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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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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.
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Beschreibung des zugehörigen Standes
der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches
Kommunikationssystem zur Verfügung
zu stellen, auf welches dieser optische Verstärker anwendbar ist.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers zeigt,
auf welchen die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
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2 ist
eine Kurve, die ein typisches Spektrum von ASE zeigt;
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3 ist
eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer Verstärkung und
einer optischen Ausgangsleistung zeigt;
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4 ist
eine Kurve, die die Beziehung zwischen einer 3-dB-Bandbreite von ASE
und einer Anzahl von optischen Verstärkern zeigt;
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5 ist
eine Kurve, die eine Änderung
bezüglich
Verstärkungskennlinien
mit als Parameter verwendeten Populationsinversionsverhältnis (N2/Nt)
zeigt;
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6 ist
ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration nach dem Stand der Technik
zum Konstanthalten der Verstärkung
zeigt;
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7 ist
ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration eines optischen Verstärkers gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Blockdiagramm, das ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
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9 ist
ein Blockdiagramm, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
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10 ist
ein Blockdiagramm, das ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
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11 ist
ein Blockdiagramm, das ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des in 7 gezeigten optischen Verstärkers zeigt;
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12 ist
ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Grundkonfiguration eines
optischen Verstärkers
gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein erstes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der in 12 gezeigten Grundkonfiguration
zeigt;
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14 ist
ein Blockdiagramm eines optischen Verstärkers, das ein zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der in 12 gezeigten Grundkonfiguration
zeigt;
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15 ist
ein Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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16 ist
ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer ersten
Endgerätestation
zeigt; und
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17 ist
ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer zweiten
Endgerätestation
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nun
werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden.
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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.
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Vorzugsweise
weist das Eingangssignallicht eine Vielzahl von optischen wellenlängenmultiplexten
Signalen auf.
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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.
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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.
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Bei
einem solchen optischen Kommunikationssystem können wenigstens zwei Kanäle des wellenlängenmultiplexten
Signallichts durch die Pilotsignale mit unterschiedlichen Frequenzen
moduliert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nun
wird ein optischer Verstärker,
der für eine
beschränkte
Anwendung auf ein WDM-System geeignet ist, beschrieben werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 16 und 17 sind
Blockdiagramme, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der ersten Endgerätestation 121 bzw.
der zweiten Endgerätestation 122 zeigen.
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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 λn 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
fn 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 fn einer
Frequenzmodulation zu unterziehen. Die Pilotsignale werden auch
zu einer Steuerschaltung 136 mit einer Synchronerfassungsschaltung
zugeführt.
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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.
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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.
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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 λn.
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.
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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
fn. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.