DE69835243T2

DE69835243T2 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Verstärkung und System mit dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE69835243T2
Application number: DE69835243T
Authority: DE
Inventors: Fujitsu Limited Miki Takeda; Fujitsu Limited Susumu Kinoshita; Fujitsu Limited Hiroshi Onaka
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-01-02
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2018-01-03
Also published as: EP0897205A3; EP1381125B1; CN1195239C; EP0897205B1; CN1287189C; JPH1168203A; EP1381125A3; US6151158A; CN1208178A; EP1381125A2; CN1540389A; EP0897205A2; JP3452768B2; DE69825222D1; DE69825222T2; DE69835243D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen optische Verstärkung, die geeignet ist für Optofaser-Kommunikation bzw. Lichtwellenleiter-Kommunikation unter Verwendung von wellenlängenmultiplexierten optischen Signalen, die eine Vielzahl optischer Träger mit unterschiedlichen Wellenlängen einschließen, insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung für eine solche optische Verstärkung und ein System mit der Einrichtung.
In jüngsten Jahren sind eine Herstellungstechnik und eine Verwendungstechnik für dämpfungsarme (z.B. 0,2 dB/km) Lichtwellenleiter eingeführt worden, und ein optisches Kommunikationssystem unter Verwendung der Lichtwellenleiter als Übertragungsleitung ist in die praktische Anwendung umgesetzt worden. Ferner sind zum Kompensieren von Verlusten in dem Lichtwellenleiter und hierdurch zum Ermöglichen von Langstreckenübertragung die Verwendung eines optischen Verstärkers zum Verstärken eines optischen Signals vorgeschlagen worden und in die Praxis umgesetzt worden.
Ein gemäß dem Stand der Technik bekannter Verstärker schließt ein optisch verstärkendes Medium ein, welchem ein zu verstärkendes optisches Signal zugeführt wird, und eine Vorrichtung zum Pumpen (Erregen) des optisch verstärkenden Mediums derart, dass das optisch verstärkende Medium ein Verstärkungsband bereitstellt, das die Wellenlängen des optischen Signals einschließt. Beispielsweise schließt ein EDFA-Verstärker bzw. ein Verstärker mit Erbium-dotierter Faser eine Erbium-dotierte Faser (EDF) als optisch verstärkendes Medium ein und eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge zu der Erbium-dotierten Faser bzw. EDF. Durch vorbereitendes Festlegen der Wellenlänge des Pumplichtes innerhalb eines 0,98-μm-Bandes oder eines 1,48-μm-Bandes, kann ein Verstärkungsband erhalten werden, das eine Wellenlänge von 1,55 μm einschließt. Ferner ist auch eine andere Art optischer Verstärker mit einem Halbleiterchip als optisch verstärkendes Medium bekannt. In diesem Fall wird das Pumpen durch Injizieren eines elektrischen Stroms in den Halbleiterchip bewirkt.
Als eine Technik zum Erhöhen einer Übertragungskapazität durch einen Lichtwellenleiter einer einzelnen optischen Faser ist Wellenlängen-Multiplexierung (WDM bzw. Wavelength Division Multiplexing) bekannt. In einem WDM-verwendenden System werden eine Vielzahl optischer Träger mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet. Die Vielzahl optischer Träger werden individuell moduliert, um hierdurch eine Vielzahl optischer Signale zu erhalten, welche durch einen optischen Multiplexer wellenlängenmultiplexiert werden zum Erhalten optischer WDM-Signale, welche an eine Wellenleiterübertragungsleitung ausgegeben werden. Auf der Empfangsseite werden die empfangenen optischen WDM-Signale durch einen optischen Demultiplexer in individuelle optische Signale getrennt, und übertragene Daten werden in Übereinstimmung mit jeweiligen optischen Signalen reproduziert. Demgemäß kann durch Anwenden von WDM die Übertragungskapazität in einer einzelnen optischen Faser gemäß der Anzahl von WDM-Kanälen erhöht werden.
Im Falle des Integrierens eines optischen Verstärkers in ein WDM-verwendendes System wird eine Übertragungsdistanz durch die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung beschränkt, welche durch eine Verstärkungsneigung (Schräglage der Verstärkungs-Frequenz-Kennlinie) oder Verstärkungsabweichung repräsentiert wird. Beispielsweise ist es in einem EDFA bekannt, dass komplexe Verstärkungskennlinien in einem Signalband erzeugt werden und die Verstärkungskennlinien mit der Gesamteingangsleistung und der Pumplichtleistung des EDFA variieren.
Um die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung zu unterdrücken, ist das Kombinieren eines optischen Verstärkers mit einem optischen Filter vorgeschlagen worden.
Konfigurationen der Kombination und daraus erzielte Wirkungen werden in den japanischen Patenten mit den Offenlegungsnummern 3-44206, 3-196125 und 8-612676 sowie OAA'90, MD1, Seiten 44–47 detailliert beschrieben.
In dem Fall, dass das optische Filter auf der stromaufwärtigen Seite (Eingangsseite) des optischen Verstärkers angeordnet ist, wird in dieser Kombination die Rauschzahl hoch (schlecht). In diesem Fall kann die Einfügedämpfung durch das optische Filter durch Abstimmen der Verstärkung des optischen Verstärkers kompensiert werden. Demgegenüber wird in dem Fall, dass das optische Filter auf der stromabwärtigen Seite (Ausgangsseite) des optischen Verstärkers angeordnet ist, die Rauschzahl nicht hoch, aber die optische Ausgangsleistung wird durch die Einfügedämpfung durch das optische Filter verringert (reduziert). Demgemäß ist es gemäß dem Stand der Technik erforderlich, entweder eine Tendenz zu hoher optischer Ausgangsleistung unter Zulassung einer Anhebung der Rauschzahl oder eine Tendenz zu niedrigem Rauschen unter Zulassung einer Verringerung der optischen Ausgangsleistung zu wählen.
Die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung in einem Band von 1540 bis 1560 nm kann insbesondere in einem EDFA durch geeignetes Einstellen der Energie des Pumplichtes unterdrückt werden. In dem Fall, dass die Leistung des Pumplichtes relativ niedrig ist, wird eine positive Verstärkungsneigung bzw. -Kennlinienschräglage derart erreicht, dass eine Verstärkungszunahme mit zunehmender Wellenlänge erhalten wird, wohingegen in dem Fall, dass die Leistung des Pumplichts relativ hoch ist, eine negative Verstärkungsneigung erhalten wird derart, dass die Verstärkung mit zunehmender Wellenlänge abnimmt. Entsprechend kann die Pumplichtleistung derart gesteuert werden, dass die Verstärkungsneigung bzw. -Kennlinienschräglage flach wird. Jedoch ist die Pumplichtenergie, die erforderlich ist, um die Verstärkungsneigung flach zu gestalten im allgemeinen hoch, so dass eine Hochleistungs-Pumplichtquelle erforderlich ist. Eine Laserdiode zum Erhalten von Hochleistungs-Pumplicht ist teuer. Ferner wird in dem Fall der Verwendung einer Vielzahl von kombinierten Laserdioden zum Erhalten von Hochleistungs-Pumplicht eine optische Schaltung im Aufbau kompliziert.
