DE69634235T2

DE69634235T2 - Optischer Verstärker

Info

Publication number: DE69634235T2
Application number: DE69634235T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki-shi Onaka; Hideyuki Kawasaki-shi Miyata; Kazue Kawasaki-shi Otsuka
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: US6067187A; EP1427119B1; EP1675284A3; JPH09153865A; JP3739453B2; EP1427119A3; DE69634235D1; EP0777346A3; EP0777346A2; EP1427119A2; EP0777346B1; DE69638125D1; EP1675284A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker, der zur gleichzeitigen Verstärkung einer Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen geeignet ist, und auch eine Anwendung dieses optischen Verstärkers auf ein optisches Kommunikationssystem.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Für einen Aufbau eines zukünftigen Multimedianetzes gibt es die Forderung nach einem optischen Kommunikationssystem mit einer größeren Kapazität. Es wird intensiv in Bezug auf ein optisches Kommunikationssystem zur Realisierung einer sehr großen Kapazität geforscht, wie beispielsweise in Bezug auf ein Zeitmultiplex-(TDM = time-division multiplexing)-System, ein optisches Zeitmultiplex-(OTDM = optical time-division multiplexing)-System und ein Wellenlängenmultiplex-(WDM = wavelength-division multiplexing)-System. Von diesen Systemen wird vom WDM-System erwartet, dass es ein flexibles Lichtwellennetz realisiert, indem ein breites Verstärkungsband eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers (EDFA = erbium doped fiber amplifier) verwendet, um eine Querverbindung und ein Hinzufügen/Fallenlassen in einem optischen Bereich oder ein Multiplexen von unterschiedlichen Arten von Diensten durchzuführen. Das WDM-System wird als vorteilhafter als die anderen Systeme beim Durchführen einer Übertragung sehr großer Kapazität durch Verwenden eines existierenden 1,3 μm-Band-Monomode-Fasernetzes mit einer Dispersion von Null angesehen, das nun weltweit am weitesten verbreitet ist. Dies ist aufgrund der Tatsache so, dass das WDM-System eine niedrige Übertragungsrate pro jedem optischen Träger realisieren kann und daher eine relativ große optische Eingangsleistung einstellen kann, die durch eine zulässige Wellenlängendispersion und die nicht linearen Effekte eines optischen Verstärkers begrenzt ist.
Zum Realisieren des WDM-Systems ist ein optischer Verstärker mit einer konstanten Verstärkung über ein breites Band nötig. Ein EDFA hat ein Verstärkungsband (Gewinnband) von etwa 1530 nm bis etwa 1560 nm; jedoch ist die Verstärkung in Bezug auf eine Wellenlänge nicht notwendigerweise konstant. Das bedeutet, dass sich die Verstärkung des EDFA in Abhängigkeit von der Wellenlänge von Signallicht ändert.
Als Technik zum Reduzieren der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung des EDFA ist die Verwendung einer dotierten Faser vorgeschlagen worden, die mit Al und Er dotiert ist (C. G. Alkins et al., Electron. Lett., vol. 25, S. 910–911 (1989)). Weiterhin sind andere Techniken vorgeschlagen worden, wie beispielsweise ein Verfahren zum Optimieren eines Arbeitspunkts eines EDFA (M. Suyama et al., OAA'93, MB5-1 (1993)) und ein Verfahren zum Flachmachen von Verstärkungskennlinien durch Verwenden eines optischen Filters (H. Toba et al., IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 5, No. 2, S. 248 (1993)). Jedoch haben die oben angegebenen Techniken nach dem Stand der Technik zum Reduzieren einer Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung einen derartigen Defekt, dass die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung groß wird, wenn sich die Eingangsleistung von Signallicht oder die Anzahl von WDM-Kanälen ändert, und zwar aufgrund des Vorhandenseins von Problemen, die einer jeweiligen Technik eigen sind.
Gemäß EP 0 497 491 ist eine optische Faser mit einem Seltenerdenelement dotiert und gekoppelt, um mit einem Laser gepumpt zu werden, der mit einer optischen Rückkoppelschleife gekoppelt ist. Die Rückkoppelschleife koppelt das Ausgangssignal des Faserverstärkers zum Eingang des Faserverstärkers. Ein Filter mit schmaler Bandbreite, das mit der Rückkoppelschleife gekoppelt ist, lässt zu, dass eine ausgewählte Wellenlänge der verstärkten spontanen Emission vom Ausgang des Faserverstärkers zum Eingang des Faserverstärkers läuft. Das Rückkoppelsignal hat eine Wellenlänge, die unterschiedlich von derjenigen des Pumpsignals und den Wellenlängen der zu verstärkenden Signale ist. Bei einem Betrieb werden dann, wenn Bursts von optischen Signalen von wenigstens zwei diskreten wort- oder frequenzmultiplexten Kanälen im Faserverstärker verstärkt werden, die unerwünschten Schwankungen einer Verstärkung der Ausgangssignale, die normalerweise aufgrund einer Übergangssättigung des mit Erbium dotierten Filterverstärkers auftreten, im Wesentlichen eliminiert.
GB 2280561 offenbart ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, das optische Verstärker enthält, bei welchen ein identifizierender Pilotton auf jede multiplexte Wellenlänge moduliert wird. Jeder Systemverstärker bestimmt aus den Pilottönen die Gesamtanzahl von Wellenlängen, die übertragen werden, und stellt dadurch eine entsprechende Einstellung der Verstärkerverstärkung zur Verfügung. Dies verhindert eine Überverstärkung, wenn eine oder mehrere Wellenlängen aus dem multiplexten Signal fehlen, wie z.B. als das Ergebnis eines Senderfehlers.
EP-0663738 offenbart eine Spektrummultiplexverbindung, bei welcher eine Verstärkungsfaser mehrere multiplexte Trägerwellen verstärkt. Es wird dadurch möglich gemacht, eine flache spektrale Verteilung in Bezug auf eine Verstärkung beizubehalten, während sich die Anzahl von Trägerwellen ändert. Um dies durchzuführen, wird die Leistung von Licht, verstärkt durch diesen Verstärker und unabhängig von den Trägerwellen, verwendet. Dieses Licht wird durch eine umgekehrt ausgerichtete spontane Submission verstärkt. Nach einem Filtern in einem Filter und einer Erfassung durch eine Fotodiode wird der Versorgungsstrom der zwei Laserdioden, die das Pumpen der Faser bewirken, gesteuert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Verstärker zur Verfügung zu stellen, der die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung ungeachtet einer Änderung bezüglich einer Eingangsleistung und einer Anzahl von WDM-Kanälen reduzieren kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Kommunikationssystem zur Verfügung zu stellen, auf welches dieser optische Verstärker anwendbar ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Verstärker zur Verfügung gestellt, der ein Verstärkungsband für ein Eingangssignallicht hat, zum Ausgeben eines verstärkten Signallichts, und zwar gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art zum Realisieren von ihnen werden aus einem Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden, die einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, und die Erfindung selbst wird am besten daraus verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers zeigt, auf welchen die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
2 ist eine Kurve, die ein typisches Spektrum von ASE zeigt;
3 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer Verstärkung und einer optischen Ausgangsleistung zeigt;
4 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer 3-dB-Bandbreite von ASE und einer Anzahl von optischen Verstärkern zeigt;
5 ist eine Kurve, die eine Änderung bezüglich Verstärkungskennlinien mit als Parameter verwendeten Populationsinversionsverhältnis (N2/Nt) zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration nach dem Stand der Technik zum Konstanthalten der Verstärkung zeigt;
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der in 12 gezeigten Grundkonfiguration zeigt;
14 ist ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der in 12 gezeigten Grundkonfiguration zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
16 ist ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer ersten Endgerätestation zeigt; und
17 ist ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer zweiten Endgerätestation zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nun werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
Ein optischer Verstärker kann ein optisches Verstärkungsmedium aufweisen, zu welchem das Eingangssignallicht zugeführt wird; eine Pumplichtquelle zum Ausgeben von Pumplicht; eine erste optische Kopplungseinrichtung, die operativ mit dem optischen Verstärkungsmedium und der Pumplichtquelle verbunden ist, zum Einführen des Pumplichts in das optische Verstärkungsmedium; eine Sondenlichtquelle bzw. Prüflichtquelle zum Ausgeben von Sondenlicht bzw. Prüflicht mit einer Wellenlänge, die im Verstärkungsband enthalten ist; eine zweite Kopplungseinrichtung, die betriebsmäßig mit dem optischen Verstärkungsmedium und der Sondenlichtquelle verbunden ist, zum Einführen des Sondenlichts in das optische Verstärkungsmedium; eine erste Leistungserfassungseinrichtung zum Erfassen von Leistung des Eingangssignallichts; eine zweite Leistungserfassungseinrichtung zum Erfassen von Leistung des Sondenlichts; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Leistung des Sondenlichts gemäß Ausgaben von der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung, um eine Verstärkerverstärkung für das Eingangssignallicht konstant zu halten.
