhalten, welche eine hohe numerische Apertur zusammen mit einem Emissionsspektrum aufweist, deren Eigenschaften es ermöglichen, optische Verstärker herzustellen, welche, speziell in einem Wellenlängenmultiplexsystem, ein gleichmäßiges Ansprechverhalten bei verschiedenen Wellenlänge in dem vorgesehenen Wellenlängenbereich ergeben, sowohl im Falle eines einzelnen Verstärkers als auch im Fall von mehreren Verstärkern, welche in einer Kaskade verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem Gesichtspunkt auf ein Verfahren, um das Steuern des optischen Signal- /Rauschverhältnisses beim Empfang in einem vorbestimmten Wellenlängenband, in einem optischen Telekommunikationssystem entsprechend dem Anspruch 1 zu erreichen.
Im Besonderen ist das vorbestimmte Wellenlängenband vorzugsweise zwischen 1525 und 1560 nm eingeschlossen.
Vorzugsweise ist dieses optische Signal-/Rauschverhältnis, gemessen bei einer Filterbreite von 0,5 nm, größer als 15 dB.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist dieses System wenigstens zwei Aktiv-Faser-optische Verstärker auf, welche in Serie entlang dieser optischen Faserleitung dazwischen aufgestellt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung reduziert die Auswahl des Dotierstoffes in der Faser diese Einsattelung auf einen Wert kleiner als 1 dB bezüglich dem Emissionswert in wenigstens einer der benachbarten Zonen in dem Band.
Die Erfindung, entsprechend dem zweiten Gesichtspunkt, bezieht sich auf einen Aktiv-Faser-optischen Verstärker entsprechend Anspruch 6.
In dem Verstärker ist der Hauptdotierstoff Erbium, vorzugsweise in Form eines Oxids, und vorzugsweise sind die zweiten Dotierstoffe Aluminium, Germanium, Lanthan, vorzugsweise jeweils in Form eines Oxids.
Speziell der Aktiv-Faser-optische Verstärker hat eine Emissionskurve, im vorbestimmten Wellenlängenband ohne Einsattelungen, von einem Wert größer als 1 dB bezüglich dem Emissionswert in wenigstens einer der benachbarten Zonen in dem Band und vorzugsweise nicht größer als 0,5 dB.
Vorzugsweise hat die aktive Faser eine numerische Apertur größer als 0,18.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in weiteren Gesichtspunkten auf einen Aktiv-optischen Faserverstärker, wie er in Anspruch 21 definiert wird, ebenso wie auf ein Telekommunikationssystem, wie es in Anspruch 25 definiert wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden in den angefügten Ansprüchen aufgeführt. Weitere Einzelheiten werden aus der folgenden Beschreibung h mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
- Fig. 1 zeigt ein Schaubild eines Verstärkers;
- Fig. 2 ist ein Schaubild eines Verstärkers mit einem Notch- bzw. Sperrfilter;
- Fig. 3 ist ein Schaubild einer experimentellen Anordnung zur Bestimmung von spektralen Emissionskennlinien verschiedener Arten von optischen Fasern;
- Fig. 4 zeigt die spektralen Emissionskennlinien für verschiedene Arten von Aktivfaser, welche durch Übernehmen der experimentellen Anordnung aus Fig. 3 detektiert werden,
- Fig. 5 zeigt die Verstärkungskurven des Verstärkers, welcher in Fig. 1 zu sehen ist, für Signale bei verschiedenen Wellenlängen und zwei verschiedenen Pegeln der Eingangsleistung, mit einer Faser entsprechend der Erfindung;
- Fig. 6 zeigt die Verstärkungskurven des Verstärkers, welcher in Fig. 2 zu sehen ist, für Signale bei verschiedenen Wellenlängen und drei verschiedenen Pegeln der Eingangsleistung, mit einer Faser entsprechend der Erfindung;
- Fig. 7 zeigt die Verstärkungskurven des Verstärkers, welcher in Fig. 2 zu sehen ist, für Signale bei verschiedenen Wellenlängen und drei verschiedenen Pegeln der Eingangsleistung, mit einer bekannten Faser;
- Fig. 8 ist ein Schaubild, welches ein Übertragungsexperiment zeigt, das aus verschiedenen Verstärkern in Kaskade besteht, wobei zwei Signale bei verschiedenen Wellenlängen in der gleichen Leitung gemultiplext sind;
- Fig. 9 zeigt BER-(Bit-Fehlerrate-)Kennlinien, welche in dem Experiment entsprechend dem Schaubild aus Fig. 8 detektiert werden, wobei verschiedene Verstärker genutzt werden;
- Fig. 10 zeigt das Schaubild eines Übertragungsexperiments, welches verschiedene Verstärker in Kaskade aufweist, wobei vier Signale bei verschiedenen gemultiplexten Wellenlängen in der gleichen Leitung vorhanden sind;
- Fig. 11 zeigt die Signalleistungspegel beim Eingang der ersten Verstärkerstufe in dem Experiment nach Fig. 10, wobei Verstärker entsprechend der Erfindung genutzt werden;
- Fig. 12 zeigt die Signalleistungspegel am Eingang der zweiten Verstärkerstufe im Experiment nach Fig. 10;
- Fig. 13 zeigt die Signalleistungspegel am Eingang der dritten Verstärkerstufe im Experiment nach Fig. 10;
- Fig. 14 zeigt die Signalleistungspegel am Eingang der vierten Verstärkerstufe im Experiment nach Fig. 10;
- Fig. 15 zeigt die Signalleistungspegel am Eingang des Vorverstärkers im Experiment nach Fig. 10;
- Fig. 16 zeigt die Signalleistungspegel am Vorverstärkereingang in einem Experiment entsprechend der Anordnung von Fig. 10, wobei Verstärker bekannten Typs genutzt werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, beinhaltet ein Verstärker, welcher zur Anwendung als ein Leitungsverstärker vorgesehen ist, eine Erbium dotierte aktive Faser 1 und einen jeweiligen Pumplaser 2, welcher damit über einen dichroitischen Koppler 3 verbunden ist; ein optischer Isolator 4 ist vor der Faser 1 aufgestellt, in Pfadrichtung eines Signals, das zu verstärken ist, wohingegen ein zweiter optischer Isolator 5 nach der aktiven Faser selbst aufgestellt ist.
Bequemlichkeitshalber, obwohl nicht notwendig, ist der dichroitische Koppler 3 nach der aktiven Faser 1 (wie gezeigt) aufgestellt, so dass er Pumpenergie im Gegenstrom zum Signal liefert.
Der Verstärker beinhaltet ferner eine zweite Erbium dotierte aktive Faser 6, welche mit einem jeweiligen Pumplaser 7 über eine Einrichtung eines dichroitischen Kopplers 8 verbunden ist, welcher auch über Gegenstrompumpen in dem gezeigten Beispiel verbunden ist; deshalb ist ein weiterer optischer Isolator 9 nach der Faser 6 vorhanden.
Die Pumplaser 2, 7 sind Laser vom Typ Quantum Well und haben die folgenden Eigenschaften:
- Emissionswellenlänge λp = 980 nm;
- maximale optische Leistung am Ausgang Pu = 89 mW.
Laser des obigen Typs werden z. B. von LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA) hergestellt.
Die dichroitischen Koppler 3, 8 sind Schmelzfaserkoppler, welche aus Single-Mode-Fasern bei 980 nm und im Wellenlängenband 1530-1560 nm gebildet werden, mit Unterschieden von < 0,2 dB in der Ausgangsleistung, abhängig von der Polarisation.
Dichroitische Koppler des obigen Typs sind bekannt und am Markt erhältlich und werden z. B. von GOULD Inc., Faseroptische Abteilung, Baymeadow Drive, Gelm Burnie, MD (USA) und SIFAM Ltd., Faseroptische Abteilung, Woodland Road, Torquay, Devon (GB) hergestellt.