GB 2 304 229 A (SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD.) vom 12 März 1997 beschreibt einen Verstärker mit Erbium-dotierter Faser, der ein Verstärkungsmedium mit einer Eigenschaft aufweist, so dass wenn die Verstärkung sich bei einer Wellenlänge ändert, sich die Verstärkung bei einer anderen Wellenlänge um dem im wesentlichen gleichen Betrag ändert. Die Eigenschaft kann erreicht werden durch Verwenden eines Verstärkungsmediums mit dieser Eigenschaft oder durch die Konstruktion des Verstärkers. Das Verstärkungsmedium kann eine Erbium-dotierte Faser mit einer wellenlängenunabhängigen Verstärkung über einen Bereich der Wellenlängen sein (vorzugsweise eine Al³⁺-haltige aluminogermanosiliziuminierte EDF). Als eine Alternative kann das Verstärkungsmedium aus mindestens zwei Stücken von EDF's bestehen, so dass Veränderungen der Form des Verstärkungsspektrums (,die durch Veränderungen der Betriebsbedingungen induziert werden,) in den unterschiedlichen Typen der EDFs sich wirksam gegenseitig ausgleichen. Das Verstärkungsspektrum kann auch modifiziert werden durch Einrichtungen von optischen Filter(n), die vor und/oder hinter, zwischen zwei Abschnitten, und/oder entlang des Verstärkungsmediums verteilt sind, oder durch Einrichtungen einer „filternden EDF", die vorzugsweise ausgewählt wurde in der Region der EDFA mit konstanter Besetzungsinversion. Das so erhaltene Verstärkungsspektrum ist sowohl flach als auch unabhängig von Betriebsbedingungen, so dass eine dynamische Verstärkungsflachheit realisiert ist, die unabhängig von der Eingangssignalleistung, der Betriebsverstärkung und der Besetzungsinversion ist.
VENGSARKAR, A.M. et al.: "Long-period fiber-grating-based gain equalizers", Optics Letters, Vol. 21, No. 5, 1. März 1996, Seiten 336–338, ISSN: 0146-9592, diskutiert wie langperiodische Fasergitter verwendet werden zum Glätten des Verstärkungsspektrums von Erbium-dotierten Faserverstärkern. Ein Breitbandverstärker mit <0,2 dB Verstärkungsabweichung über 30 nm wird präsentiert. Eine Angleichung einer Kette von Verstärkern wird diskutiert, die zu einer Bandbreitenverbesserung um den Faktor 3 führt.
CAI, J.-X. et al.: Equalization of Nonuniform EDFA Gain Using A Fiber-Loop Mirror", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 9, No. 7, 1. Julie 1997, Seiten 916–918, ISSN: 1041-1135, beschreibt kaskadierte EDFA Verstärkungsausgleichung unter Verwendung eines Faser-Schleifen-Spiegels (FLM, engl: fibre-loop mirror), der als ein lineares Wellenlängenfilter agiert. Durch Veränderung der Inter-Schleifen-Polarisierung kann die FLM-Durchlassbereich-Zentralwellenlänge eingestellt werden. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, die Bandbreite und die Filtersteigung des FLM zu verändern. Der FLM wird verwendet zum Ausgleichen der nicht gleichmäßigen Verstärkung einer Kaskade der EDFA. Nach 1500 km ist die Leistungsdifferenz von 30 auf 2 dB für drei WDM-Kanäle reduziert, die einen 9 nm Wellenlängenbereich abdecken.
SU, S.F. et al.: „Flattening of Erbium-doped Fibre Amplifier Gain Spectrum Using Acousto-optic Tunable Filter", Electronic Letters, Vol. 29, No. 5, 4. März 1993, Seiten 477–478, ISSN: 0013-5194, beschreibt wie ein Akusto-optisches durchstimmbares Filter eingesetzt wird zum Glätten des Verstärkungsspektrums eines Erbium-dotierten Faserverstärkers. Ein relativ flaches Verstärkungsspektrum von 15 nm Bandbreite mit Variationen von weniger als 1 dB wird erhalten durch simultanes Zuführen von acht nah aneinander angeordneten Signalen zum Akusto-optischen durchstimmbaren Filter.
WILLNER, A.E. et al.: „Passive Equalization of Nonuniform EDFA Gain by Optical Filtering for Megameter Transmission of 20 WDM Channels Through a Cascade of EDFA's", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, No. 9, 1. September 1993, Seiten 1023–1026, ISSN: 1041-1135, diskutiert die Aufnahme von optischen Filtern in einer Kaskade von Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA's), wobei jeder Verstärker eine nicht gleichmäßige Verstärkung aufweist, und die Bestimmung der optimalen Bedingungen zum passiven Ausgleichen vieler Wellenlängenmultiplexter (WDM) Kanäle, während eine hohe SNR beibehalten wird. Für 20 WDM-Kanäle, die um 0,5 nm voneinander entfernt sind, wurde herausgefunden, dass 3-dB, 2-nm breite Sperrfilter mit einer Zentralwellenlänge von 1560 μm, eine genügende SNR-Ausgleichung für potentielle Megameter Übertragung bereitstellen, wenn diese nach allen 20 EDFA's aufgestellt werden. Diese Funktionen werden erreciht ohne ein a priori Wissen der Eingangs- oder Ausgangssignale.
DIANOV, E. M. et al.: "Methods for Flattening the Gain Spectrum of Erbium Fibre Amplifiers", Quantum Electronics, Vol. 26, No. 12, 1. Dezember 1996, Seiten 1029–1034, ISSN: 1063-7818, stellt einen Überblick von bisher vorgeschlagenen Verfahren zum Glätten eines Verstärkungsspektrums von Erbium-Faser-Verstärkern bereit. Die vielversprechendsten Verfahren für faseroptische Kommunikationsleitungen mit Wellenlängen-Kanal-Muliplex werden aufgezeigt.
GB 2 303 984 A (FUJITSU LIMITED), 5. März 1997, beschreibt einen optischen Überträger, der in einem optischen Wellenlängenmultiplex Übertragungssystem verwendet wird, der eine Vielzahl von elektro-optischen Konvertern zum jeweiligen Konvertieren von elektrischen Signalen in eine Vielzahl von optischen, in ihren Wellenlängen unterschiedlichen Signalen, eine Vielzahl von Vorkompensatoren für chromatische Dispersion, die jeweils mit den elektro-optischen Konvertern verbunden sind, zum jeweiligen Beaufschlagen von chromatischen Dispersionen auf die mehreren optischen Signale, und einen optischen Multiplexer, der mit den Vorkompensatoren verbunden ist, zum Multiplexen der mehreren optischen Signale, die mit den bestimmten chromatischen Dispersionen beaufschlagt wurden, beinhaltet. Jeder Vorkompensator kompensiert wenigstens teilweise die chromatische Dispersion in der Übertragungsleitung aufgrund der Differenz zwischen der Wellenlänge von jedem optischen Signal und der Null-Dispersionswellenlänge der Übertragungsleitung. Nachkompensation von jedem empfangenen Signal nach dem Demultiplexen ist wie auch eine Kompensation in Reihe möglich. Die Kompensatoren können Intensitäts- und Phasenchirp-Modulatoren oder geeignete dispersive Fasern sein.
Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der optischen Verstärkung bereitzustellen, das eine niedrige Rauschzahl erreichen kann und das die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung unterdrücken kann.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung bereitzustellen, die beim Ausführen des Verfahrens verwendbar ist.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Einrichtung zur optischen Verstärkung bereitzustellen, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung unter der Bedingung niedriger Pumplichtleistung unterdrücken kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem System anzuwenden, wie zum Beispiel einem Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit dem beiliegenden Patentanspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In dieser Spezifikation schließt die Wortwahl, dass ein Element und ein anderes Element betriebsmäßig verbunden sind, den Fall ein, dass diese Elemente direkt verbunden sind, und schließt auch den Fall ein, dass diese Elemente in solchem Umfang zueinander in Beziehung stehend vorgesehen sind, dass ein elektrisches Signal oder ein optisches Signal zwischen diesen Elementen gegenseitig übertragen werden kann.
Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art von deren Realisierung wird ersichtlicher und die Erfindung selbst wird am besten verstanden aus dem Studium der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Patentansprüche unter Einbezug der beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
In den Zeichnungen:
1 ist ein Blockdiagramm eines ersten Grundaufbaus;
2 ist eine Graphik zum Erläutern eines von einem in der Fig. gezeigten optisch verstärkenden Medium 12 bereitgestellten Verstärkungsbands;
3A und 3B sind jeweils Graphiken eines Beispiels der Kennlinie bzw. Charakteristik eines ersten optischen Filters 6 und eines zweiten optischen Filters 10, die in 1 gezeigt sind;
4 ist eine Graphik eines Beispiels des Spektrums von Ausgangslicht von der in 1 gezeigten Einrichtung;
5 ist eine Graphik eines Beispiels des Zusammenhangs zwischen Verstärkung und Eingangslichtleistung in einem optischen Verstärker;
6 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Anordnung der in 1 gezeigten Einrichtung;
7A bis 7D sind Blockdiagramme der Konfigurationen von Einrichtungen, die in einem vergleichenden Verifizierungsexperiment verwendet werden;
8A bis 8C sind Graphiken der Kennlinien bzw. Charakteristik von in dem Experiment verwendeten optischen Filtern;
9A bis 9C sind Graphiken von in dem Experiment erhaltenen Spektren;
10 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Grundaufbaus der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Graphik zum Erläutern von Änderungen in der Verstärkungsneigung in Übereinstimmung mit der Pumplichtleistung;
12 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer bevorzugten Ausführungsform der in 10 gezeigten Einrichtung;
13 ist eine Graphik einer Verstärkungsneigung in einem in 12 gezeigten optischen Verstärker 8';
14 ist eine Graphik der Kennlinie eines in 12 gezeigten optischen Filters;
15 ist eine Graphik des Zusammenhangs zwischen erforderlicher Pumplichtleistung, Rauschzahl und Neigung in dem Fall, dass ein optisches Filter auf der Ausgangsseite verwendet wird;
16 ist eine Graphik des Zusammenhangs zwischen erforderlicher Pumplichtleistung, Rauschzahl und Neigung in dem Fall, dass ein optisches Filter auf der Eingangsseite vorgesehen wird;
17 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
18A und 18B sind schematische Ansichten zum Erläutern des Unterschieds im Vorzeichen einer chromatischen Dispersion in Übereinstimmung mit der Richtung des Einfügens eines Phasengitters.
Überall in den Zeichnungen sind die im wesentlichen gleichen Teile mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Das Folgende beschreibt eine Einrichtung, die einen ein optisch verstärkendes Medium einschließenden Verstärker umfasst, und erste und zweite mit dem optischen Verstärker betriebsmäßig gekoppelte optische Filter zum Unterdrücken der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung. Das optisch verstärkende Medium hat ein Eingangsende und ein Ausgangsende für ein optisches Signal. Das optisch verstärkte Medium wird derart gepumpt, dass das optisch verstärkende Medium ein Verstärkungsband bereitstellt. Das Verstärkungsband schließt ein erstes Band ein, das eine relativ hohe Verstärkung und eine relativ hohe Rauschzahl für das optische Signal liefert, und ein zweites Band, das eine relativ niedrige Verstärkung und eine relativ niedrige Rauschzahl für das optische Signal bereitstellt. Das erste optische Filter wird optisch mit dem Eingangsende des optisch verstärkenden Mediums verbunden und hat eine derartige Kennlinie, dass das erste optische Filter die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im zweiten Band unterdrückt. Das zweite optische Filter wird optisch mit dem Ausgangsende des optisch verstärkenden Mediums verbunden und hat eine derartige Kennlinie, dass das zweite optische Filter die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im ersten Band unterdrückt.
Die beiden optischen Filter (das erste und das zweite optische Filter), die jeweils auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite des optischen Verstärkers vorgesehen sind, werden zum Unterdrücken der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung verwendet, hierdurch ein geeignetes Unterdrücken der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in den jeweiligen optischen Filtern und demgemäß das Erhalten einer niedrigen Rauschzahl und einer hohen optischen Ausgangsleistung ermöglichend.
Es wird auch ein Verfahren beschrieben, das die Schritte umfasst von (a) Pumpen eines optisch verstärkenden Mediums derart, dass das optisch verstärkende Medium ein Verstärkungsband bereitstellt, das ein erstes Band einschließt, welches eine relativ hohe Verstärkungs- und Rauschzahl zu dem optischen Signal hinzufügt, und ein zweites Band einschließt, das eine relativ niedrige Verstärkungs- und Rauschzahl zu dem optischen Signal hinzufügt; (b) Zuführen des optischen Signals zu dem optisch verstärkenden Medium, welches optische Signal durch ein erstes optisches Filter mit derartigen Eigenschaften hindurchgeführt worden ist, dass das erste optische Filter eine Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im zweiten Band unterdrückt; und (c) Zuführen des von dem optisch verstärkenden Medium ausgegebenen optischen Signals zu einem zweiten optischen Filter mit derartigen Eigenschaften, dass das zweite optische Filter Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem ersten Band unterdrückt.
Da wo der erste und zweite optische Verstärker in eine Ausbreitungsrichtung des optischen Signals kaskadiert sind, ist das Anwenden dieses Verfahrens auf den zweiten optischen Verstärker besonders wirksam, weil, wenn dieses Verfahren nur auf den ersten optischen Verstärker angewendet würde, eine Möglichkeit bestünde, dass eine neue Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem zweiten optischen Verstärker auftreten könnte. Demgemäß ist in dem Fall des allgemeineren Durchführens dieses Verfahrens unter Verwendung kaskadierter optischer Verstärker das Anwenden dieses Verfahrens auf optische Verstärker in der letzten Stufe (d.h. auf der Ausgangsseite) wirksam.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden erfindung ist eine Einrichtung bereitgestellt, die ein optisch verstärkendes Medium mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende für ein optisches Signal umfasst; eine Vorrichtung zum Pumpen des optisch verstärkenden Mediums derart, dass das optisch verstärkende Medium im wesentlichen eine einfache Verstärkungskennlinie in einem vorbestimmten Band hat; und ein optisch mit mindestens einem von dem Eingangsende und dem Ausgangsende des optisch verstärkenden Mediums verbundenes Filter mit einer derartigen Kennlinie, dass das optische Filter eine Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem vorbestimmten Band unterdrückt.
Vorzugsweise umfasst das optisch verstärkende Medium eine EDF und das vorbestimmte Band ist bei einer Wellenlänge von 1,54 bis 1,56 μm vorgesehen. In diesem Fall liefert die oben erwähnte, im wesentlichen einfache Verstärkungskennlinie eine Verstärkungsneigung derart, dass die Verstärkung mit Zunahme der Wellenlänge zunimmt, und die Kennlinie des optischen Filters liefert eine Dämpfungsneigung derart, dass die Dämpfung mit Zunahme der Wellenlänge zunimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die im wesentlichen einfache Verstärkungskennlinie unter der Bedingung der niedrigen Pumplichtleistung bewahrt werden, und die Wellenlichtabhängigkeit der Verstärkung kann durch das optische Filter unterdrückt werden. Entsprechend kann die Verstärkung unter Bedingung niedriger Pumplichtleistung unterdrückt werden.