Vorzugsweise weist das Eingangssignallicht eine Vielzahl von optischen wellenlängenmultiplexten Signalen auf.
Vorzugsweise weist der optische Verstärker weiterhin eine dritte Leistungserfassungseinrichtung zum Erfassen von Leistung des verstärkten Signallichts auf, und eine Einrichtung zum Steuern von Leistung des Pumplichts, so dass eine Ausgabe von der dritten Leistungserfassungseinrichtung konstant wird.
Bei einem solchen optischen Verstärker kann die Leistung des Sondenlichts gemäß den Ergebnissen einer Erfassung der Leistungen des Eingangssignallichts und des Sondenlichts gesteuert werden, um dadurch die Verstärkerverstärkung für das Eingangssignal konstant zu halten. Demgemäß kann die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung in einem spezifischen Band ungeachtet einer Änderung bezüglich einer Eingangsleistung oder von ähnlichem im Wesentlichen eliminiert werden.
Bei einem solchen optischen Kommunikationssystem können wenigstens zwei Kanäle des wellenlängenmultiplexten Signallichts durch die Pilotsignale mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden.
Demgemäß kann durch Erfassen der Komponenten entsprechend den Pilotsignalen in dem optischen Repeater bzw. Zwischenverstärker das Spektrum das verstärkten wellenlängenmultiplexten Signallichts allgemein überwacht werden. Jedes Pilotsignal kann auch als niederfrequentes überlagerndes Signal verwendet werden, um zur Stabilisierung der Wellenlängen des wellen längenmultiplexten Signallichts in der ersten Endgerätestation verwendet zu werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines Verstärkers zeigt, auf welchen die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Dieser optische Verstärker hat ein Verstärkungsband für ein Eingangssignallicht zu einem Eingabeanschluss 1, und gibt verstärktes Signallicht von einem Ausgangsanschluss 2 aus. Das Eingangssignallicht wird zu einem optischen Verstärkungsmedium 3 zugeführt. Allgemein ist das optische Verstärkungsmedium 3 eine dotierte Faser, die mit einem Seltenerdenelement, wie beispielsweise Er (Erbium) dotiert ist. Pumplicht von einer Pumplichtquelle 4 wird durch eine optische Kopplungseinrichtung 5 in das optische Verstärkungsmedium 3 eingeführt. Demgemäß gelangt das optische Verstärkungsmedium 3 zu einem gepumpten Zustand, um einen Verstärkungsbetrieb für Signallicht mit einer in einem spezifischen Band enthaltenen Wellenlänge zu zeigen. In dem Fall, in welchem die mit Erbium dotierte Faser durch Pumplicht mit einer Wellenlänge von 0,98 μm gepumpt wird, hat Signallicht eine Wellenlänge, die an einem Band von 1,55 μm enthalten ist. In dem Fall, in welchem sich das Signallicht und das Pumplicht im optischen Verstärkungsmedium 3 in derselben Richtung ausbreiten, enthält die optische Kopplungseinrichtung 5 einen WDM-Koppler, der beispielsweise zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem optischen Verstärkungsmedium 3 vorgesehen ist, wohingegen in dem Fall, in welchem sich das Signallicht und das Pumplicht im optischen Verstärkungsmedium 3 in entgegensetzten Richtungen ausbreiten, die optische Kopplungseinrichtung 5 einen WDM-Koppler enthält, der beispielsweise zwischen dem optischen Verstärkungsmedium 3 und dem Ausgangsanschluss 2 vorgesehen ist.
Unter einem Annehmen eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers (EDFA = erbium doped fiber amplifier) als Beispiel werden nun seine Kennlinien bzw. Charakteristiken oder ähnliches beschrieben werden. 2 ist eine Kurve, die ein typisches Spektrum einer ASE (verstärkten spontanen Emission = Amplified Spontaneous Emission) in dem EDFA zeigt. In 2 stellt die vertikale Achse eine Leistung (dBm) dar und stellt die horizontale Achse eine Wellenlänge (μm) dar. Es ist bekannt, dass ein ASE-Spektrum im Wesentlichen Verstärkungskennlinien eines optischen Verstärkers für ein kleines Signal berücksichtigt bzw. reflektiert. Die Verstärkungskennlinien stellen die Beziehung zwischen einer Verstärkung in einem optischen Verstärkungsmedium und einer Wellenlänge von Eingangssignallicht dar. Wie es aus 2 verstanden wird, ist eine Verstärkungsspitze nahe 1,535 μm, d.h. die Verstärkungskennlinien sind nicht flach.
3 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer optischen Verstärkerverstärkung und einer optischen Ausgangsleistung zeigt. Ein durch NSR gezeigter nicht gesättigter Bereich entspricht einem Zustand, in welchem der Anteil von Er-Ionen in einem Zustand einer Inversion der Gesamtheit bzw. einer Populationsinversion im EDFA groß ist und eine konstante Verstärkung daher ungeachtet einer Änderung bezüglich einer optischen Ausgangsleistung erhalten wird. Ein durch SR gezeigter gesättigter Bereich entspricht einem Zustand, bei welchem der Anteil der Er-Ionen im Zustand einer Populationsinversion reduziert ist und daher die Verstärkung mit einer Erhöhung bezüglich einer optischen Ausgangsleistung schnell kleiner wird. Ob die Verstärkung in dem ungesättigten Bereich oder in dem gesättigten Bereich ist, wird beispielsweise durch die Leistung von Pumplicht bestimmt. In dem Fall, dass die Leistung von Pumplicht für eine Eingangsleistung ausreichend ist, ist der Anteil der Er-Ionen im Zustand einer Populationsinversion groß, so dass die Verstärkung in den ungesättigten Bereich fällt, wohingegen in dem Fall, dass die Leistung von Pumplicht im Vergleich mit einer Eingangsleistung klein ist, der Anteil der Er-Ionen im Zustand einer Populationsinversion reduziert wird, so dass die Verstärkung in den gesättigten Bereich fällt.
Ein Beispiel für eine Messung eines ASE-Bandes, wenn man eine Vielzahl von optischen Verstärkern verbindet, die im ungesättigten Bereich und im gesättigten Bereich arbeiten, wird nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. 4 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer 3-dB-Bandbreite (nm) von ASE und der Anzahl von optischen Verstärkern zeigt. Je größer die 3-dB-Bandbreite ist, um so flacher sind die Verstärkungskennlinien. Wie es aus 4 offensichtlich ist, ist dann, wenn die optischen Verstärker im ungesättigten Bereich arbeiten, eine Reduktion bezüglich der 3-dB-Bandbreite bei einer Erhöhung bezüglich der Anzahl der optischen Verstärker gering. Andererseits wird dann, wenn die optischen Verstärker im gesättigten Bereich arbeiten, die 3-dB-Bandbreite mit einer Erhöhung bezüglich der Anzahl der optischen Verstärker schnell kleiner. Dies zeigt, dass dann, wenn WDM auf ein mehrstufiges Zwischenverstärkersystem angewendet wird, das eine erste Endgerätestation mit optischen Sendern enthält, eine zweite Endgerätestation mit optischen Empfängern, und eine Vielzahl von optischen Verstärkern (optischen Zwischenverstärkern), die zwischen der ersten und der zweiten Endgerätestation vorgesehen sind, fatale Effekte, wie beispielsweise eine Reduzierung bezüglich einer Empfangsempfindlichkeit, aufgrund der Nichtflachheit von Verstärkungskennlinien erscheinen.