Optische Isolatoren 4, 5, 9 sind optische Isolatoren, bei welchen die Polarisationssteuerung unabhängig von der Polarisation des Übertragungssignals ist, und haben eine Isolation größer 35 dB und eine Reflexionsleistung niedriger als -50 dB.
Die hierbei verwendeten Isolatoren sind ein MDL I-15 PIPT- A S/N 1016-Modell, erhältlich von ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA.
In dem Schaubild der Fig. 2 wird eine alternative Ausführungsform eines Verstärkers gezeigt, in welcher die entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Referenzziffern wie in Fig. 1 bezeichnet wurden.
In einem derartigen Verstärker, bei welchem die Bauelemente die gleichen Merkmale wie oben beschrieben aufweisen, liegt ein Notch-Filter 10 vor, welches aus einem optischen Faserteil besteht, welches zwei optisch gekoppelte Kerne und eine vorbestimmte Wellenlänge hat, wobei einer der Kerne koaxial mit den optischen Fasern gekoppelt ist und der andere außermittig ist und an den Enden abgeschnitten ist, wie dies in den Patenten EP 441,211 und EP 417, 441 beschrieben wird.
Dieses Filter ist so dimensioniert, dass es in dem außermittigen Kern eine Wellenlänge (oder ein Wellenlängenband) koppelt, welche einem Teil des Verstärker-Emissionsspektrums entspricht; das Abschneiden an den Enden des außermittigen Kerns gestattet, dass die zu ihm übertragene Wellenlänge in die Faserummantelung gestreut wird, so dass sie nicht weiter in den Hauptkern rückgekoppelt wird.
In dem gezeigten Beispiel hatte der Zwei-Kern-Filter 10 die folgenden Merkmale:
Wellenlängenband,
welches in den zweiten Kern gekoppelt wurde BW(-3dB) 8-10 nm
Filterlänge 35 mm
Das Filter wurde so dimensioniert, dass es die maximale Dämpfung beim Emissionspeak bzw. -spitze der benutzten aktiven Faser hatte.
Alternativ wurden Filter, welche die folgenden Werte haben, in den ausgeführten Experimenten benutzt:
Dämpfung bei λs 1530 nm 5 dB oder
Dämpfung bei λs 1532 nm 11 dB
Ein derartiges Filter zielt darauf ab, die Intensität einer speziellen Wellenlängenzone, speziell des Faser-Emissionsspitzenwertes, zu reduzieren, um eine Verstärkungskurve des Verstärkers zu erhalten, welche möglichst konstant (oder "flach") ist, beim Verändern der Wellenlänge.
Diese Anforderung ist speziell in WDM-Telekommunikationen bzw. -Übertragungen wichtig, in welchen Verstärkungsbedingungen so gleichmäßig wie möglich für jeden Kanal gewünscht werden.
Für die Anwendung bei oben beschriebenen Verstärkern wurden unterschiedliche Arten von Erbium-dotierten aktiven Fasern verwendet, deren Zusammensetzungen und optischen Merkmale in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt sind. TABELLE 1
wobei:
Gew.-% = (durchschnittlicher) prozentualer Gewichtsgehalt an Oxid im Kern
Mol-% = (durchschnittlicher) prozentualer Molgehalt an Oxid im Kern
NA = numerische Apertur (n1²-n2²)1/2
λc = Grenzwellenlänge (LP11-Grenze).
Untersuchungen der Zusammensetzungen wurden an einer Vorform (vor dem Ziehen der Faser) mit einer Mikrosonde durchgeführt, welche mit einem Scan-Elektronenmikroskop (SEM Hitachi) kombiniert war.
Untersuchungen wurden bei einer Vergrößerung 1300 an diskreten Punkten entlang eines Durchmessers und um 200 um getrennt voneinander ausgeführt.
Die aufgeführten Fasern wurden entsprechend der Technik der Vakuumplattierung innerhalb einer Quarzglasröhre ausgeführt.
In den aufgeführten Fasern erhält man die Aufnahme von Germanium als Dotierstoff in der SiO&sub2;-Matrix im Faserkern während des Syntheseschrittes.
Das Einbauen von Erbium, Aluminium und Lanthan in den Faserkern wurde mit Hilfe der "Lösungsdotierung"-Technik erreicht, wobei eine wässrige Lösung von Dotierchloriden in Kontakt mit dem Synthetisiermaterial des Faserkerns gebracht wird, während dieser in einem Partikelzustand ist, bevor die Vorform gehärtet wird.
Weitere Details der Lösungsdotiertechnik können z. B. im US- Patent 5,282,079 gefunden werden.
Der größere Wert der numerischen Apertur (NA) der Faser A bezüglich der Vergleichsfasern wurde durch die Tatsache ausgelöst, dass beim Herstellen des Faserkerns die Modifikation des Reagenzflusses, welcher zuvor zum Herstellen der Faser C (Al/Ge/Er) gewählt wurde, weggelassen wurde, speziell das Stillegen der Germaniumzufuhr wurde vergessen.
Deshalb hat das nachfolgende Aufnehmen von Lanthan und Aluminium durch Lösungsdotierung den Wert des Brechungsindex des Kernes auf einen höheren Wert als erwartet gebracht, zusätzlich zu den unerwarteten Vorteilen, welche bezüglich der Verstärkung und Übertragung erreicht wurden, welche nachfolgend beschrieben werden.
Die experimentelle Anordnung, welche zum Bestimmen der spektralen Emission der Fasern gewählt wurden, welche in Betracht kommen, wird in Form eines Diagramms in Fig. 3 gezeigt, während die spektralen Emissionskennlinien, welche auf den aktiven Fasern A, B, C, D gemessen wurden, in Fig. 4 dargestellt werden.
Eine Pumplaserdiode 11, bei 980 nm, wurde über einen 980/1550- dichroitischen Koppler 12 mit der aktiven Testfaser 13 verbunden; die Faseremission wurde über einen optischen Spektrum- Analyser 14 detektiert.
Die Laserdiode 11 hatte eine Leistung von ungefähr 60 mW (in der Faser 13). Die aktive Faser 13 hatte eine Länge entsprechend einer effektiven Verstärkung für die gewählte Pumpleistung; die zu untersuchenden Fasern hatten alle den gleichen Erbiumgehalt und eine Länge von ungefähr 11 m.
Für unterschiedliche Erbiumgehalte in den Fasern kann eine geeignete Länge durch Anwenden von Kriterien bestimmt werden, welche für einen Fachmann bekannt sind.
Der optische Spektrum-Analyser war ein Modell TQ8345, welcher von ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku - NS Bldg. 2-4-1 Nishi- Shinjuku, Shinjuku-ku Tokyo (JP) hergestellt wurde.
Eine Messung wurde ausgeführt indem das Pumpen der Faser bei 980 nm gehalten wurde und indem das spontane Emissionsspektrums der Faser detektiert wurde.
Die erhaltenen Ergebnisse werden in Fig. 4 gezeigt, wobei die Kurve 15 der Faser A, die Kurve 16 der Faser B, die Kurve 17 der Faser C und die Kurve 18 der Faser D entspricht.
Wie aus den Kennlinien zu erkennen ist, haben die Emissionsspektren der Fasern B, C, D einen Hauptpeak bzw. -spitzenwert großer Intensität mit einem Maximum bei ungefähr 1532,5 nm und eine nachfolgende Zone hoher Emission bei höheren Wellenlängen, bis ungefähr 1560-1565 nm, einschließlich eines zweiten groß verbreiterten Spitzenwertes.
Ein Vergleich zwischen den Kurven 16 und 17 (Fasern B und C jeweils) zeigt, dass ein größerer Aluminiumgehalt in den Fasern den Pegel der Zone hoher Emission anhebt; die Substitution von Lanthan gegen Germanium (Faser D, Kurve 18) führt dazu, dass ein noch höherer Pegel in dem Bereich 1535-1560 nm erreicht werden kann.
Auf der anderen Seite wurde in allen Fasern B, C, D das Vorhandensein einer Einsattelung in einer Zone d im Spektrum (ungefähr zwischen 1535 und 1540 nm lokalisiert) beobachtet, eingeschlossen zwischen dem Hauptemissionsspitzenwert und benachbart zu diesem und dem zweiten Emissionsspitzenwert; in einer derartigen Einsattelung ist der Emissionswert wenigstens um 2 dB niedriger als der maximale Emissionswert in den benachbarten Zonen (d. h. sowohl der Hauptspitzenwert und der zweite Spitzenwert), wie dies in der Figur durch die Referenz h für Kurve 16 alleine, aber auch klar identifizierbar für die Kurven 17 und 18 ist.