Das Folgende beschreibt auch eine Einrichtung, die eine mit einem Er (Erbium) einschließenden Dotierungsmittel dotierte Faser umfasst; eine Vorrichtung zum Pumpen der dotierten Faser derart, dass die dotierte Faser eine Verstärkungsneigung, d.h. einen schrägen Verstärkungsverlauf, derart hat, dass die Verstärkung mit Zunahme der Wellenlänge in einem vorbestimmten Band zunimmt; und ein optisches Filter, das betriebsmäßig mit der dotierten Faser verbunden ist und eine Dämpfungsneigung derart hat, dass das optische Filter die Verstärkungsneigung unterdrückt.
Darüber hinaus beschreibt das Folgende ein System, das erste und zweite Endstationen umfasst, eine die ersten und zweiten Endstationen verbindende Lichtwellenleiter-Übertragungsleitung und mindestens einen in der Lichtwellenleiter-Übertragungsleitung vorgesehenen optischen Repeater bzw. Zwischenverstärker. Die erste Endstation umfasst eine Vielzahl optischer Sender zum jeweiligen Ausgeben einer Vielzahl optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen und einen optischen Multiplexer zur Wellenlängen-Multiplexierung der Vielzahl optischer Signale, um optische WDM-Signale zu erhalten, und zum Ausgeben der optischen WDM-Signale auf die Lichtwellenleiter-Übertragungsleitung. Die zweite Endstation umfasst einen optischen Demultiplexer zum Trennen der über die Lichtwellenleiter-Übertragungsleitung übertragenen Signale in eine Vielzahl optischer Signale, und eine Vielzahl optischer Empfänger zum jeweiligen Empfangen der Vielzahl optischer Signale.
1 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines ersten Grundaufbaus einer Einrichtung zur optischen Verstärkung. Die in 1 gezeigte Einrichtung hat einen Eingangsanschluss 2 zum Empfangen eines zu verstärkenden optischen Signals und einen Ausgangsanschluss 4 zum Ausgeben des verstärkten optischen Signals. Ein erstes optisches Filter 6, ein optischer Verstärker 8 und ein zweites optisches Filter 10 sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals zwischen dem Eingangsanschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen. Der optische Verstärker schließt ein optisch verstärkendes Medium 12 mit einem Eingangsende 12A und einem Ausgangsende 12B für das optische Signal ein und eine Pumpeinheit 14 zum Pumpen des optisch verstärkenden Mediums 12 derart, dass das optisch verstärkende Medium 12 ein Verstärkungsband bereitstellt.
Das von dem in 1 gezeigten optisch verstärkenden Medium 12 bereitgestellte Verstärkungsband wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In 2 repräsentiert die vertikale Achse eine optische Leistung (dBm) oder eine Verstärkung (dB), und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge. Wenn das optisch verstärkende Medium 12 von der Pumpeinheit 14 gepumpt wird, wird ein Verstärkungsband GB erzeugt, das eine Verstärkungskennlinie 16 bei den Spektren S1 und S2 des optischen Signals liefert. Die Verstärkungskennlinie 16 repräsentiert eine Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem optisch verstärkenden Medium 12.
Die Kleinsignal-Vestärkungskennlinie kann angenähert werden mit dem Spektrum von ASE-Rauschen (ASE = Amplified Spontaneous Emission bzw. verstärkte spontane Emission) in dem optisch verstärkenden Medium.
Wie in 2 gezeigt, schließt das Verstärkungsband GB ein erstes Band B1 ein, das eine relativ hohe Verstärkung zu dem optischen Signal hinzufügt (Spektrum S1), und ein zweites Band S2, das dem optischen Signal eine relativ geringe Verstärkung hinzufügt (Spektrum S2). In dem ersten Band B1 ist die Rauschzahl aufgrund des relativ hohen erzeugten ASE-Rauschens hoch (schlecht). Im zweiten Band B2 ist die Rauschzahl aufgrund eines relativ niedrigen erzeugten ASE-Rauschens niedrig (gut).
3A und 3B sind Graphiken zum Zeigen der Eigenschaften des ersten optischen Filters 6 und des zweiten optischen Filters 10, die jeweils in 1 gezeigt sind. In jeder Graphik repräsentiert die vertikale Achse Sendedämpfung (dB), und die horizontale Achse repräsentiert Wellenlänge. Wie in 3A gezeigt, hat das erste optische Filter 6 eine solche Kennlinie, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im zweiten Band B2 unterdrückt (vorzugsweise auslöscht). Bei Wellenlängen, die nicht in dem zweiten Band B2 enthalten sind, ist die Sendedämpfung gegeben durch eine minimale Einfügedämpfung durch das optische Filter 6, dessen Dämpfung idealerweise 0 (dB) ist und tatsächlich einen geringen Wert hat. Wie in 3B gezeigt, hat das zweite optische Filter eine derartige Eigenschaft, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im ersten Band B1 unterdrückt (vorzugsweise auslöscht). Bei nicht im ersten Band B1 enthaltenen Wellenlängen ist die Sendedämpfung durch eine minimale Einfügedämpfung durch das optische Filter 10 gegeben, dessen Dämpfung idealerweise 0 (dB) ist und tatsächlich ein geringer Wert.
Es wird Bezug genommen auf 4, in welcher ein Beispiel von Spektren von Ausgangslicht von der in 1 gezeigten Einrichtung gezeigt ist. In diesem Beispiel wird angenommen, dass das in den Eingangsanschluss 2 einzugebende optische Signal optische WDM-Signale sind, die durch eine Wellenlängen-Multiplexierung einer Vielzahl optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen λ1 bis λn erhalten werden, und die Leistungen aller optischen Signale werden als zueinander gleich angenommen. Wie in 4 gezeigt, haben die von dem Ausgangsanschluss 4 auszugebenden verstärkten optischen WDM-Signale Spektren, die durch Superposition steiler bzw. stark geneigter Spektren entsprechend den jeweiligen optischen Signalen auf einem relativ flachen ASE-Spektrum erhalten werden, deren Wellenlängenkennlinien der Verstärkung bedingt durch das Anwenden der vorliegenden Erfindung geglättet werden. Da die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem optisch verstärkenden Medium 12 durch das erste optische Filter 6 und das zweite optische Filter 10 unterdrückt wird, werden die Leistungen der von der Einrichtung ausgegebenen verstärkten optischen WDM-Signale im wesentlichen gleich zueinander. Demnach kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung durch die erste Grundkonfiguration unterdrückt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf den obigen Fall, dass das zu verstärkende optische Signal optische WDM-Signale umfasst. Das zu verstärkende optische Signal kann ein optisches Signal in einem einzelnen Kanal sein. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass die Wellenlänge des optischen Signals sich mit der Temperaturänderung oder ähnlichem einer Lichtquelle zum Erzeugen des optischen Signals ändert. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auch wirksam gegenüber Wellenlängenänderungen des optischen Signals in dem einzelnen Kanal.
Der Grund, warum eine niedrige Rauschzahl und eine hohe optische Ausgangsleistung in der in 1 gezeigten Einrichtung erhalten werden können, wird nachstehend detailliert beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird ein Zweistufenaufbau durch Kaskadieren eines optischen Vorstufenverstärkers und eines optischen Nachstufenvestärkers erhalten. In dem Fall, dass ein optisches Filter zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker in diese Zweistufenkonfiguration eingefügt wird, ist eine Gesamtrauschzahl (NF bzw. Noise Figure) gegeben durch den folgenden Ausdruck.
wobei NF_f die Rauschzahl (dB) des optischen Vorstufenverstärkers ist, NF_r die Rauschzahl (dB) des optischen Nachstufenverstärkers ist, A die Dämpfung (dB) durch das optische Filter ist, G der Gewinn bzw. die Verstärkung (dB) des optischen Vorstufenverstärkers ist und jeder Parameter eine Funktion der Wellenlänge ist.