5 ist eine Kurve zum Darstellen einer Änderung bezüglich Verstärkungskennlinien mit dem als Parameter verwendete Zustand einer Populationsinversion. In 5 stellt die vertikale Achse eine lokale Verstärkung (dB/m) dar und stellt die horizontale Achse eine Wellenlänge (nm) dar. Der Parameter N2/Nt, der den Zustand der Populationsinversion darstellt, zeigt das Verhältnis der Anzahl von Er-Ionen im Zustand der Populationsinversion zu der Anzahl von gesamten Er-Ionen. Im Fall von N2/Nt = 1, werden die gesamten Er-Ionen zu einem oberen Energiepegel verschoben, um dadurch einen vollständige Populationsinversion zu erhalten. Es ist offensichtlich, dass sich die Verstärkungskennlinien mit einer Änderung bezüglich N2/Nt kontinuierlich ändern.
Bei einem typischen EDFA wird die Leistung von Pumplicht so gesteuert, dass eine optische Ausgangsleistung konstant wird. Weiterhin ändert sich die Leistung von Signallicht, das in dem EDFA eingegeben wird, gemäß Anwendungsbedingungen und einer Verschlechterung durch Altern des Systems. Wenn die Leistung von Pumplicht gemäß dieser Änderung bezüglich einer Eingangssignallichtleistung gesteuert wird, so dass eine optische Ausgangsleistung konstant wird, ändert sich der Zustand der Populationsinversion, um in einer großen Änderung bezüglich Verstärkungskennlinien zu resultieren, d.h. in einer Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung. Dies ist aufgrund der Tatsache so, dass die Verstärkungskennlinien stark von der Leistung von Pumplicht abhängen, wie es zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist. Demgemäß erfordert eine herkömmliche Technik unter Verwendung eines optischen Filters zum Flachmachen der Verstärkungskennlinien eine Steuerung einer Änderung der Kennlinien des optischen Filters gemäß einer optischen Eingangsleistung, was zu einer merklich komplexen Konfiguration des Systems führt.
Wie es aus 5 offensichtlich ist, werden flache Verstärkungskennlinien in der Nähe von N2/Nt = 0,7 für ein Band von 1540–1560 nm erhalten. Demgemäß kann dann, wenn der Betriebszustand des EDFA immer in diesem Zustand der Populationsinversion gehalten werden kann, die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung eliminiert werden.
Beispielsweise ist eine Technik zum Konstanthalten der Verstärkung eines optischen Verstärkers durch optimales Steuern der Leistung von Pump licht in Technical Research Report of Electronic Information Communication Society, OCS 94–96, S. 31–36 beschrieben.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine herkömmliche Technik zum Konstanthalten der Verstärkung zeigt. Signallicht von einem Eingangsanschluss 11 wird durch einen optischen Isolator 12 zu einem WDM-Koppler 13 zugeführt. Pumplicht von einer Pump-LD 14 wird zum Signallicht im WDM-Koppler 13 addiert, und sowohl das Signallicht als auch das Pumplicht werden zu einer EDF (mit Erbium dotierten Faser = erbium doped fiber) 15 eingegeben. Das in der EDF 15 verstärkte Signallicht wird durch einen optischen Isolator 16, einen optischen Dämpfer 17 und einen optischen Koppler 18 in dieser Reihenfolge geführt bzw. durchgelassen, und wird von einem Ausgangsanschluss 19 ausgegeben. Ein Antriebsstrom für die Pump-LD 14 wird durch eine automatische Faserverstärkungssteuerung (AFGC = automatic fiber gain controller) 20 gesteuert. Die Verstärkungssteuerung 20 steuert die Leistung des Pumplichts so, dass die Verstärkung in der EDF 15 konstant wird, beispielsweise gemäß der Leistung der von der EDF 15 ausgegebenen ASE. Ein Teil des verstärkten Signallichts wird im optischen Koppler 18 abgezweigt, und das abgezweigte Licht wird durch einen Fotodetektor 21 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Eine automatische Leistungssteuerung (APC = automatic power controller) 22 steuert den Dämpfungsfaktor des optischen Dämpfungsglieds 17 so, dass der Pegel eines Ausgangssignals vom Fotodetektor 21 konstant wird.
Ein bei dem in 6 gezeigten optischen Verstärker zu beachtender Punkt ist, dass die Leistung des Pumplichts gesteuert wird, um die Verstärkung in der EDF 15 konstant zu halten. Zum Durchführen einer automatischen Leistungssteuerung (APC) zum Konstanthalten der Ausgangsleistung des optischen Verstärkers wird das durch die EDF 15 verstärkte Signallicht absichtlich durch das optische Dämpfungsglied 17 mit dem gesteuerten Dämpfungsfaktor gedämpft. Demgemäß hat diese herkömmliche Technik derartige Defekte, dass eine maximale optische Ausgangsleistung aufgrund der Verwendung des optischen Dämpfungsglieds reduziert wird und dass die Kosten aufgrund der Verwendung des optischen Dämpfungsglieds vom Typ mit variablem Dämpfungsfaktor erhöht werden.
7 ist eine Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleich der in 1 gezeigten Konfiguration enthält der in 7 gezeigte optische Verstärker einen Eingangsanschluss 1, einen Ausgangsanschluss 2 und ein optisches Verstärkungsmedium 3, das in einem optischen Hauptpfad zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 2 vorgesehen ist. Pumplicht von einer Pumplichtquelle 4 wird durch eine erste optische Kopplungseinrichtung 5 in das optische Verstärkungsmedium 3 eingeführt. Die in 7 gezeigte Grundkonfiguration enthält weiterhin eine Sondenlichtquelle 31, eine zweite optische Kopplungseinrichtung 32 zum Einführen von Sondenlicht von der Sondenlichtquelle 31 in das optische Verstärkungsmedium 3, eine erste Leistungserfassungseinrichtung 33 zum Erfassen der Leistung des Eingangssignallichts, eine zweite Leistungserfassungseinrichtung 34 zum Erfassen der Leistung des Sondenlichts und eine Steuereinrichtung 35 zum Steuern der Leistung des Sondenlichts gemäß Ausgaben von der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung 33 und 34. Die Wellenlänge des Sondenlichts, das von der Sondenlichtquelle 31 ausgegeben ist, ist im Verstärkungsband des optischen Verstärkungsmediums 3 enthalten. Vorzugsweise ist die Wellenlänge des Sondenlichts unterschiedlich von der Wellenlänge des Signallichts. Als Ergebnis einer Steuerung durch die Steuereinrichtung 35 wird die Verstärkerverstärkung des optischen Verstärkungsmediums für das Eingangssignallicht konstant gehalten.
Vorzugsweise enthält diese Grundkonfiguration weiterhin eine dritte Leistungserfassungseinrichtung 36 zum Erfassen der Leistung des im optischen Verstärkungsmedium 3 verstärkten Signallichts und eine Einrichtung 37 zum Steuern der Leistung des Pumplichts so, dass eine Ausgabe von der dritten Leistungserfassungseinrichtung 36 konstant wird.
Vorzugsweise enthält die Steuereinrichtung 35 eine Berechnungseinrichtung 38 zum Durchführen einer Berechnung gemäß den Ausgaben von den Leistungserfassungseinrichtungen 33 und 34 und zum Ausgeben eines Ergebnisses dieser Berechnung, und eine Einrichtung 39 zum Steuern der Sondenlichtquelle 31, so dass die Ausgabe von der Berechnungseinrichtung 38 konstant wird. Beispielsweise addiert die Berechnungseinrichtung 38 einen Wert aS₁, der durch Multiplizieren einer Ausgabe S₁ von der ersten Leistungserfassungseinrichtung 33 mit einer ersten Konstante a erhalten wird, zu einem Wert bS₂, der durch Multiplizieren einer Ausgabe S₂ von der zweiten Leistungserfassungseinrichtung 34 mit einer zweiten Konstante b erhalten wird, und gibt ein Signal mit einem Pegel entsprechend der Summe (aS₁ + bS₂) aus. Dann steuert die Einrichtung 39 die Sondenlichtquelle 31 so, dass der Pegel konstant wird.