Kurve 15 zeigt auf der anderen Seite, dass bei den gezeigten experimentellen Bedingungen die Faser A in Zone d keine bedeutende Einsattelung im Spektrum zeigt (oder dort, wo eine Einsattelung detektierbar ist, ist sie unter allen Umständen niedriger als ungefähr 0,5 dB).
Die Kurve 15 zeigt auch, dass der maximale Emissionsspitzenwert der Faser A bei niedrigeren Wellenlängen bei ungefähr 1530 nm lokalisiert ist als bei den Fasern C, B, D und dass die Faser einen hohen Emissionspegel so weit als möglich nahe bei 1520 nm beibehält.
Bei Benutzen der Faser A wurden Verstärker der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Struktur verwendet.
Die erste aktive Faser 1 war ungefähr 8 m lang, wohingegen die zweite aktive Faser 6 ungefähr 15 und 13 m lang waren, jeweils im Fall der Fig. 1 und Fig. 2.
In Fig. 5 werden die Verstärkungskurven bei verschiedenen Wellenlängen gezeigt, für zwei unterschiedliche Eingangsleistungspegel, für den Verstärker von Fig. 1, wohingegen in Fig. 6 die Verstärkungskurven bei verschiedenen Wellenlängen des Verstärkers, der in Fig. 2 gezeigt wird, für drei verschiedene Eingangsleistungspegel gezeigt werden.
Speziell Kurve 19 in Fig. 5 bezieht sich auf eine Eingangsleistung von -20 dBm, wohingegen Kurve 20 sich auf eine Eingangsleistung von -25 dBm im Verstärker der Fig. 1 bezieht.
Kurve 21 in Fig. 6 bezieht sich umgekehrt auf eine Eingangssignalleistung von -20 dBm im Verstärker der Fig. 2, Kurve 22 bezieht sich auf eine Eingangssignalleistung von -25 dBm, und Kurve 23 bezieht sich auf eine Eingangssignalleistung von -30 dBm.
Wie aus den Figuren zu ersehen ist, speziell durch Vergleichen der Kurven 19 und 21, entsprechend einem Leistungspegel von -20 dBm, welcher von speziellem Interesse für die Telekommunikation ist, sowohl bei Abwesenheit als auch bei Vorhandensein eines Filters, gestattet der Gebrauch einer Faser, welche einen Kern hat, der mit Aluminium, Germanium und Lanthan dotiert ist, zusätzlich zu Erbium, dass eine im Wesentlichen flache Verstärkungskurve erreicht wird, speziell bei der Zone zwischen 1536 und 150 nm, wobei dieses Ergebnis auch bei Abwesenheit eines Filters erreicht werden kann.
Speziell bei Abwesenheit eines Filters bei -20 dBm war die Verstärkungsdifferenz zwischen den Signalen bei verschiedenen Wellenlänge niedriger als 1,6 dB, wohingegen bei Vorhandensein eines Filters, bei -20 dBm, die Verstärkungsdifferenz zwischen den Signalen bei verschiedenen Wellenlängen niedriger als 0,9 dB war.
In Fig. 7 werden die Verstärkungskurven bei verschiedenen Wellenlängen für drei verschiedene Eingangsleistungspegel eines Verstärkers gezeigt, welcher den in Fig. 2 gezeigten Aufbau hat und aus der Faser C (Al/Ge/Er) gemacht wird.
Speziell bezieht sich Kurve 24 der Fig. 7 auf eine -20 dBm- Eingangssignalleistung, Kurve 25 bezieht sich auf eine -25 dBm-Eingangssignalleistung und Kurve 26 bezieht sich auf eine -30 dBm-Eingangssignalleistung.
Bei -20 dBm war die Verstärkungsdifferenz zwischen den Signalen bei verschiedenen Wellenlängen ungefähr 2,1 dB.
Wie durch Vergleich erkennbar ist, verursacht Faser A (Al/Ge/La/Er) auch in einem Verstärker ohne Filter eine viel flachere Verstärkungskurve als Faser C (Al/Ge/Er) in einem Verstärker, der mit einem Filter ausgestattet ist.
Bei Benutzen der Verstärker aus Fig. 1 und Fig. 2, welche entweder aus Faser A (Al/Ge/La/Er) oder aus Faser C (Al/Ge/Er) hergestellt sind, wurden Übertragungstests über lange Entfernungen mit verschiedenen Verstärkern in Kaskade, d. h. seriell verbunden, ausgeführt. Eine experimentelle Konfiguration, welche benutzt wurde, wird in Fig. 8 gezeigt.
Ein Signal 27, bei einer Wellenlänge λ&sub1; = 1536 nm, und ein zweites Signal 28, bei einer Wellenlänge von λ&sub2; = 1556 nm, wurden in die Faser 29 über einen Multiplexer 30 eingeführt.
Ein Abschwächer 31 wurde hinter einem Leistungsverstärker 32a platziert; andere nachfolgende Abschwächer 31, einander gleich, wurden auf der Leitung entlang mit vier Verstärkern 32, 32', 32", 32''' in Folge vor einem Empfänger 33 aufgestellt.
Der Empfänger 33 hatte vor sich einen optischen Multiplexer 34, bestehend aus einem Interferenzfilter, das eine Bandbreite von 1 nm bei -3 dB hat, über welches die detektierte Wellenlänge selektiert wurde.
Die Signale 27, 28, welche durch die jeweiligen Laser erzeugt werden, hatten alle eine 0 dBm-Leistung; die insgesamt über die Faser 29 gemultiplexte Leistung war 0 dBm (als Ergebnis eines 3 dB-Koppelverlustes).
Der Multiplexer 30 war ein "1 · 2-Koppler", welcher von E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Aven, San Jose, CA (USA), hergestellt wurde.
Der Leistungsverstärker 32a war ein faseroptischer Verstärker, welcher kommerziell erhältlich ist und die folgenden Merkmale hatte:
Eingangsleistung von -5 bis +2 dBm
Ausgangsleistung 13 dBm
Arbeitswellenlänge 1530-1560 nm.
Der Leistungsverstärker war ohne einen Notch- bzw. Sperrfilter.
Es wurde ein TPA/E-12-Modell, welches vom Anmelder erhältlich ist, benutzt. Der Verstärker verwendete eine C-Typ (Al/Ge/Er) Erbium dotierte, aktive optische Faser.
Mit einem Leistungsverstärker ist beabsichtigt, einen Verstärker zu meinen, welcher unter Sättigungsbedingungen arbeitet, in welchem die Ausgangsleistung von der Pumpleistung abhängt, wie dies im Detail im Patent EP 439,867 beschrieben wird.
Nach dem ersten Abschwächer 31 am Eingang des Verstärkers 32 war die gesamte optische Leistung ungefähr -18 dBm.
Als Aktoren 31 wurde ein Va5-Modell, welches von JDS FITEL INC., 570 Heston Drive, Nepean (Ottawa), Ontario (CA), erhältlich ist, benutzt, und jeder dieser lieferte eine 30 dB- Dämpfung entsprechend ungefähr 100 km optischer Faser.
Die Verstärker 32, 32', 32", 32''' waren identisch, und jeder dieser lieferte eine Verstärkung von ungefähr 30 dB für beide Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2;, bei einer Gesamtausgangsleistung von +12 dBm.
Das Signal 27, bei einer Wellenlänge λ&sub1; = 1536 nm, war ein Signal, welches direkt bei 2,5 Gbit/s moduliert wurde, welches durch einen DFB-Laser erzeugt wurde, welcher in dem SLX-1/16- Modell SDH-Endgerät beinhaltet war, welches kommerziell von PHILIPS NEDERLAND BV, 2500BV 's Gravenhage (NL) erhältlich ist, welches den Empfänger 33 darstellt.
Das Signal 28 war ein Dauerstrichsignal (CW) bei einer Wellenlänge von λ&sub2; = 1556 nm, welches durch einen MG9948L3-Modell- DFB-Laser mit einer 0 dBm-Leistung erzeugt wurde, welcher von ANRITSU CORPORATION, 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP) hergestellt wird. Das Interferenzfilter 34 war ein Modell TB4500, welches von der zuvor erwähnten Firma JDS FITEL INC. hergestellt wurde.