Demnach hängt die Gesamtrauschzahl NF in dem zweistufigen Aufbau von der Rauschzahl NF_f und der Verstärkung G des optischen Vorstufenverstärkers, der Rauschzahl NF_r des optischen Nachstufenverstärkers und der Dämpfung A durch das optische Filter ab, das zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker eingefügt ist. Der obige Ausdruck zeigt, dass je kleiner die Einfügedämpfung A durch das optische Filter ist, desto niedriger die Gesamtrauschzahl NF.
Beim Vergleichen des Falles, in welchem das optische Filter zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker eingefügt ist, mit dem Fall, bei dem das optische Filter an der Ausgangsseite des optischen Nachstufenverstärkers vorgesehen ist statt zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker eingefügt zu sein, wird die Gesamtrauschzahl unter der Voraussetzung, dass die Dämpfung durch das optische Filter dieselbe ist, im letzteren Fall niedriger als im vorhergehenden Fall. Das heißt, die Gesamtrauschzahl im letzteren Fall wird durch die Dämpfung durch das optische Filter im Prinzip nicht verschlechtert.
Demnach wird in dem Fall des Anwendens des ersten Aufbaus auf den optischen Nachstufenverstärker ein optisches Filter zum Kompensieren einer Verstärkung auf der Ausgangsseite des optischen Nachstufenverstärkers für ein optisches Signal mit relativ hoher Rauschzahl bereitgestellt, um die Rauschzahl nicht weiter zu verschlechtern. Jedoch in dem Fall, dass das optische Filter auf der Ausgangsseite des optischen Nachstufenverstärkers vorgesehen ist, wird die optische Ausgangsleistung durch die Dämpfung des optischen Filters reduziert. Demgegenüber kann in dem Fall, dass das optische Filter zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker eingefügt ist, die Einfügedämpfung durch das optische Filter durch die Eingangsverstärkungskennlinie des optischen Nachstufenverstärkers kompensiert werden (s. beispielsweise 5). Demnach wird in dem Fall des Anwendens des ersten Grundaufbaus aus dem optischen Nachstufenverstärker ein optisches Filter zum Kompensieren einer Verstärkung zwischen dem optischen Vorstufenverstärker und dem optischen Nachstufenverstärker für ein optisches Signal mit einer relativ niedrigen Rauschzahl eingefügt, um eine maximale optische Ausgangsleistung zu erhalten.
Wie oben erwähnt, verschlechtert das Einfügen des optischen Filters zwischen den optischen Vorstufenverstärker und den optischen Nachstufenverstärker die Rauschcharakteristik, und das Vorsehen des optischen Filters auf der Außenseite des optischen Nachstufenverstärkers reduziert die optische Ausgangsleistung. Demgemäß wird ein optisches Filter zum Korrigieren einer Verstärkung für ein optisches Signal, dessen Rauschzahl und Verstärkung höher sind, als jene anderer optischer Signale, auf der Außenseite des optischen Nachstufenverstärkers vorgesehen. Ferner wird ein optisches Filter zum Korrigieren einer Verstärkung für ein optisches Signal, dessen Rauschzahl und Verstärkung niedriger sind als jene anderer optischer Signale auf der Eingangsseite des optischen Nachstufenverstärkers vorgesehen. Allgemeiner ausgedrückt ist eine Vielzahl von optischen Filtern an unterschiedlichen Positionen vorgesehen, um eine Verstärkung mit Wellenlängenselektivität zu korrigieren. Durch Achten auf ein Signal, das empfindlich ist in Bezug auf Rauschcharakteristik zum Korrigieren einer Verstärkung, kann eine Verschlechterung der Rauschzahl von dem Fall der Verwendung keines optischen Filters vermieden werden und eine hohe optische Ausgangsleistung kann erhalten werden. Ferner wird eine Abweichung der Rauschzahl in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung reduziert, was später unter Bezugnahme auf die Ergebnisse eines Verifizierungsexperimentes beschrieben wird.
Demnach wird, nicht wie beim konventionellen Verstärkungsausgleich derart, dass optische Ausgangsgrößen ausgeglichen werden in Bezug auf die Wellenlänge, eine neue Technik, ein sogenanntes optisches Signal-zu-Rausch-Verhältnis-Ausgleichen bzw. optisches SNR-Ausgleichen, bereitgestellt. Diese Technik hat es ermöglicht, sowohl die optischen Ausgangsgrößen bei gleichförmigen Werten beizubehalten, als auch die Rauschzahlen bei niedrigen gleichförmigen Werten beizubehalten durch Beachten der Tatsache, dass eine Übertragungsqualität durch ein optisches Signal-zu-Rausch-Verhältnis bestimmt wird.
Als das optische Verstärkungsmedium 12 kann ggf. eine dotierte Faser verwendet werden, die mit einem Dotierungsmittel einschließlich einem Selten-Erdenelement dotiert ist. In diesem Fall schließt die Pumpeinheit 14 eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht zu dem optisch verstärkenden Medium 12 von mindestens einem von dem ersten Ende 12A und dem zweiten Ende 12B des optisch verstärkenden Mediums 12 ein. Um ein Verstärkungsband einschließlich einer Wellenlänge von 1,55 μm zu erreichen, wird ein Dotierungsmittel einschließlich Er (Erbium) ausgewählt. In diesem Fall wird beispielsweise das erste Band B1 bereitgestellt mit einer Wellenlänge von 1,52 bis 1,54 μm, und das zweite Band B2 wird bereitgestellt mit einer Wellenlänge von 1,54 bis 1,56 μm oder 1,54 bis 1,58 μm. In dem Fall, dass das Dotierungsmittel Er einschließt, fällt die Wellenlänge des Pumplichts vorzugsweise in ein 0,98-μm-Band (0,96 bis 1,0 μm) oder in ein 1,48-μm-Band (1,46 bis 1,50 μm). Ein Halbleiterchip kann ebenfalls als optisch verstärkendes Medium 12 verwendet werden. In diesem Fall schließt das Pumplicht 14 eine Stromquelle zum Einprägen eines elektrischen Stroms in den Halbleiterchip ein.
Jedes von dem ersten optischen Filter 6 und dem zweiten optischen Filter 10 hat notwendigerweise die folgenden Eigenschaften.

(a) Realisierung der entworfenen Sendekennlinienwerte mit guter Genauigkeit.
(b) Reduzierte Temperaturabhängigkeit der Sendekennlinie.
(c) Reduzierte Einfügedämpfung.
(d) Reduzierte Polarisationsabhängigkeit.
(e) Reduzierte Wellenlängendispersion.
(f) Absondern reflektierten Lichts (entfernten Lichts) aus einer Signalübertragungsleitung.

Zum Erfüllen eines oder mehrerer dieser Erfordernisse kann ein optisches Mach-Zehnder-Filter (z.B. InGaAsP/InP-Halbleiter), ein optisches Interferenzschichtfilter (dielektrisches Mehrschichtfilter) oder ein optisches Fasergitterfilter verwendet werden sowohl als das erste optische Filter 6 als auch als das zweite optische Filter 10. Insbesondere bei der Verwendung eines Fasengitters, wie nachstehend beschrieben wird, können viele der oben erwähnten Erfordernisse erfüllt werden.