Die Einrichtungen 36 und 37 sind vorgesehen, um eine APC zum Konstanthalten der Ausgangsleistung dieses optischen Verstärkers durchzuführen. Da bei dieser Konfiguration die Leistung des Pumplichts durch APC gesteuert wird, wird das Populationsinversionsverhältnis N2/Nt entsprechend geändert. Als Ergebnis ändert, wie es aus 5 offensichtlich ist, die durch APC gesteuerte Pumplichtleistung die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Leistung des Sondenlichts gesteuert, um die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung konstant zu halten. Das bedeutet, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung durch Ändern von N2/Nt gemäß der Leistung des Sondenlichts unabhängig von einer Änderung bezüglich N2/Nt aufgrund der Steuerung der Pumplichtleistung durch APC konstant gehalten wird. Spezifisch werden Bedingungen beispielsweise auf die folgende Weise eingestellt. Die Leistung des Sondenlichts wird gleich einem nahezu mittleren Wert in einem steuerbaren Bereich voreingestellt, wenn die Leistung des Eingangssignallichts ein nahezu mittlerer Wert zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert in einem Leistungsänderungsbereich (einschließlich einer Änderung bezüglich der Anzahl von Kanälen im Fall eines Anwendens von WDM) ist. Unter dieser eingestellten Bedingung werden ein Parameter des optischen Verstärkungsmediums 3 und die Leistung des Pumplichts so eingestellt, dass die Ausgangsleistung des optischen Verstärkers ein vorbestimmter Wert wird und die Verstärkungskennlinien flach werden. Der Parameter des optischen Verstärkungsmediums 3 ist beispielsweise die Länge einer EDF oder die Konzentration Er-Ionen als Dotierungsmittel in der EDF. Die maximale Ausgabe der Pumplichtquelle 4 wird vorzugsweise so eingestellt, dass eine Leistung, die zum Erhalten einer optischen Ausgabe mit der oben angegebenen vorbestimmten Leistung ausreicht, selbst dann übrig bleibt, wenn die Leistung des Eingangssignallichts der minimale Wert wird.
Durch Einstellen der Bedingungen, wie es oben angegeben ist, kann N2/Nt gesteuert werden, um beispielsweise ein konstanter Wert von 0,7 zu werden. Wenn N2/Nt auf einem im Wesentlichen konstanten Wert um 0,7 gehalten wird, können konstante Verstärkungskennlinien für Signallicht mit einer Wellenlänge erhalten werden, die in einem flachen Verstärkungsbereich enthalten ist, der in 5 durch FGR gezeigt ist. Bei dem Beispiel der 5 ist der flache Verstärkungsbereich FGR (flat gain region) ein Bereich von 1540–1560 nm.
In dem Fall, in welchem sich die Leistung des Eingangssignallichts in seiner kleiner werdenden Richtung ändert, erhöht sich die Anzahl von Er-Ionen im Zustand der Populationsinversion, um eine Erhöhung des Werts von N2/Nt zu verursachen, so dass die Verstärkung auf der Seite einer kürzeren Wellenlänge größer als die Verstärkung auf der Seite einer längeren Wellenlänge wird (siehe 5). Demgemäß kann durch Erhöhen der Leistung des Sondenlichts gemäß der Erniedrigung der Leistung des Eingangssignallichts der Wert von N2/Nt zu 0,7 zurückgebracht werden, um dadurch flache Verstärkungskennlinien beizubehalten. Gegensätzlich dazu wird dann, wenn die Leistung des Eingangssignallichts sich in seiner größer werdenden Richtung ändert, die Anzahl von Er-Ionen in dem Zustand der Populationsinversion kleiner, um eine Erniedrigung des Werts von N2/Nt zu verursachen (siehe 5), so dass die Verstärkung auf der Seite einer längeren Wellenlänge größer als die Verstärkung auf der Seite einer kürzeren Wellenlänge wird. Demgemäß kann durch Reduzieren der Leistung des Sondenlichts gemäß der Erhöhung der Leistung des Eingangssignallichts der Wert von N2/Nt auf 0,7 beibehalten werden.
Durch Durchführen einer derartigen Steuerung, dass die Leistungen des Signallichts und des Sondenlichts, die zum optischen Verstärkungsmedium 3 zuzuführen sind, im Wesentlichen konstant werden, kann der Wert von N2/Nt im Wesentlichen konstant gehalten werden. Das oben angegebene Beispiel einer Berechnung in der Berechnungseinrichtung 38 ist zum Realisieren einer derartigen Steuerung wie ein Durchführen einer Kompensation eines Verlustes oder von ähnlichem geeignet.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt. Ein optischer Isolator 41, ein optischer Koppler 42, ein WDM-Koppler 43, ein optischer Koppler 44, eine EDF 45, ein optischer Isolator 46, ein optisches Bandpassfilter 47 und ein optischer Koppler 48 sind in dieser Reihenfolge optisch zwischen einem Eingangsanschluss 1 und einem Ausgangsanschluss 2 angeschlossen, um dadurch einen optischen Hauptpfad von Signallicht zu bilden. Der optische Koppler 42 ist vorgesehen, um einen Teil des Eingangssignallichts abzuzweigen. Das abgezweigte Licht wird durch einen Fotodetektor (eine Fotodiode) 49 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das elektrische Signal wird durch einen Verstärker 50 zu einer Steuerschaltung 51 zugeführt. Pumplicht von einer Laserdiode 53, die durch eine Pump-Antriebsschaltung 52 angetrieben wird, wird durch den WDM-Koppler 43 in den optischen Hauptpfad eingeführt und wird als Nächstes über den optischen Koppler 44 zu einem ersten Ende der EDF 45 zugeführt. Das erste Ende der EDF 45 ist auf der stromaufwärtigen Seite des optischen Hauptpfads angeordnet und ein zweites Ende der EDF 45 ist auf der stromabwärtigen Seite des optischen Hauptpfads angeordnet.
Sondenlicht von einer Laserdiode 55, die durch eine Sonden-Antriebsschaltung 54 angetrieben wird, wird in den optischen Hauptpfad durch den optischen Koppler 44 eingeführt und wird als Nächstes zu dem ersten Ende der EDF 45 zugeführt. Die Laserdiode 55 gibt Vorwärtslicht und Rückwärtslicht aus, deren Leistungen einander gleich sind oder sich proportional zueinander ändern. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Vorwärtslicht als das Sondenlicht verwendet. Das Rückwärtslicht wird durch einen Fotodetektor 56 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das elektrische Signal wird durch einen Verstärker 57 zur Steuerschaltung 51 zugeführt.
Das optische Bandpassfilter 47 überträgt das in der EDF 45 verstärkte Signallicht und schneidet im Wesentlichen das in der EDF 45 verstärkte Sondenlicht ab. Das optische Bandpassfilter 47 schneidet weiterhin das restliche Pumplicht ab, das bei dem optischen Verstärkungsprozess in der EDF 45 nicht verbraucht ist. Ein Teil des durch das optische Bandpassfilter 47 übertragenen Lichts wird durch den optischen Koppler 48 abgezweigt und wird als Nächstes durch einen Fotodetektor 58 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird durch einen Verstärker 59 zu einer APC-Schaltung 60 zugeführt. Ein von der Sonden-Antriebsschaltung 54 zu der Laserdiode 55 zuzuführender Strom wird durch die Steuerschaltung 51 gesteuert und ein von der Pump-Antriebsschaltung 52 zu der Laserdiode 53 zuzuführender Strom wird durch die APC-Schaltung 60 gesteuert.
In allen Zeichnungen sind im Wesentlichen dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Entsprechung zwischen den in 7 gezeigten Teilen und den in 8 gezeigten Teilen ist wie folgt:
Die erste Leistungserfassungseinrichtung 33 entspricht dem optischen Koppler 42, dem Fotodetektor 49 und dem Verstärker 50. Die zweite Leistungserfassungseinrichtung 34 entspricht dem Fotodetektor 56 und dem Verstärker 57. Die Steuereinrichtung 35 entspricht der Steuerschaltung 51. Die Sondenlichtquelle 31 entspricht der Sonden-Antriebsschaltung 54 und der Laserdiode 55. Die zweite optische Kopplungseinrichtung 32 entspricht dem optischen Koppler 44. Das optische Verstärkungsmedium 3 entspricht der EDF 45. Die erste optische Kopplungseinrichtung 5 entspricht dem WDM-Koppler 43. Die Pumplichtquelle 4 entspricht der Pump-Antriebsschaltung 52 und der Laserdiode 53. Die dritte Leistungserfassungseinrichtung 36 entspricht dem optischen Bandpassfilter 47, dem optischen Koppler 48, dem Fotodetektor 58 und dem Verstärker 59. Die Einrichtung 37 entspricht der APC-Schaltung 60.