Experiment 1

In einem ersten Experiment wurden die Verstärker mit Faser A (Al/Ge/La/Er) benutzt, welche den Aufbau, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, haben, welcher kein Notch-Filter 10 aufweist.

Experiment 2

In einem zweiten Experiment wurden die Verstärker mit Faser A (Al/Ge/La/Er) benutzt, welche den Aufbau, wie er in Fig. 2 gezeigt wird, haben, welcher mit einem Notch-Filter 10 ausgestattet ist.
Über den Empfänger 33 wurde die Bit-Fehlerrate (BER) gemessen indem die durchschnittliche Empfangsleistung für das Signal bei λ&sub1; (1536 nm) Wellenlänge variiert wurde.
Die Ergebnisse werden im Diagramm in Fig. 9 gezeigt, in welcher Kurve 35 sich auf Experiment 1 und Kurve 6 auf Experiment 2 bezieht.
Wie im Diagramm in Fig. 9 gezeigt wird, trotz der Tatsache, dass die Verstärkungskurve des einzelnen Verstärkers mit Faser A (Al/Ge/La/Er) und mit einem Notch-Filter ausgestattet, im Wesentlichen identisch mit und sogar flacher als die des Verstärkers mit Faser A und ohne einem Notch-Filter 10 war, erschien das Signal bei 1536 nm in einer Kaskadenanordnung benachteiligt, was zu einer bemerkenswert höheren Fehlerrate führte, wobei die Empfangsleistung gleich war.