6 ist ein Blockdiagramm und zeigt eine bevorzugte Anordnung der in 1 gezeigten Einrichtung. In diesem Beispiel wird eine Erbium-dotierte Faser (EDF) 18 als optisch verstärkendes Medium 12 des optischen Verstärkers 8 verwendet. Zum Verbreitern des Verstärkungsbandes kann die EDF 18 außerdem mit einer Aluminiumverbindung dotiert sein (Al). Die Pumpeinheit 14 schließt eine Pumplichtquelle 20 zum Ausgeben von Pumplicht mit einer Wellenlänge einschließlich eines 1,48-μm-Bandes ein und einen WDM-Koppler 22 zum Zuführen des Pumplichtes zu der EDF 18 von einem ersten Ende 18A der EDF 18. Der optische Verstärker 8 hat ferner einen optischen Isolator 24 zwischen dem WDM-Koppler 22 und dem ersten Ende 18A des EDF 18 verbunden und einen optischen Isolator 26 zwischen einem zweiten Ende 18B des EDF 18 und dem zweiten optischen Filter 10 verbunden.
Ein optischer variabler Dämpfer 28 und ein Richtkoppler 30 zum Erhalten von Eingangsüberwachungslicht sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals zwischen dem ersten optischen Filter 6 und dem WDM-Koppler 22 vorgesehen. Das Eingangsüberwachungslicht wird einem Photodetektor (PD) 32, wie z.B. einer Photodiode, zugeführt. Ein von dem Photodetektor 32 ausgegebenes elektrisches Signal spiegelt einen Eingangspegel des optischen Verstärkers 8 wider, und dieses elektrische Signal wird einer Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung bzw. AGC-Schaltung 34 zugeführt, um die Verstärkungskennlinie konstant zu halten. Ein Richtkoppler 36 zum Erhalten von Ausgangsüberwachungslicht ist zwischen dem zweiten optischen Filter 10 und dem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen. Das Ausgangsüberwachungslicht wird einem Photodetektor 38 zugeführt. Ein von dem Photodetektor 38 ausgegebenes elektrisches Signal spiegelt einen Ausgangspegel des optischen Verstärkers 8 wider, und dieses elektrische Signal wird der AGC-Schaltung 34 zugeführt. Die AGC-Schaltung 34 steuert die von der Pumplichtquelle 20 auszugebende Leistung des Pumplichtes in Übereinstimmung mit dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers 8 derart, dass die durch das EDF 18 gegebene Verstärkungskennlinie konstant gehalten wird. Beispielsweise stimmt die AGC-Schaltung 34 die Leistung des Pumplichtes derart ab, dass das Verhältnis zwischen dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers 8 konstant wird. Das elektrische Ausgangssignal von dem Photodetektor 38 wird ebenfalls einer automatischen Pegelsteuerschaltung bzw. ALC-Schaltung 40 zugeführt. Die ALC-Schaltung 40 steuert die Dämpfung durch den optischen variablen Dämpfer 28 derart, dass der Ausgangspegel des optischen Verstärkers 8 konstant gehalten wird.
Insbesondere ist zusätzlich ein zweiter optischer Verstärker 42 auf der stromaufwärtigen Seite des ersten optischen Filters 6 in dieser bevorzugten Ausführungsform vorgesehen. Das heißt, diese Einrichtung hat einen Zweistufenaufbau, und die optischen Verstärker 42 und 8 arbeiten als optischer Vorstufenstufe bzw. optischer Nachstufenverstärker. Durch Vermehren des optischen Verstärkers 42 kann diese Einrichtung modifiziert werden zu einem Mehrstufenaufbau.
Der optische Verstärker 42 schließt eine EDF 44 ein, eine Pumplichtquelle 46 zum Ausgeben von Pumplicht mit einer Wellenlänge enthalten in einem 0,98-μm-Band und einen WDM-Koppler 48 zum Zuführen des Pumplichtes zu dem EDF 44 von einem ersten Ende 44A des EDF 44. Ein zweites Ende 44B des EDF 44 ist über einen optischen Isolator 50 und einen Richtkoppler 52 an das erste optische Filter 6 angeschlossen. Von dem Richtkoppler 52 abgezweigtes Ausgangsüberwachungslicht wird einem Photodetektor 54 zugeführt. Ein von dem Photodetektor 54 ausgegebenes elektrisches Signal spiegelt einen Ausgangspegel des optischen Verstärkers 42 wider, und dieses elektrische Signal wird einer AGC-Schaltung 56 zugeführt. Ein optischer Isolator 58 und ein Richtkoppler 60 sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals zwischen dem Eingangsanschluss 5 und dem WDM-Koppler 48 vorgesehen. Von dem Richtkoppler 60 abgezweigtes Eingangsüberwachungslicht wird einem Photodetektor 62 zugeführt. Ein von dem Photodetektor 62 ausgegebenes elektrisches Signal spiegelt einen Eingangspegel des elektrischen Verstärkers 42 wider, und dieses elektrische Signal wird der AGC-Schaltung 56 zugeführt. Die AGC-Schaltung 56 steuert die Leistung des von der Pumplichtquelle 46 auszugebenden Pumplichtes in Übereinstimmung mit dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers 42 derart, dass die Verstärkungskennlinie, die von dem EDF 44 bereitgestellt wird, konstant gehalten wird. Beispielsweise stimmt die AGC-Schaltung die Leistung des Pumplichtes derart ab, dass das Verhältnis zwischen dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers 42 konstant wird.
Als jede der Pumplichtquellen 20 und 46 kann eine Laserdiode (LD) verwendet werden. In diesem Fall kann die Leistung jedes Pumplichtes durch einen Treiberstrom für jede Laserdiode abgestimmt werden.
Die an dem Eingangsanschluss 2 eingegebenen optischen WDM-Signale werden zuerst durch den optischen Vorstufenverstärker 42 verstärkt. In diesem Verstärkungsprozess wird die Verstärkungskennlinie (Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung) durch den Einsatz der AGC-Schaltung 56 unabhängig von dem Eingangspegel des optischen Verstärkers 42 konstant gehalten. Als nächstes werden die verstärkten optischen WDM-Signale durch das optische Filter 6 geleitet. In dem optischen Filter 6 wird eine Verstärkungskompensation an in dem zweiten Band B2 enthaltenen optischen Signalen durchgeführt. Die durch das Filter 6 geleiteten optischen WDM-Signale werden durch den variablen optischen Dämpfer 28 einer gesteuerten Dämpfung unterzogen und als nächstes dem optischen Nachstufenverstärker 8 zugeführt. In dem Verstärkungsprozess des optischen Verstärkers 8 wird die Verstärkungskennlinie durch Einsetzen der AGC-Schaltung 34 unabhängig vom Eingangspegel des optischen Verstärkers 8 konstant gehalten. Die von dem optischen Verstärker 8 verstärkten optischen WDM-Signale werden als nächstes durch das zweite optische Filter 10 geleitet. In dem Filter 10 wird eine Verstärkungskompensation an im ersten Band B1 enthaltenen optischen Signalen durchgeführt. Die durch das Filter 10 geleiteten optischen WDM-Signale werden vom Ausgangsanschluss 4 ausgegeben.