In dem Fall, in welchem die Berechnungseinrichtung 38, die in 7 gezeigt ist, die oben dargestellte Berechnung durchführt, ist es erforderlich, die Leistungen des verstärkten Signallichts und des verstärkten Sondenlichts und die Leistung einer von dem optischen Verstärkungsmedium ausgegebenen ASE-Komponente zu erfassen und eine Steuerung durchzuführen, so dass die Summe von diesen Leistungen konstant wird, um N2/Nt genau konstant zu halten. In diesem Fall wird die gesamte Eingangsleistung in das optische Verstärkungsmedium durch die Steuerung des Sondenlichts konstant gehalten und wird die gesamte optische Ausgabe vom optischen Verstärker konstant gehalten. Als Ergebnis kann dieser optische Verstärker eine konstante Verstärkung halten, so dass N2/Nt konstant gehalten werden kann.
Bei dem in 8 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die dritte Leistungserfassungseinrichtung 36 (siehe 7) das optische Bandpassfilter 47, und das optische Bandpassfilter 47 entfernt das verstärkte Sondenlicht. Demgemäß steuert die APC-Schaltung 60 das Pumplicht so, dass die Leistung des durch das optische Bandpassfilter 47 geführten verstärkten Signallichts und die Leistung der in einem Band nahe der Wellenlänge des verstärkten Signallichts erzeugenden ASE-Komponente konstant gehalten werden. Als Ergebnis gibt es eine Möglichkeit, dass es schwierig sein kann, N2/Nt in dem Fall immer konstant zu halten, dass der Dynamikbereich der Leistung des Eingangssignallichts groß ist. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das dafür beabsichtigt ist, mit diesem Problem fertig zu werden, wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben werden.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt. Gegensätzlich zu dem in 8 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der in 9 gezeigte optische Verstärker dadurch charakterisiert, dass eine Korrekturschaltung 71 zusätzlich vorgesehen ist. Die Korrekturschaltung 71 empfängt ein Ausgangssignal vom Verstärker 50, d.h. ein Ausgangssignal von der ersten Leistungserfassungseinrichtung (siehe 7) und korrigiert einen von der Sonden-Antriebsschaltung 54 zu der Laserdiode 55 zuzuführenden Strom. Demgemäß kann die Leistung des zu der EDF 45 zuzuführenden Sondenlichts korrigiert werden, um im Wesentlichen ein Band aufzuweiten, wo eine Änderung bezüglich einer Verstärkerverstärkung in Abhängigkeit von einer Wellenlänge nicht auftritt.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein drittes bevorzugtes des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt. Gegensätzlich zu dem in 8 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der in 10 gezeigte optische Verstärker durch die folgenden Punkte charakterisiert.
Als ersten charakterisierenden Punkt enthält die Pumplichtquelle (siehe 7) eine Laserdiode 82, um durch eine Pump-Antriebsschaltung 81 angetrieben zu werden, zusätzlich zu der Laserdiode 53. Mit dieser Änderung ist weiterhin ein WDM-Koppler 83 zum Einführen von Pumplicht von der Laserdiode 82 in die EDF 45 von ihrem zweiten Ende aus vorgesehen. Der WDM-Koppler 83 ist zwischen der EDF 45 und dem optischen Isolator 46 vorgesehen. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen die WDM-Koppler 43 und 83 der in 7 gezeigten ersten optischen Kopplungseinrichtung 5.
Als zweiten charakterisierenden Punkt enthält die Steuereinrichtung 35 eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 84 zum Berechnen der optimalen Leistung des Sondenlichts gemäß einem vorbestimmten Programm. Die Eingangs/Ausgangs-Signale in/aus den Pumpantriebsschaltungen 52 und 81 und der Sonden-Antriebsschaltung 54 und die Ausgangssignale aus den Verstärkern 50 und 59 sind alles analoge Signale. Demgemäß enthält die Steuereinrichtung 35 zum Anpassen dieser analogen Signale an eine digitale Signalverarbeitung in der CPU 89 weiterhin einen Wandler 85 zum Durchführen einer Analog/Digital-Wandlung und einer Digital/Analog-Wandlung. Die CPU 84 ist an eine Speicherschaltung 86 angeschlossen, die einen ROM zum permanenten Speichern eines Programms enthält, und einen RAM zum temporären Speichern eines Ergebnisses einer Berechnung oder von ähnlichem. Die CPU 84 ist nicht nur zur Berechnung der optimalen Leistung des Sondenlichts vorgesehen, sondern auch zur Steuerung der Leistung des Pumplichts für die APC. Als Modifikation können der WDM-Koppler 43, die Pump-Antriebsschaltung 52 und die Laserdiode 53 weggelassen werden, um dadurch zuzulassen, dass das Pumplicht in die EDF 45 nur von ihrem zweiten Ende aus zugeführt wird.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt. Das in 11 gezeigte vierte bevorzugte Ausführungsbeispiel ist dasselbe wie das in 10 gezeigte dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel bezüglich dem Punkt, dass die erste optische Kopplungseinrichtung 5 (siehe 7) die WDM-Koppler 43 und 83 enthält. Gegensätzlich zu dem in 10 gezeigten dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der in 11 gezeigte optische Verstärker dadurch charakterisiert, dass die zweite optische Kopplungseinrichtung 32 (siehe 7) einen optischen Koppler 44' enthält, der betriebsmäßig mit der EDF 45 verbunden ist.
In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung enthält die Angabe, dass optische Komponenten betriebsmäßig miteinander verbunden sind, den Fall, dass die optischen Komponenten durch eine Faserverbindung oder eine räumliche Verbindung unter Verwendung eines Kollimationsstrahls direkt miteinander verbunden sind und enthält weiterhin den Fall, dass die optischen Komponenten über eine weitere optische Komponente, wie beispielsweise ein optisches Filter, verbunden sind.
Der optische Koppler 44' ist zwischen dem WDM-Koppler 83 und dem optischen Isolator 46 vorgesehen. Das Sondenlicht von der Laserdiode 55 wird durch den optischen Koppler 44' und den WDM-Koppler 83 in dieser Reihenfolge von ihrem zweiten Ende aus in die EDF 45 zugeführt. Eine Leistungssteuerung für das Sondenlicht ist gleich derjenigen bei den vorherigen bevorzugten Ausführungsbeispielen. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der optische Koppler 44' stromab von der EDF 45 im optischen Hauptpfad vorgesehen. Daher breitet sich das Sondenlicht in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausbreitungsrichtung des Signallichts im optischen Hauptpfad aus. Demgemäß kann das Sondenlicht in Richtung zum Ausgangsanschluss 2 oder zum Fotodetektor 58 auf einfache Weise aufgetrennt werden. Spezifischer kann in dem Fall, in welchem die Wellenlänge des Sondenlichts sehr nahe zu der Wellenlänge des Signallichts ist, die Entwurfsgenauigkeit des Durchlassbandes des optischen Bandpassfilters 47 gelockert werden. Weiterhin kann deshalb, weil der optische Koppler 44 (siehe 10) stromauf von der EDF 45 im optischen Hauptpfad bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel unnötig ist, ein Verlust des Eingangssignallichts, um zu der EDF 45 zugeführt zu werden, reduziert werden, um dadurch eine gute Rauschzahl zu erhalten.
Jedoch deshalb, weil die Ausbreitungsrichtung des Signallichts in der EDF 45 entgegengesetzt zu der Ausbreitungsrichtung des Sondenlichts ist, wird ein räumlicher Zustand der Populationsinversion in der EDF 45 unterschiedlich von einer beabsichtigten Leistungsverteilung des zu verstärkenden Signallichts, so dass es schwierig werden kann, die Verstärkungskennlinien durch die oben dargestellte Berechnung über ein breites Band flach zu machen. In dem Fall, in welchem eine solche Schwierigkeit erwartet wird, kann sie durch feines Korrigieren der Leistung des Sondenlichts gemäß der Leistung des Eingangssignallichts entfernt werden. Beispielsweise kann bei dem in 11 gezeigten optischen Verstärker eine Datentabelle von optimalen Leistungen des Sondenlichts entsprechend den Leistungen des Eingangs signallichts vorläufig in der Speicherschaltung 86 gespeichert sein und kann das Sondenlicht gemäß dieser Datentabelle gesteuert werden.