Experiment 3

Eine zweite experimentelle Anordnung, welche benutzt wurde, wird in Fig. 10 gezeigt. In einem derartigen Test wurden vier Signale 37, 38, 39, 40 bei den Wellenlängen λ&sub1; = 1536 nm, λ&sub2; = 1556 nm, λ&sub3; = 1550 nm und λ&sub4; = 1544 nm über einen Wellenlängenmultiplexer 42 in eine Faser 41 geführt.
Der Signalpegel am Leitungseingang wurde über einen Vorentzerrer 43 justiert; nach einem Leistungsverstärker 44 wurden die Signale auf eine Leitung geschickt, welche vier Leitungsverstärker 45, 45', 45", 45''' beinhaltete, welche jeweils Abschwächer 46 zwischen sich aufgestellt hatten, um jeweils optische Faserlängen zu simulieren.
Die Empfangsstation bestand aus einem Vorverstärker 47, einem optischen Demultiplexer 48 und einem Empfänger 49.
Die Signale wurden jeweils erzeugt: von einem DFB-Laser bei 1536 nm, direkt mit 2,5 Gbit/s moduliert, der im Endgerät, das aus dem Empfänger 49 besteht, beinhaltet war; von einem DFB- Laser bei 1556 nm vom Dauerstrich-Emissionstyp, welcher von ANRITSU hergestellt wird; von einem DFB-Laser bei 1550 nm vom Dauerstrich-Emissionstyp, welcher von ANRITSU hergestellt wird; von einem ECL-Laser mit variabler Wellenlänge, vorgewählt auf 1544 nm, vom Dauerstrich-Emissionstyp, Modell HP81678A, hergestellt von HEWLETT PACKARD COMPANY, Rockwell, MD (USA).
Der Vorentzerrer 43 bestand aus vier veränderlichen Abschwächern 43a, welche von JDS hergestellt werden, die Dämpfung desselben wurde abhängig von der optischen Leistung des jeweiligen Kanals festgelegt.
Der Multiplexer 42 wurde mit Hilfe eines 1 · 4-Teilers gemacht, welcher von der vorerwähnten E-TEK DYNAMICS hergestellt wird.
Der Leistungsverstärker 44 war ein Modell TPA/E-13, welches kommerziell vom Anmelder erhältlich ist und bereits beschrieben wurde.
Die Verstärker 45, 45', 45", 45''' waren miteinander identisch und lieferten jeweils eine Verstärkung von ungefähr 30 dB bei einer Gesamtausgangsleistung von +12 dBm.
Die Verstärker 45 hatten den Aufbau, welcher in Fig. 1 gezeigt wird, und benutzten die Faser A (Al/Ge/La/Er).
Die Abschwächer bzw. Dämpfungsglieder 46 lieferten jeweils eine Dämpfung von 30 dB, entsprechend von ungefähr 100 km optischer Faser.
Die optischen Abschwächer waren vom Modell VA5, welches von der vorerwähnten JDS FITEL hergestellt wurde.
Der Verstärker 47 war ein kommerziell erhältlicher optischer Vorverstärker, welcher die folgenden Merkmale aufwies:
Verstärkung 22 dB
Rauschfaktor < 4,5 dB
Ausgangsleistung von -26 bis -11 dB
Arbeitswellenlänge 1530-1560 nm
Ein Modell RPA/E-F, welches kommerziell vom Anmelder erhältlich ist, wurde benutzt; der Verstärker nutzte eine aktive Faser vom Typ C (Al/Ge/Er).
Es ist beabsichtigt, mit dem Vorverstärker einen Verstärker zu meinen, welcher zum Empfangen eines Signals dimensioniert ist, welches eine sehr niedrige Intensität (z. B. -50 dBm) hat, und es, bevor es zu einer Empfangseinrichtung gesendet wird, bis zum Erreichen eines Leistungspegels zu verstärken, welcher an die Ansprechempfindlichkeit der Anordnung angepasst ist.
Der optische Demultiplexer 48 bestand aus einem Wellenlängendurchstimmbaren Fabry-Perot-Filter, das eine Bandbreite von 0,8 nm bei -3 dB hatte, welches im Vorverstärker 47 beinhaltet war.
Zum Ausführen des Experiments wurde das Fabry-Perot-Filter auf die Wellenlänge λ = 1536 nm (als kritische Wellenlänge identifiziert) über einen Pilotton, welcher von dem Sender 37 erzeugt wurde, abgestimmt.
Der Empfänger 49 bestand aus einem SDH-Endgerät, Modell SLX- 1/16, welches kommerziell von PHILIPS NEDERLAND BV, 2500BV 's Gravenhage (NL) erhältlich ist.
Die Fig. 11 bis 15 zeigen den Signalverlauf in den nachfolgenden Stufen, speziell jeweils am Eingang des Verstärkers 45, des Verstärkers 45', des Verstärkers 45" und des Verstärkers 45''' und am Eingang des Vorverstärkers 47.
Der Vorentzerrer 43 legte eine maximale Startvorentzerrung von ungefähr 7 dB zwischen die verschiedenen Kanäle, wie dies in Fig. 11 gezeigt wird; eine derartige Vorentzerrung hatte das Ziel, die Sättigungseffekte bei niedrigeren Wellenlängen, wie sie in Kaskadenverstärkung auftreten, zu kompensieren.
Die Vorentzerrung wurde in einer derartigen Weise ausgeführt, das das optische Signal/Rausch-(S/N-)Verhältnis am Ausgang des Vorverstärkers 47 entzerrt werden konnte.
In den nachfolgenden Verstärkungsstufen kann man eine Reduktion in der Verstärkungskurve in dem Bereich sehen, welcher eine kleinere Wellenlänge hat, entsprechend dem oben beschriebenen Sättigungsphänomen, wohingegen das optische S/N-Verhältnis jedes der Kanäle (S/N ≥ 15 dB mit Δλ = 0,5 nm) bis zum Ausgang des Vorverstärkers 47 hoch blieb.
In einem entsprechendend ausgeführtem Experiment, welches Verstärker entsprechend dem Schaubild aus Fig. 2 nutzt, welche eine aktive Faser des C-Typs und ein Notch-Filter haben, wurde eine bedeutende Reduktion der Signalleistung bei 1536 nm und 1544 nm gefunden, ebenso auch ein starkes Ungleichgewicht in dem optischen S/N-Verhältnis zwischen den verschiedenen Kanälen, wie es aus der Kurve in Fig. 16 deutlich wird, welche die Leistungen von verschiedenen Kanälen am Eingang des Vorverstärkers zeigt; eine noch schwerere Benachteiligung meint man für einen Kanal bei der Wellenlänge von ungefähr 1540 nm zu finden.
In diesem Fall hätte eine Vorentzerrung das Ungleichgewicht zwischen den verschiedenen Kanälen (einige von ihnen erschienen bezüglich der anderen stark benachteiligt, und speziell diejenigen zwischen ungefähr 1535 und 1540 nm) einschränken können; wenn man jedoch solch eine Entzerrung durchführt, kann ein akzeptables S/N-Verhältnis für alle Signale in dem interessierenden Wellenlängenband nicht unter allen Umständen beibehalten werden; um in der Tat in der Lage zu sein, die Kanäle vorzuentzerren, sollte man eine sehr hohe Startdämpfung der favorisierten Kanäle = (1550 und 1556 nm) ausgeführt haben, welches zu einem S/N-Verhältnis mit sehr niedrigem Wert (in der Größenordnung von 8-10 dB) geführt hätte, wodurch ein korrekter Empfang der Signale selbst unmöglich gemacht worden wäre.
Die besseren Ergebnisse, welche im Vergleich beim Gebrauchen von Verstärkern, die mit einem Notch-Filter und einer Al/Ge/Er-Faser ausgestattet sind, erhalten werden, scheinen auf der Tatsache zu beruhen, dass die Faser A eine Emissionskurve praktisch ohne Einsattelungen oder lokale Minima eines bedeutenden Betrages oder speziell ohne ein Minimum im Wellenlängenbereich, fortlaufend zum Emissionsspitzenwert in der 1535-1540 nm-Zone, hat.