Die optische Ausgangsleistung kann unabhängig vom Eingangspegel durch Einsetzen der ALC-Schaltung 40 und des variablen optischen Dämpfers 28 konstant gehalten werden. Der Grund, warum die ALC bzw. automatische Pegelsteuerung für die optische Ausgangsleistung unter Verwendung des variablen optischen Dämpfers 28 durchgeführt wird, ist, dass die Leistung jedes Pumplichts zum Konstanthalten der Verstärkungskennlinie in jedem der optischen Verstärker 8 und 42 gesteuert wird und demnach die ALC nicht durch Abstimmen der Leistung jedes Pumplichts ausgeführt werden kann.
Da die Verstärkungskennlinie in jedem der optischen Verstärker 8 und 42 konstant gehalten wird, kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dieser Einrichtung aufgrund der Tatsache, dass jede der Filter 6 und 10 feste Kennlinien hat, immer unterdrückt werden. Das heißt, die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung kann unabhängig vom Eingangspegel unterdrückt werden.
Der Grund, warum die Wellenlänge des Pumplichts in dem optischen Vorstufenverstärker 42 in dieser bevorzugten Ausführungsform im 0,98-μm-Bereich festgelegt wird, ist, um große Verschlechterung der Rauschkennlinie im Verstärkungsprozess für optische Signale mit relativ niedriger Leistung zu vermeiden. Das Pumpen des EDF mit Pumplicht mit einer im 0,98-μm-Band eingeschlossenen Wellenlänge ist wirksam zum Reduzieren des Rauschens des optischen Verstärkers. Ferner ist der Grund, warum die Wellenlänge des Pumplichtes im optischen Nachstufenverstärker 8 im 1,48-μm-Band festgelegt wird, um eine hohe optische Ausgangsleistung zu erreichen. Das Erhöhen der Ausgangsgröße der im 1,48-μm-Band schwingenden Laserdiode ist leichter als das Erhöhen der Ausgangsgröße einer Laserdiode, die in einem 0,98-μm-Band schwingt. Demgemäß kann durch Verwenden solchen Hochleistungslichts die optische Ausgangsleistung der Einrichtung erhöht werden.
In dem in 6 gezeigten Beispiel breiten sich die optischen Signale und das Pumplicht in derselben Richtung in der EDF in jedem optischen Verstärker 8 und 42 aus. Das heißt, Vorwärtspumpen wird durchgeführt. Alternativ kann Rückwärtspumpen derart, dass die optischen Signale und das Pumplicht sich in entgegengesetzten Richtungen in jedem der optisch verstärkenden Medien ausbreiten, durchgeführt werden. Ferner kann durch Verwenden von zwei Pumplichtquellen für jedes optische verstärkende Medium sowohl ein Vorwärtspumpen als auch ein Rückwärtspumpen an jedem optisch verstärkenden Medium ausgeführt werden. Das heißt, bidirektionales Pumpen kann ausgeführt werden. In diesem Fall kann hybrides bidirektionales Pumpen unter Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen des Pumplichtes (z.B. 0,98 μm und 1,48 μm) in jedem optischen Verstärker realisiert werden.
Während das erste optische Filter 6, der variable optische Dämpfer 28 und der Richtkoppler 30 in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung der optischen Signale angeordnet sind, ist die Reihenfolge der Anordnung dieser Komponenten beliebig. Ferner kann die Reihenfolge der Anordnung des zweiten optischen Filters 10 und des Richtkopplers 36 vertauscht werden. Das heißt, jedes der Filter 6 und 10 kann entweder innerhalb oder außerhalb der AGC-Schleife angeordnet werden.
7A bis 7D sind Blockdiagramme zum Zeigen des Aufbaus von Einrichtungen, die in einem vergleichenden Verifizierungsexperiment zum Verifizieren des Vorzugs des ersten Grundaufbaus über andere Beispiele im Stand der Technik verwendet werden.
7A zeigt den Zweistufenaufbau gemäß dem Stand der Technik ohne die Verwendung von Filtern. Ein optischer Vorstufenverstärker 42, ein variabler optischer Dämpfer 28 und ein optischer Nachstufenverstärker 8 sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung eines optischen Signals zwischen einem Eingangsanschluss 2 und einem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen.
7B zeigt den Stand der Technik, in welchem nur ein optisches Filter in einem Zweistufenaufbau eingefügt ist. Ein optischer Vorstufenverstärker 42, ein variabler optischer Dämpfer 28, ein kombiniertes optisches Filter 64 und ein optischer Nachstufenverstärker 8 sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals zwischen einem Eingangsanschluss 2 und einem Ausgangsanschluss 4 angeschlossen. Das kombinierte optische Filter 64 ist durch Kaskadieren eines ersten optischen Filters 6 und eines zweiten optischen Filters 10 auf gebaut.
7C zeigt den Stand der Technik, in welchem ein optisches Filter nur auf der Ausgangsseite des Zweistufenaufbaus vorgesehen ist. Ein kombiniertes optisches Filter ist zwischen einem optischen Nachstufenverstärker 8 und einem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen.
7D zeigt eine andere Einrichtung. Ein optischer Vorstufenverstärker 42, ein variabler optischer Dämpfer 28, ein erstes optisches Filter 6, ein optischer Nachstufenverstärker 8 und ein zweites optisches Filter 10 sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung eines optischen Signals zwischen einem Eingangsanschluss 2 und einem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen.
In diesem Experiment wurde die Leistung des Pumplichts in jedem optischen Vorstufenverstärker 42 auf 100 mW festgelegt, und die Leistung des Pumplichts in jedem optischen Nachstufenverstärker 8 wurde auf 150 mW festgelegt. Ferner wurde die Dämpfung in jedem variablen optischen Dämpfer 28 auf –12,7 dB festgelegt.
8A, 8B und 8C sind Graphen zum Zeigen der jeweiligen Kennlinien des in diesem Experiment verwendeten ersten optischen Filters 6, zweiten optischen Filters 10 und kombinierten optischen Filters 64. In jedem Graph repräsentiert die Vertikalachse eine Übertragungsdämpfung (dB), und die Horizontalachse repräsentiert die Wellenlänge (μm). Jedes der in diesem Experiment verwendeten Filter 6, 10 und 64 wurde mit einem Fasergitter oder Fasergittern versehen. Wie in 8A gezeigt, hat das erste optische Filter 6 eine derartige Kennlinie, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm bei relativ niedriger Verstärkung und Rauschzahl unterdrückt. Wie in 8B gezeigt, hat das zweite optische Filter 10 eine derartige Kennlinie, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Band von etwa 1,52 μm bis etwa 1,54 μm bei relativ hoher Verstärkung und Rauschzahl unterdrückt. Wie in 8C gezeigt, hat das kombinierte Filter 64 eine Kennlinie derart, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Band von etwa 1,52 μm bis etwa 1,56 μm unterdrückt.
9A, 9B, 9C und 9D sind Graphen zum Zeigen der Spektren des Ausgangslichts, das von den in 7A, 7B, 7C bzw. 7D gezeigten Aufbauten jeweils erhalten wird. In jedem Graph repräsentiert die Vertikalachse eine optische Leistung (dBm), und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge (μm). In diesem Experiment wurden optische WDM-Signale verwendet, erhalten durch Multiplexiernen optischer Wellenlängen optischer Signale in fünf Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen, die in einem Band von 1,52 bis 1,56 μm enthalten sind. Die Spitzenleistung des optischen Signals in jedem Kanal an jedem Eingangsanschluss 2 wurde auf –19,9 dBm festgelegt. In dem Experiment wurden eine minimale optische Ausgangsleistung P_min (dBm), eine optische Ausgangsleistungsabweichung (eine Abweichung zwischen einer maximalen optischen Ausgangsleistung und einer minimalen optischen Ausgangsleistung) ΔP (dB), eine maximale (schlechteste) Rauschzahl NF_max (dB) und eine Rauschzahlabweichung (eine Abweichung zwischen einer maximalen (schlechtesten) Rauschzahl und einer minimalen (besten) Rauschzahl) ΔNF (dB) in dem Aufbau jeder der 7A bis 7D gemessen. Die Ergebnisse der Messung wurden verglichen, wie in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Die folgenden Vorteile des Aufbaus der 7D sollten aus dem Vergleich der obigen Experimentergebnisse verstanden werden.