Während die optischen Verstärker gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der oben beschrieben ist, für eine Übertragung von WDM-Signallicht, das aus einer Vielzahl von optischen wellenlängenmultiplexten Signalen besteht, geeignet sind, ist die Anwendung der optischen Verstärker nicht auf ein WDM-System beschränkt. Ebenso können im Fall eines Verstärkens von Signallicht mit einer einzigen Wellenlänge die flachen Verstärkungskennlinien eine Verschlechterung bezüglich der Übertragungskennlinien aufgrund von Wellenlängenschwankungen eliminieren.
Nun wird ein optischer Verstärker, der für eine beschränkte Anwendung auf ein WDM-System geeignet ist, beschrieben werden.
12 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dieser optische Verstärker verstärkt WDM-Signallicht, das zu einem Eingangsanschluss 1 zugeführt ist, und gibt verstärktes WDM-Signallicht von einem Ausgangsanschluss 2 aus. Zum Verstärken des WDM-Signallichts enthält dieser optische Verstärker ein optisches Verstärkungsmedium 3 und eine Einrichtung 101 zum Pumpen des optischen Verstärkungsmediums 3. Dieser optische Verstärker enthält weiterhin eine Überwachungseinrichtung 102 zum Erfassen eines Spektrums des von dem optischen Verstärkungsmedium 3 ausgegebenen verstärkten WDM-Signallichts und eine Parameter-Steuereinrichtung 103 zum Steuern eines Parameters, von welchem die Verstärkungskennlinien des optischen Verstärkungsmediums 3 abhängen, gemäß dem erfassten Spektrum, um die Verstärkungskennlinien in einem Band flach zu machen, das die Wellenlängen des WDM-Signallichts enthält. Die Pumpeinrichtung 101 enthält beispielsweise eine Pumplichtquelle 4 zum Ausgeben von Pumplicht und eine optische Kopplungseinrichtung 5 zum Einführen des Pumplichts in das optische Verstärkungsmedium 3. In diesem Fall kann die Leistung des Pumplichts als der durch die Parameter-Steuereinrichtung 103 zu steuernde Parameter angenommen werden.
In dem Fall, in welchem der zu steuernde Parameter die Leistung des Pumplichts ist, enthält dieser optische Verstärker vorzugsweise weiterhin ein variables optisches Dämpfungsglied 104, zu welchem das von dem optischen Verstärkungsmedium 3 ausgegebene verstärkte WDM-Signallicht zugeführt wird, eine Leistungserfassungseinrichtung 105 zum Erfassen der Leistung von von dem variablen optischen Dämpfungsglied 104 ausgegebenem Licht und eine Einrichtung 106 zum Steuern des Dämpfungsfaktors des variablen optischen Dämpfungsglieds 104, so dass die erfasste Leistung konstant wird. Bei dem in 12 gezeigten optischen Verstärker ist der durch die Parameter-Steuereinrichtung 103 zu steuernde Parameter die Leistung des Pumplichts, so dass das variable optische Dämpfungsglied 104 zum Durchführen einer APC verwendet wird. Jedoch ist die Grundkonfiguration des optischen Verstärkers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenige beschränkt, die in 12 gezeigt ist. Beispielsweise kann eine Sondenlichtquelle wie bei dem optischen Verstärker gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und kann die Leistung von Sondenlicht von der Sondenlichtquelle als der durch die Parameter-Steuereinrichtung 103 zu steuernde Parameter angenommen werden. In diesem Fall kann die APC durch Verwenden der Leistung des Pumplichts durchgeführt werden.
13 ist ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein erstes Ausführungsbeispiel der in 12 gezeigten Grundkonfiguration zeigt. Dieser optische Verstärker enthält die Hardware, die bei dem in 11 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird und die Programme in der CPU 84 und der Speicherschaltung 86 sind gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung modifiziert worden. Dieser optische Verstärker enthält weiterhin einen optischen Koppler 110, der zwischen dem optischen Koppler 48 und dem Ausgangsanschluss 2 im optischen Hauptpfad vorgesehen ist, und eine Überwachungseinrichtung 102.
Der optische Koppler 110 verzweigt das in der EDF 45 verstärkte WDM-Signallicht in ein erstes abgezweigtes Licht und ein zweites abgezweigtes Licht. Das erste abgezweigte Licht wird von dem Ausgangsanschluss 2 ausgegeben und das zweite abgezweigte Licht wird zur Überwachungseinrichtung 102 zugeführt. Der durch die Parameter-Steuereinrichtung 103 zu steuernde Parameter (siehe 12) ist die Leistung des Sondenlichts, das von der Laserdiode 55 ausgegeben wird, und das von den Laserdioden 53 und 55 ausgegebene Pumplicht wird für die APC verwendet. Es soll verstanden werden, dass die Parameter-Steuereinrichtung 103 in der CPU 84 enthalten ist. Die Überwachungseinrichtung 102 enthält ein Gitter 111, eine Linse 112 zum Umwandeln eines Strahlparameters des zweiten verzweigten Lichts von dem optischen Koppler 110 und zum Führen des Strahls auf die gesamte Oberfläche des Gitters 111, ein Fotosensorfeld 113 mit einer Vielzahl von Fotosensorelementen und eine Linse 114 zum Konvergieren von gebrochenem Licht vom Gitter 111 zu einer Fotosensorfläche des Fotosensorfeldes 113.
Beugungswinkel am Gitter 111 sind gemäß Wellenlängen unterschiedlich. Daher kann durch Verwenden einer optischen Leistungsverteilung, die im Fotosensorfeld 113 erhalten wird, gemäß dem Unterschied bezüglich eines Beugungswinkels, das Spektrum des WDM-Signallichts erfasst werden. Die im Fotosensorfeld 113 erhaltene optische Leistungsverteilung wird durch eine Leseschaltung 115 gelesen und ein Ausgangssignal von der Leseschaltung 115 wird in eine Form umgewandelt, die auf einfache Weise durch eine Signalverarbeitungsschaltung 116 behandelt werden kann. Danach wird ein Ausgangssignal von der Signalverarbeitungsschaltung 116 durch den Wandler 85 zu der CPU 84 zugeführt oder direkt zu der CPU 84 zugeführt. Die Signalverarbeitungsschaltung 116 berechnet beispielsweise die Werte von Spektrumsspitzen entsprechend all den Kanälen des WDM-Signallichts. In diesem Fall steuert die CPU 84 die Leistung des Sondenlichts so, dass beispielsweise die Höhen der Spektrumsspitzen im Wesentlichen gleich zueinander werden.
14 ist ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der in 12 gezeigten Grundkonfiguration zeigt. Dieser optische Verstärker ist auf das optische Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar. Gegensätzlich zu dem in 13 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der in 14 gezeigte optische Verstärker dadurch charakterisiert, dass die Überwachungseinrichtung 102 und die Parameter-Steuereinrichtung 103 (siehe 12) bezüglich einer Konfiguration und eines Betriebs unterschiedlich sind. Das Detail dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels wird hierin nachfolgend beschrieben werden.
15 ist ein Blockdiagramm des optischen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses System enthält eine erste Endgerätestation 121, eine zweite Endgerätestation 122, eine optische Übertragungsleitung 123, wie beispielsweise eine optische Faser, die zwischen die erste und die zweite Endgerätestation 121 und 122 gelegt ist, und eine Vielzahl von optischen Zwischenverstärkern 129, die in der optischen Übertragungsleitung 123 eingefügt sind. Jeder der optischen Zwischenverstärker 124 enthält einen optischen Verstärker 125 (z.B. den in 14 gezeigten optischen Verstärker) gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die erste Endgerätestation 121 gibt WDM-Signallicht aus. Jeder optische Zwischenverstärker 124 empfängt das WDM-Signallicht, um es zu verstärken und um das verstärkte WDM-Signallicht auszugeben. Das durch einen jeweiligen optischen Zwischenverstärker 124 verzögerte WDM-Signallicht wird durch zweite Endgerätestation 122 empfangen.