Tatsächlich meint man, dass, wenn mehrere Signale bei verschiedenen Wellenlängen simultan in die Faser geführt werden, das Vorhandensein einer Einsattelung oder eines lokalen Minimums in der Emissionskurve (in den Spektren der vergleichbaren Fasern aufscheinend) dazu führt, dass ein Signal einer Wellenlänge, welche der Einsattelung entspricht, im kleineren Ausmaß verstärkt wird als die Signale bei Wellenlängen benachbarter Bereiche.
Entsprechend der obigen Interpretation, zieht dir größere Signalverstärkung bei Wellenlängen benachbarter Bereiche die Pumpenergie von dem Signal selbst ab, welches bei einem niedrigen Ausgangswert gesättigt ist (d. h. sein Pegel nach der Verstärkung hängt nicht weiter von seinem Eingangswert ab, sondern nur von der in der Faser erhältlichen Pumpleistung), wodurch die Pegeldifferenz zwischen den verschiedenen Signalen zunimmt.
Bei Vorhandensein von Kaskadenverstärkern und bei WDM-Übertragungen nimmt ein solches Phänomen bei jeder Stufe zu und man meint, dass es für die detektierte Ungleichmäßigkeit in der Antwort verantwortlich ist, welche nicht durch eine Vorentzerrung o. ä., wie oben gesagt, kompensiert werden kann.
Es wurde festgestellt, dass das obige Phänomen für Signale eintritt bei der Einsattelung der Emissionskurve entsprechend dem Signalverstärkungswettstreit bei Wellenlängen, benachbart zu den einzelnen Einsattelungen, wohingegen es nicht auftritt (wenigstens in gleichem Ausmaß) für Signale bei Wellenlängen, welche an den Grenzen des nützlichen Bandes platziert sind, obwohl bei solchen Wellenlängen der Emissionswert absolut gleich oder niedriger als der Wert der Einsattelung sein kann.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung hat der Einbau von Lanthan in eine Al/Ge/Er-Faser unerwartet dazu geführt, dass eine Eliminierung solcher lokaler Emissionsminima erreicht werden kann, obwohl dies nicht aus den erhältlichen Daten für Al/La/Er- und Al/Ge/Er-Fasern vorausgesehen werden konnte.
In der Tat haben sowohl Al/La/Er- und Al/Ge/Er-Fasern eine erhebliche Emissionseinsattelung in der 1535-1540 nm-Zone, und deshalb hätte das Wissen der Leistungsfähigkeit solcher bekannter Fasern ein verschiedenes vorzugsweises Verhalten für eine Al/Ge/La/Er-Faser ausgeschlossen, und zusätzlich hätte eine solche Faser eine verstärkte Wellenlängen-Multiplexübertragung ermöglicht.
Unerwarteterweise, entsprechend einem anderen und noch bedeutenderem Gesichtspunkt, wurde herausgefunden, dass, bei Vorhandensein eines Spitzenwerts innerhalb einer Zone mit hoher Emission, das Vorhandensein der Einsattelung benachbart zu dem Spitzenwert oder bei allen Vorgängen in funktioneller (negativer) Beziehung mit den benachbarten Zonen für einen unzureichenden Wert im Signal-/Rauschverhältnis für Signale in dieser Einsattelung verantwortlich ist und dass eine aktive Faser, welche fähig ist, intrinsisch solch eine Einsattelung zu eliminieren oder zu reduzieren, dieses Problem lösen kann, indem eine WDM-Übertragung bei Vorhandensein von einem oder mehreren Verstärkern ermöglicht wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wurde deshalb herausgefunden, dass eine aktive Faser, deren Dotierstoffe eine Emissionskurve ergeben, welche einen relativ hohen Wert in einem Wellenlängenband hat, welche im Wesentlichen klar von lokalen Einsattelungen in einer Zone innerhalb des Wellenlängenbandes in funktionellem Bezug mit den verbleibenden Zonen des Bandes ist (so dass dies eine bedeutende Verstärkungsdifferenz für Telekommunikationssignale bei verschiedenen Wellenlängen innerhalb des Bandes von Wellenlängen, die in der Faser selbst gemultiplext werden, erzeugen würde), das Erreichen von Verstärkern ermöglichte, welche im Einzelnen adaptiert sind, um in einer Telekommunikationsleitung verwendet zu werden, welche wenigstens zwei seriell verbundene optische Verstärker aufweist, mit Wellenlängen-gemultiplexten Signalen, welche hohe Leistungsfähigkeit bieten.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass das Steuern des S/N- Verhältnisses in Übertragungssystemen, auf welche hier Bezug genommen wird, nicht nur durch das Gebrauchen von Filtern oder durch Anpassen eines Transmissionsbandes von eingeschränkter Breite (fähig zu vermeiden, ungünstige Wellenlängenzonen einzuschließen) erreicht werden kann, sondern durch die Wahl des Dotiermittels und das Dosieren in dem aktiven Faserkern des Verstärkers, so dass eine Emissionskurve in einem Band gezogen werden kann, welches weit genug ist (d. h. über 1525-1560 nm weit ausgedehnt ist, oder wenigstens von 1530-1560 nm), um nicht den Anlass für eine ungünstige Signalverstärkung in einem oder mehreren einzelnen Zonen in der Emissionskurve zu geben, obwohl ein Emissionsspitzenwert in dem Band vorhanden ist.
Unter funktionaler Beziehung ist beabsichtigt, wie oben erwähnt, zu verstehen, dass das Vorhandensein einer größeren Emission in den zur Einsattelung benachbarten Zonen, und speziell eines Emissionsspitzenwerts, und das Vorhandensein von Signalen in den benachbarten Zonen zu einer Minderung der Verstärkung eines Signals bei einer Wellenlänge führt, welche der Einsattelung entspricht.
Unter einer Emissions-(oder Spektral-)kurve, welche einen relativ hohen Wert in einem Wellenlängenband hat, ist beabsichtigt zu verstehen, dass in einem gegebenen Wellenlängenband, bevorzugt zwischen 1525 und 1560 nm, die gepumpte Faser einen Emissionswert zeigt, welcher die Emission außerhalb eines solchen Bandes übertrifft, welches geeignet ist, die Verstärkung eines Signals in dem Wellenlängenband zu ermöglichen; gerade als ein Zeichen dafür wird eine solche Zone als eine Zone, welche zwischen zwei Endwerten beinhaltet ist, identifiziert, bei welcher die Emission 3 dB niedriger als diejenige ist, welche bei einer Wellenlänge, die in dem Intervall oder Band eingeschlossen ist (vorzugsweise in einer praktisch konstanten Zone des Intervalls). Tatsächlich entspricht ein solches Band einem, bei welchem eine nützliche Verstärkung ausgeführt werden kann.
Unter einem Emissionsspitzenwert ist beabsichtigt, eine Emission in einem Wellenlängenbereich zu verstehen, welcher weit höher als in den Spektralzonen außerhalb eines solchen Bereiches ist, so dass verschiedene Verhalten bezüglich der Signale auftreten, die in die Faser bei Wellenlängen innerhalb und außerhalb dieses Bereiches eingeführt wurden.
Unter bedeutender Verstärkungsdifferenz ist beabsichtigt zu verstehen z. B. eine Differenz größer als 2 dB zwischen der am meisten bevorzugten Wellenlänge und der weniger bevorzugten Wellenlänge in dem Band (bei einer Eingangsleistung gleich oder geringer als -20 dBm).