Die erste Endgerätestation 121 enthält eine Einrichtung zum Modulieren von wenigstens zwei Kanälen des WDM-Signallichts durch Pilotsignale mit unterschiedlichen Frequenzen. In jedem optischen Verstärker 125 enthält die Überwachungseinrichtung 102 (siehe 12) eine Einrichtung zum Erfassen von Komponenten entsprechend den Pilotsignalen und enthält die Parameter-Steuereinrichtung 103 (siehe 12) eine Einrichtung zum Steuern eines Parameters, so dass die Amplituden der erfassten Komponenten im Wesentlichen gleich zueinander werden.
Die 16 und 17 sind Blockdiagramme, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der ersten Endgerätestation 121 bzw. der zweiten Endgerätestation 122 zeigen.
In der ersten Endgerätestation 121 werden Laserdioden 131 (#1 bis #n) als Sendelichtquellen jeweils durch Antriebsschaltungen 132 (#1 bis #n) angetrieben. Die Laserdioden 131 (#1 bis #n) geben jeweils optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ bis λ_n aus. Diese Ausgangssignale werden gemäß Sendedaten bzw. Übertragungsdaten jeweils durch externe Modulatoren 133 (#1 bis #n) moduliert, die für eine Hochgeschwindigkeitsübertragung geeignet sind, und danach durch einen optischen Multiplexer 134 miteinander kombiniert. Der optische Multiplexer 134 hat zwei Ausgangsanschlüsse 134A und 134B. Das Meiste der kombinierten optischen Signale (des WDM-Signallichts) wird von dem Ausgangsanschluss 134A durch einen Ausgangsanschluss 140 dieser Endgerätestation 121 zu der optischen Übertragungsleitung 123 übertragen (siehe 15). Die Modulation gemäß den Übertragungsdaten durch die externen Modulatoren 133 (#1 bis #n) ist bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Intensitätsmodulation. Oszillatoren 135 (#1 bis #n) erzeugen Pilotsignale (Tonsignale), die jeweils unterschiedliche Frequenzen f₁ bis f_n haben. Die Pilotsignale werden jeweils zu den Antriebsschaltungen 132 (#1 bis #n) zugeführt, um dadurch die Laserdioden 131 (#1 bis #n) bei den jeweiligen Frequenzen f₁ bis f_n einer Frequenzmodulation zu unterziehen. Die Pilotsignale werden auch zu einer Steuerschaltung 136 mit einer Synchronerfassungsschaltung zugeführt.
Ein Teil des von dem Ausgangsanschluss 134B des optischen Multiplexers 134 ausgegebenen WDM-Signallichts wird durch einen Frequenzdiskriminator 137, wie beispielsweise ein Fabry-Perot-Interferometer, zu einem Fotodetektor 138 zugeführt. Durch Führen des WDM-Signallichts durch den Frequenzdiskriminator 137 zeigt eine Ausgabe von dem Fotodetektor 138 Komponenten der Pilotsignale. Die Komponenten werden als Nächstes durch einen Verstärker 139 verstärkt, um zur Steuerschaltung 136 zugeführt zu werden.
Die Steuerschaltung 136 steuert Antriebsströme, die von den Antriebsschaltungen 132 (#1 bis #n) zuzuführen sind, zu den Laserdioden 131 (#1 bis #n) gemäß dem Prinzip einer allgemeinen synchronen Erfassung, um dadurch die Wellenlängen von optischen Signalen zu stabilisieren, um von den Laserdioden 131 (#1 bis #n) ausgegeben zu werden. Die Frequenzen der Pilotsignale werden in einem Band von 1 kHz bis 10 kHz beispielsweise auf unterschiedliche Werte eingestellt, so dass sie keinen Einfluss auf Hauptsignale gemäß den Übertragungsdaten haben, und die Pilotsignale auf einfache Weise erfasst werden können.
Wie es in 17 gezeigt ist, hat die zweite Endgerätestation 122 einen Eingangsanschluss 141 zum Empfangen des WDM-Signallichts. Das empfangene WDM-Signallicht wird in eine Vielzahl von optischen Signalen entsprechend den Kanälen des WDM-Signallichts durch einen optischen Demultiplexer 141 verzweigt. Dann werden die optischen Signale von dem optischen Demultiplexer 142 jeweils zu optischen Bandpassfiltern 193 (#1 bis #n) zugeführt. Die optischen Bandpassfilter 143 (#1 bis #n) übertragen jeweils selektiv optische Signale mit Wellenlängen λ₁ bis λ_n. Die optischen Signale, die durch die optischen Bandpassfilter 143 (#1 bis #n) geführt sind, werden jeweils durch optische Verstärker 144 (#1 bis #n) verstärkt und jeweils durch optoelektrische Wandler 145 (#1 bis #n), die Fotodetektoren enthalten, in elektrische Signale umgewandelt. Dann werden die Übertragungsdaten in allen Kanälen gemäß diesen elektrischen Signalen regeneriert.
Nun wird ein optischer Verstärker, der auf einen jeweiligen in 15 gezeigten Zwischenverstärker 124 anwendbar ist, unter Bezugnahme auf 14 beschrieben werden. Ein Teil des durch den optischen Koppler 110 verzweigten verstärkten WDM-Signallichts wird zu der Überwachungseinrichtung 102 zum Erfassen des Spektrums des WDM-Signallichts zugeführt. Das zu der Überwachungseinrichtung 102 zugeführte WDM-Signallicht wird durch einen Frequenzdiskriminator 151, wie beispielsweise ein Fabry-Perot-Interferometer, zu einem Fotodetektor 152 zugeführt. Durch Führen des WDM-Signallichts durch den Frequenzdiskriminator 151 zeigt ein Ausgangssignal vom Fotodetektor 152 Komponenten der Pilotsignale. Die Komponenten werden durch einen Verstärker 153 verstärkt und dann zu Bandpassfiltern 154 (#1 bis #n) zugeführt. Die Bandpassfilter 154 (#1 bis #n) übertragen jeweils selektiv Signalkomponenten mit Frequenzen f₁ bis f_n. Die durch die Bandpassfilter 159 (#1 bis #n) geführten Komponenten enthalten die modulierten Komponenten gemäß den Übertragungsdaten mit relativ hoher Geschwindigkeit und die Komponenten basierend auf den Pilotsignalen mit relativ niedriger Geschwindigkeit. Um die Amplituden der Komponenten basierend auf den Pilotsignalen zu erfassen, sind Hüllkurvendetektoren 155 (#1 bis #n) vorgesehen. Ausgangssignale von den Hüllkurvendetektoren 155 (#1 bis #n) werden jeweils durch Tiefpassfilter 156 (#1 bis #n) zu dem Wandler 85 zugeführt.
Die CPU 84, die die Funktion der Parameter-Steuereinrichtung 103 (siehe 12) enthält, steuert die Leistung des Sondenlichts so, dass die Amplituden der Komponenten entsprechend den durch die Überwachungseinrichtung 102 erfassten Pilotsignalen im Wesentlichen gleich zueinander werden oder in einer vorbestimmten Beziehung zueinander sind. Demgemäß können flache Verstärkungskennlinien des optischen Verstärkers erhalten werden. Insbesondere in dem Fall, in welchem das System eine Vielzahl von optischen Zwischenverstärkern 124 enthält, wie es in 15 gezeigt ist, wird eine Verschlechterung bezüglich einer Übertragungsqualität aufgrund einer Nichtflachheit von Verstärkungskennlinien merklich. Demgemäß ist die Verbesserung bezüglich der Verstärkungskennlinien eines optischen Verstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung für ein solches System effektiv.
Bei der Konfiguration der in 16 gezeigten ersten Endgerätestation 121 werden die Pilotsignale auch zur Stabilisierung der Wellenlängen der optischen Signale verwendet. Daher werden die optischen Signale in allen Kanälen durch die Pilotsignale moduliert. Jedoch dann, wenn nur ein Flachmachen der Verstärkungskennlinien im optischen Verstärker beabsichtigt ist, können die optischen Signale in nur zwei Kanälen des WDM-Signallichts durch die Pilotsignale moduliert werden. Beispielsweise sind die zwei Kanäle ein Kanal der kürzesten Wellenlänge und ein Kanal der längsten Wellenlänge bei dem WDM-Signallicht.
Weiterhin können, während die optischen Signale bei dem in 16 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Pilotsignale einer Frequenzmodulation unterzogen werden, die optischen Signale in dem Fall durch die Pilotsignale einer Intensitätsmodulation unterzogen werden, in welchem die Pilotsignale bezüglich einer Geschwindigkeit niedriger als die Übertragungsdaten sind. In dem Fall, in welchem die Übertragungslichtquellen allgemein Laserdioden sind, kann eine Frequenzmodulation der optischen Signale auf einfache Weise durch Überlagern der Pilotsignale auf die Antriebsströme für die Laserdioden ausgeführt werden. Es sollte beachtet werden, dass die optischen Signale gleichzeitig einer Intensitätsmodulation unterzogen werden. In dem Fall, in welchem die optischen Signale durch die Pilotsignale einer Intensitätsmodulation unterzogen werden, ist der in 14 gezeigte Frequenzdiskriminator 151 in der Überwachungseinrichtung 102 unnötig.
Wie es oben beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen optischen Verstärker und ein optisches Kommunikationssystem zur Verfügung zu stellen, die die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung ungeachtet einer Änderung bezüglich einer Eingangsleistung und einer Anzahl von WDM-Kanälen reduzieren können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schutzumfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert, und alle Änderungen und Modifikationen, wie sie in den Äquivalenzbereich des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, sind daher durch die Erfindung zu umfassen.

Claims

Optischer Verstärker mit einem Verstärkungsband für Eingangssignallicht (1) zum Ausgeben von verstärktem Signallicht, der folgendes aufweist: ein optisches Verstärkungsmedium (3), zu welchem das Eingangssignallicht (1) zugeführt wird; eine Pumplichtquelle (4) zum Ausgeben von Pumplicht; eine erste optische Kopplungseinrichtung (8), die operativ mit dem optischen Verstärkungsmedium (3) und der Pumplichtquelle (4) verbunden ist, zum Einführen des Pumplichts in das optische Verstärkungsmedium (3); eine Sonden- bzw. Prüflichtquelle (31) zum Ausgeben von Sonden- bzw. Prüflicht mit einer Wellenlänge, die in dem Verstärkungsband enthalten ist; eine zweite optische Kopplungseinrichtung (32), die operativ mit dem optischen Verstärkungsmedium (3) und der Prüflichtquelle (31) verbunden ist, zum Einführen des Prüflichts in das optische Verstärkungsmedium (3); eine erste Leistungserfassungseinrichtung (33) zum Erfassen von Leistung des Eingangssignallichts; eine zweite Leistungserfassungseinrichtung (34) zum Erfassen von Leistung des Prüflichts; und eine Steuereinrichtung (35) zum Steuern der Leistung des Prüflichts gemäß Ausgaben von der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung (33, 34), um eine Verstärkerverstärkung für das Eingangssignallicht konstant zu halten.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignallicht eine Vielzahl von wellenlängenmultiplexten optischen Signalen aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, der weiterhin folgendes aufweist: eine dritte Leistungserfassungseinrichtung (36) zum Erfassen von Leistung des verstärkten Signallichts; und eine Einrichtung zum Steuern von Leistung des Pumplichts, so dass eine Ausgabe von der dritten Leistungserfassungseinrichtung konstant wird.
Optischer Verstärker nach Anspruch 3, wobei die dritte Leistungserfassungseinrichtung (36) folgendes aufweist: ein optisches Bandpassfilter, das operativ mit dem optischen Verstärkungsmedium verbunden ist, zum Übertragen des verstärkten Signallichts und zum im Wesentlichen Abtrennen bzw. Separieren des Prüflichts; eine Einrichtung zum Verzweigen des verstärkten Signallichts, das von dem optischen Bandpassfilter ausgegeben ist, in ein erstes Verzweigungslicht und ein zweites Verzweigungslicht; und einen Fotodetektor zum Empfangen des ersten Verzweigungslichts und zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Leistung des empfangenen ersten Verzweigungslichts; wobei das zweite Verzweigungslicht von dem optischen Verstärker ausgegeben wird.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei die erste Leistungserfassungseinrichtung (36) eine Einrichtung aufweist, die operativ mit der ersten optischen Kopplungseinrichtung (8) verbunden ist, um das Eingangssignallicht in ein erstes Verzweigungslicht und ein zweites Verzweigungslicht zu verzweigen; und einen ersten Fotodetektor zum Empfangen des ersten Verzweigungslichts und zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Leistung des empfangenen ersten Verzweigungslichts; wobei das zweite Verzweigungslicht zum optischen Verstärkungsmedium (3) zugeführt wird; die Prüflichtquelle (31) eine Laserdiode zum Ausgeben von Vorwärtslicht und Rückwärtslicht aufweist, wobei das Vorwärtslicht zum optischen Verstärkungsmedium (3) zugeführt wird; und die zweite Leistungserfassungseinrichtung (34) einen zweiten Fotodetektor zum Empfangen des Rückwärtslichts und zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einer Leistung des empfangenen Rückwärtslichts aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (35) folgendes aufweist: eine Berechnungseinrichtung, die operativ mit der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung (33, 34) verbunden ist, zum Durchführen einer Berechnung basierend auf Ausgaben von der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung (33, 34) und zum Ausgeben eines Ergebnisses der Berechnung; und eine Einrichtung zum derartigen Steuern der Prüflichtquelle (31), dass das von der Berechnungseinrichtung ausgegebene Ergebnis konstant wird.
Optischer Verstärker nach Anspruch 6, wobei die Berechnungseinrichtung einen Wert, der durch Multiplizieren der Ausgabe von der ersten Leistungserfassungseinrichtung (33) mit einer ersten Konstante erhalten ist, zu einem Wert, der durch Multiplizieren der Ausgabe von der zweiten Leistungserfassungseinrichtung (34) mit einer zweiten Konstante erhalten ist, addiert und ein Ergebnis einer solchen Addition ausgibt.
Optischer Verstärker nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Korrigieren der Leistung des Prüflichts (31) gemäß der Ausgabe von der ersten Leistungserfassungseinrichtung (33) aufweist, um ein Band im Wesentlichen aufzuweiten, wo sich die Verstärkerverstärkung nicht in Abhängigkeit von einer Wellenlänge ändert.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (35) folgendes enthält: einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln von Ausgaben von der ersten und der zweiten Leistungserfassungseinrichtung in digitale Signale; und einen Prozessor zum Empfangen der digitalen Signale und zum Berechnen einer optimalen Leistung des Prüflichts (31) gemäß einem vorbestimmten Programm.
Optischer Verstärker nach Anspruch 1, wobei: das optische Verstärkungsmedium (3) eine dotierte Faser aufweist, die mit einem Seltenerdenelement dotiert ist; wobei die dotierte Faser ein erstes Ende hat, zu welchem das Eingangssignallicht zugeführt wird, und ein zweites Ende zum Ausgeben des verstärkten Signallichts.
Optischer Verstärker nach Anspruch 10, wobei das Seltenerdenelement Erbium aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 10, wobei die erste optische Kopplungseinrichtung (8) eine Einrichtung zum Zuführen des Pumplichts zu irgendeinem des ersten Endes und des zweiten Endes der dotierten Faser aufweist.
Optischer Verstärker nach Anspruch 10, wobei: die Pumplichtquelle (4) eine erste Laserdiode und eine zweite Laserdiode aufweist; die erste optische Kopplungseinrichtung (8) eine Einrichtung zum Zuführen von Licht von der ersten Laserdiode zum ersten Ende der dotierten Faser aufweist, und eine Einrichtung zum Zuführen von Licht von der zweiten Laserdiode zum zweiten Ende der dotierten Faser.
Optischer Verstärker nach Anspruch 10, wobei die zweite optische Kopplungseinrichtung (32) eine Einrichtung zum Zuführen des Prüflichts zu irgendeinem des ersten Endes und des zweiten Endes der dotierten Faser aufweist.