Unter lokalen Einsattelungen in der Emissionskurve ist beabsichtigt zu verstehen einen Wellenlängenbereich innerhalb des Bandes, bei welchem es ein zweites Emissionsminimum gibt, von einem kleineren Wert als der Emissionswert entweder an der Grenze des Bereiches und eines kleineren Wertes von einem vorbestimmten Betrag als die Werte maximaler Emission in den benachbarten Wellenlängenbereichen (speziell sowohl der Hauptemissionsspitzenwert von Erbium, bei Wellenlängen niedriger als der der Einsattelung, und der zweite Emissionsspitzenwert bei höheren Wellenlängen); am Ende der vorliegenden Erfindung ergeben Werte des vorbestimmten Einsattelungsbetrages, welche höher als 0,5 dB sind und, noch spezieller, höher als 1 dB sind, bemerkenswerte Effekte.
Es wurde auch herausgefunden, dass in einem Leistungsverstärker, welcher in einem System benutzt wird, das mit verschiedenen Kaskadenverstärkern versehen ist, der Gebrauch eines Notch-Filters, welches fähig ist, die Intensität des Hauptemissionsspitzenwerts durch das Erzeugen einer im Wesentlichen flachen Verstärkungskurve für die einzelnen Verstärker zu erniedrigen, nicht dazu führt, das oben beschriebene Phänomen zu vermeiden.
In der Tat soll ein Notch-Filter in einem Aufbau, welcher mehrere Kaskadenverstärker beinhaltet, ein Abschwächelement bzw. Dämpfungsglied in der Bandzone bei niedrigen Wellenlängen, wo es zentriert ist, darstellen, dessen Effekt unweigerlich die Einsattelungszone der Emissionskurve erweitert; solch ein Dämpfungseffekt tritt zusätzlich zu dem oben beschriebenen Sättigungsphänomen auf und erzeugt eine weitere Abnahme für ein Signal bei einer Wellenlänge bei solch einer Einsattelung oder einem lokalen Minimum.
Der Gebrauch von äquivalenten Filtereinrichtungen, welche zum Dämpfen oder anderweitigem Mindern der Emission bei dem Hauptspitzenwert angepasst sind, so wie sie in dem oben erwähnten Patent EP 426,222 z. B. beschrieben werden, scheint nicht zu bedeutenden Unterschieden in der Leistungsfähigkeit zu führen.
Am Ende der vorliegenden Erfindung ist der Lanthangehalt in dem Faserkern vorzugsweise höher als 0,1% pro Mol und der Germaniumgehalt ist größer als 5% pro Mol, wobei das Ge/La- Verhältnis vorzugsweise bei 50 und bei allen eingeschlossenen Gegebenheiten zwischen 10 und 100 gehalten wird.
Das Vorhandensein von Lanthan im Faserkern ermöglicht eine größere Aufnahme von Germanium und Aluminium in die Faser, so dass eine hohe numerische Apertur (größer als 0,18 und vorzugsweise wenigstens gleich 0,2) erhalten wird, was wichtige Vorteile bezüglich der Verstärkungseffizienz und einer höheren konstanten Empfindlichkeit im Band mit sich bringt.
Zusätzlich ermöglicht das Vorhandensein von Lanthan das Erhöhen des Erbiumgehalts in der Faser, ohne Cluster-Phänomene hervorzurufen. Der Erbiumgehalt kann zwischen 20 und 5000 ppm, oder bevorzugter zwischen 100 und 1000 ppm liegen.
Während im Detail mit Bezug auf den Gebrauch in Linienverstärkern beschrieben, können die Fasern entsprechend der vorliegenden Erfindung bequemerweise auch in einem Vorverstärker genutzt werden, d. h. in einem Verstärker, der zum Empfangen eines Signals sehr niedriger Intensität (-50 dBm z. B.) und zum Verstärken dieses, bevor es zu einer Empfängeranordnung gesandt wird, dimensioniert ist.
Zusätzlich wird festgestellt, dass, während optische Zwei- Stufen-Verstärker beschrieben wurden, welche zwei aufeinanderfolgende und getrennt gepumpte Teile einer aktiven Faser benutzen, auch Einzelstufenverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, indem z. B. den Aufbauschaubildern, die in den zuvor erwähnten Patenten EP 426,222 und EP 439,867 gezeigt werden, gefolgt wird, und Verstärker unterschiedlich im Typ voneinander, z. B. einstufige und zweistufige Verstärker, zusammen in ein und derselben Verbindung genutzt werden können.
Zusätzlich können für spezielle Erfordernisse in zweistufigen Verstärkern einer von diesen allein mit der Faser der Erfindung hergestellt werden.
Auf der anderen Seite wird ein Fachmann, welcher die obigen Überlegungen in Betracht zieht, in der Lage sein, spezifische Betriebsbedingungen und spezifische Dotierstoffgehalte zu spezifizieren, welche der beabsichtigten Anwendung angepasst sind, um die aufgestellten Ansprechergebnisse zu erzielen.
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Fachmann, welcher mit Fasern umgeht, welche einen Hauptdotierstoff enthalten (vorzugsweise Erbium, wenn es sich um den Telekommunikationsbereich handelt), welches in dem interessierenden Wellenlängenbereich fluoresziert, in Verbindung mit zweiten Dotierstoffen, welche damit in zusätzlicher oder innerbetrieblicher Weise wechselwirken, in der Lage sein, spezifische Dotiermittel oder Kombinationen davon und relevante Dosierungen identifizieren, um Veränderungen der Emissionskurve der Faser zu erhalten und entsprechende Leistungen von Verstärkern und verstärkten Systemen, die daraus gemacht werden (Laser, optische Gyroskope u. ä., ebenso wie Übertragung, Telekommunikation oder Messsysteme, welche sie beinhalten), zu erhalten, um die gewünschte Leistungsfähigkeit bezüglich des Signal-/Rauschverhältnisses innerhalb des interessierenden Bandes zu erhalten.
In dem speziellen Feld, welches von besonderem Interesse für den Anmelder ist, wurde die Untersuchung auf Erbium als den hauptfluoreszierenden Dotierstoff und auf Ge, Al, La, in Form von Oxiden in die Faser aufgenommen, als zweiten Dotierstoff begrenzt, da die Ergebnisse dieser Forschung ausreichend waren, die spezifischen technischen Probleme zu lösen.
Die in dieser Erfindung gegebenen Erkenntnisse werden von Fachleuten genutzt werden, um deren eigene Probleme zu lösen, welche ähnlich oder verschieden von den hier beschriebenen sind, vorausgesetzt, sie haben die gleichen technischen Grundlagen, durch das Forschen von speziellen unterschiedlichen Dotierstoffen oder einzelnen Dosierungen von diesen, wie sie hier untersucht und beschrieben wurden, um sie in die Praxis umzusetzen oder für die gleiche funktionelle Beziehung zwischen den Ergebnissen und den angewendeten Vorrichtungen zu nutzen.
Einem Fachmann wird der Rat gegeben, nicht einzelne Dotierstoffe oder Anordnungen von Dotierstoffen fallen zu lassen, um sie miteinander zu kombinieren, auch wenn sie, getrennt betrachtet, unzureichende Ergebnisse in den Systemen ergeben, welche sie in Termen des Signal-/Rauschverhältnisses aufweisen, da eine Kombination von ihnen bessere Ergebnisse aufzeigen kann, als aus den Aussagen der vorliegenden Erfindung offensichtlich wird.

Claims

1. Verfahren zum Erzielen der Steuerung des optischen Signal- /Rausch-Verhältnisses beim Empfang, in einem vorbestimmten Frequenzband, in einem Telekommunikationssystem, welches aufweist:

- einen optischen Sender (27, 28; 37-40),

- einen optischen Empfänger (33, 34; 47-49),

- eine optische Faserleitung (29; 41), welche den Sender und den Empfänger verbindet, und

- wenigstens einen Aktiv-Faser-Optischen-Verstärker (32a, 32-32'''; 44, 45-45'''), welcher in der Leitung angeordnet ist,

wobei die aktive Faser eine Silizium-Faser (1, 6; 13) ist, welche Erbium als einen Hauptdotierstoff aufweist und eine Emissionskurve zeigt, welche eine Emissionszone in einem Wellenlängenbereich hat, der innerhalb des vorbestimmten Frequenzbandes eingeschlossen ist, innerhalb dessen eine Einsattelung der Emission bezüglich der benachbarten Zonen in dem vorbestimmtem Frequenzband vorliegt, wobei das Verfahren aufweist, das Eliminieren oder Reduzieren der Einsattelung der Emissionskurve durch das Verwenden von Aluminium, Germanium und Lanthan als zweite Dotierstoffe in der aktiven Faser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Frequenzband zwischen 1525 und 1560 nm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Signal-/Rausch-Verhältnis, mit einer Filterbreite von 0,5 nm gemessen, größer als 15 dB ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System wenigstens zwei Aktiv-Faser-Optische-Verstärker aufweist, welche in der optischen Faserleitung angeordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsattelung auf einen Wert kleiner als 1 dB bezüglich des Emissionswertes in wenigstens einer der benachbarten Zonen in dem Band reduziert wird.

6. Auf Silizium basierende aktive optische Faser (1, 6, 13), speziell für optische Telekommunikationsverstärker, mit einer numerischen Apertur größer als 0,15, wobei die Faser einen Kern hat, der mit Erbium als ein Hauptfluoreszenzdotierstoff dotiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionskurve der Faser in einem Wellenlängenbereich von 1535 bis 1540 nm, bei Gegenwart einer Licht-Pumpenergie, welche der Faser selbst zugeführt wird, im Wesentlichen frei von Einsattelungen ist, wobei der Kern ferner Aluminium, Germanium und Lanthan als zweite Dotierstoffe aufweist.

7. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionskurve keine Einsattelungen in dem Wellenlängenbereich mit einem Wert größer als 1 dB, bezüglich dem Emissionswert in wenigstens einem der Frequenzbänder benachbart zu dem Wellenlängenbereich, hat.

8. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionskurve keine Einsattelungen in dem Wellenlängenbereich mit einem Wert größer als 0,5 dB, bezüglich dem Emissionswert in wenigstens einem der Frequenzbänder benachbart zu dem Wellenlängenbereich, hat.

9. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptfluoreszenzdotierstoff in die Faser in Form eines Oxydes eingebaut ist.

10. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Dotierstoffe in die Faser in Form der jeweiligen Oxyde eingebaut sind.

11. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lanthan-Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, größer als 0,1% pro Mol ist.

12. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lanthan-Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, gleich oder größer als 0,2% pro Mol ist.

13. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Germanium- Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, größer als 5% pro Mol ist.

14. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis zwischen dem Lanthan-Gehalt und dem Germanium- Gehalt in dem Faserkern, welche als Oxyde bezeichnet werden, innerhalb von 10 bis 100 liegen.

15. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis zwischen dem Lanthan-Gehalt und dem Germanium-Gehalt in dem Faserkern, welche als Oxyde bezeichnet werden, ungefähr 50 ist.

16. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium- Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, größer als 1% pro Mol ist.

17. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium-Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, größer als 2% pro Mol ist.

18. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erbium-Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, innerhalb von 20 bis 5000 ppm pro Mol liegt.

19. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Erbium-Gehalt in dem Faserkern, welcher als ein Oxyd bezeichnet wird, innerhalb von 100 bis 1000 ppm pro Mol liegt.

20. Auf Silizium basierende aktive optische Faser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur der Faser größer als 0,18 ist.

21. Aktiv-Faser-Optischer-Verstärker, welcher aufweist:

- wenigstens eine Länge einer auf Silizium basierenden aktiven optischen Faser (1, 6, 13) entsprechend einem der Ansprüche 6 bis 20,

- eine Pumpvorrichtung (2, 7; 11) für die aktive Faser, welche angepasst ist, um eine optische Pumpleistung bei einer Pumpwellenlänge zu liefern,

- eine Koppelvorrichtung (3, 8; 12) innerhalb der aktiven Faser der optischen Pumpleistung und eine oder mehrere Sendesignale, bei Sendewellenlängen, welche innerhalb eines vorbestimmten Übertragungsbandes liegen,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffe der aktiven Faser so in funktionellem Bezug zueinander gewählt werden, dass das Signal-/Rausch-Verhältnis am Verstärkerausgang für Signale mit einer Wellenlänge in dem vorbestimmten Übertragungsband, gemessen mit einer Filterbreite von 0,5 nm, nicht kleiner als 1548 ist.

22. Aktiv-Faser-Optischer-Verstärker nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Übertragungsband innerhalb von 1525 bis 1560 nm liegt.

23. Aktiv-Faser-Optischer-Verstärker nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffe der aktiven Faser entsprechend dem funktionalen Bezug untereinander so ausgewählt werden, dass die maximale Änderung der zwischen zwei Signalen bei unterschiedlichen Übertragungswellenlängen in dem Band, gemessen bei einer Eingangsleistung ≤-20 dBm, kleiner als 2,5 dB ist, bei Fehlen einer Filtervorrichtung, welche mit der aktiven Faser verbunden ist.

24. Aktiv-Faser-Optischer-Verstärker nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei auf Silizium basierende aktive Fasern (1, 6) aufweist, welche jeweils mit einer Pumpvorrichtung ausgestattet sind.

25. Telekommunikationssystem, welches aufweist:

- eine Sendestation, welche wenigstens zwei optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem vorbestimmten Wellenlängenband erzeugt, welches einen Bereich um 1535- 1540 nm aufweist, wobei wenigstens eine der Signalwellenlängen in dem Bereich um 1535-1540 nm beinhaltet ist,

- eine Empfangsstation,

- eine optische Faserverbindungsleitung zwischen der Sendestation und der Empfangsstation, und

- wenigstens einen Aktiv-Faser-Optischen-Verstärker nach einem der Ansprüche 21 bis 23, welcher in Reihe entlang dieser Leitung angeschlossen ist,

operativ miteinander verbunden, um die optischen Signale von der Sendestation zur Empfangsstation zu übertragen.

26. Telekommunikationssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Verstärker entlang der Leitung in Reihe miteinander verbunden sind.