(1) Verglichen mit 7C wurde die Rauschzahlabweichung ΔNF um 0,54 (= 0,89 – 0,35) dB reduziert.
(2) Im Vergleich mit 7B wurde die maximale Rauschzahl NF_max um 0,62 (= 7,042 – 6,422) dB verbessert.
(3) Verglichen mit 7A wurde die optische Ausgangsleistungsabweichung ΔP um 4,26 (= 6,37 – 2,11) dB reduziert.
(4) Verglichen mit 7C wurde die minimale optische Ausgangsleistung P_min um 1,83 (= 3,35 – 1,52) dB verbessert.
(5) Verglichen mit 7C wurden die Rauschzahlen der optischen Signale in allen Kanälen verbessert (0,62 dB im Maximum).
(6) Verglichen mit 7C wurden die optischen Ausgangsleistungen der optischen Signale in allen Kanälen erhöht.

Demnach wurden die durch Anwenden des ersten Grundaufbaus erhaltenen technischen Vorteile zur letzten Stufe im Mehrstufenaufbau verifiziert.
In allen Aufbauten der 7A bis 7D war die minimale optische Ausgangsleistung P_min gegeben durch das optische Signal im zweitkürzesten Wellenlängenkanal der in dem Experiment verwendeten fünf Kanäle, und die maximale Rauschzahl NF_max war gegeben durch das optische Signal im kürzesten Wellenlängenkanal.
10 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Grundaufbaus der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Einrichtung hat einen Eingangsanschluss 2 zum Empfangen eines zu verstärkenden optischen Signals und einen Ausgangsanschluss 4 zum Ausgeben des verstärkten optischen Signals. Das optische Signal kann ein optisches Signal in einem Kanal einer einzigen Wellenlänge mit einer Möglichkeit der Wellenlängenvariationen sein oder kann ein optisches WDM-Signal sein, das durch Wellenlängenmultiplexierung einer Vielzahl optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen erhalten wird. Ein optisches Filter 66 und ein optischer Verstärker 8' sind in dieser Reihenfolge entlang der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals zwischen dem Eingangsanschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen. Das optische Filter 66 kann durch ein optisches Filter 66' ersetzt werden, das zwischen dem optischen Verstärker 8' und dem Ausgangsanschluss 4 vorgesehen ist. Der optische Verstärker 8' schließt ein optisch verstärkendes Medium 12 mit einem Eingangsende 12A und einem Ausgangsende 12B für das optische Signal ein und eine Pumpeinheit 14' zum Pumpen des optisch verstärkenden Mediums 12. In diesem Aufbau pumpt die Pumpeinheit 14' das optisch verstärkende Medium 12 derart, dass das optisch verstärkende Medium 12 eine im wesentlichen einfache Verstärkungskennlinie in einem vorbestimmten Band hat. Das optische Filter 66 oder 66' hat eine Kennlinie derart, dass es die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung, die durch die obige, im wesentlichen einfache Verstärkungskennlinie gegeben ist, unterdrückt. Als optisch verstärkendes Medium 12 kann eine dotierte Faser, die mit einem Dotierungsmittel einschließlich einem Selten-Erdenelement dotiert ist, verwendet werden. In diesem Fall schließt die Pumpeinheit 14' eine Pumplichtquelle zum Zuführen von Pumplicht mit einer geeigneten Wellenlänge und Leistung zu dem optisch verstärkenden Medium 12 von dem Eingangsende 12A und/oder dem Ausgangsende 12B des optisch verstärkenden Mediums 12 ein. In dem Fall, dass das vorbestimmte Band 1,55 μm einschließt, ist ein Dotierungsmittel einschließlich Er (Erbium) für die dotierte Faser geeignet. In diesem Fall ist das vorbestimmte Band beispielsweise durch eine Wellenlänge von 1,54 bis 1,56 μm vorbestimmt, und die Wellenlänge des Pumplichts ist in einem 0,98-μm-Band und/oder einem 1,48-μm-Band enthalten. Ein Halbleiterchip kann ebenfalls als optisch verstärkendes Medium 12 verwendet werden. In diesem Fall schließt die Pumpeinheit 14' eine Stromquelle ein zum Einprägen eines elektrischen Stroms in den Halbleiterchip.
11 ist eine Graphik zum Zeigen eines Beispiels der Verstärkungskennlinie des optischen Verstärkers 8' in dem Fall, dass das optisch verstärkende Medium 12 eine EDF (Erbium-dotierte Faser) einschließt. In 11 sind Spektren von Ausgangslicht gezeigt, wenn optische WDM-Signale in vier Kanälen mit Wellenlängen von 1548, 1551, 1554 und 1557 nm mit derselben Eingangsleistung in die gepumpte EDF eingegeben werden. In 11 repräsentiert die vertikale Achse eine optische Leistung (dBm), und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge (μm).
Das durch A gezeigte Spektrum entspricht dem Fall, in dem die Leistung des Pumplichts relativ hoch ist, was eine negative Verstärkungsneigung in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm verursacht. Das heißt, die negative Verstärkungsneigung ist eine Verstärkungsneigung derart, dass die Verstärkung mit Zunahme der Wellenlänge abnimmt, und die Ableitung der Verstärkung (G) in Bezug auf die Wellenlänge (λ) negativ ist (dG/dλ < 0).
Das durch C gezeigte Spektrum entspricht dem Fall, in welchem die Leistung des Pumplichtes relative niedrige ist, was eine positive Verstärkungsneigung in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm verursacht. Das heißt, die positive Verstärkungsneigung ist eine Verstärkungsneigung derart, dass die Verstärkung mit Zunahme der Wellenlänge zunimmt und die Ableitung der Verstärkung in Bezug auf die Wellenlänge positive ist (dG/dλ > 0).
Das durch B gezeigte Spektrum entspricht dem Fall, in welchem die Leistung des Pumplichtes optimal ist, so dass keine Neigung in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm verursacht wird und die Ableitung der Verstärkung in Bezug auf die Wellenlänge null ist (dG/dλ = 0).
Jedes Spektrum hat eine solche Form, dass vier scharfe Spektren entsprechend den optischen Signalen in den vier Kanälen einem ASE-Spektrum überlagert werden.
Ferner werden in jedem Spektrum in einem Wellenlängen kürzer als 1,54 μm einschließenden Band komplexe Verstärkungskennlinien erzeugt, wohingegen im wesentlichen einfache Verstärkungskennlinien erhalten werden in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm. Beispielsweise in dem Fall, dass WDM in einem System einschließlich eines optischen Verstärkers angewendet wird und wenn die Verstärkungsneigung im optischen Verstärker verursacht wird, begrenzt eine Verstärkungsabweichung zwischen Kanälen eine Sendedistanz. Demnach ist es wünschenswert, die Antriebsbedingungen des optischen Verstärkers derart zu optimieren, dass immer das von B gezeigte Spektrum erhalten wird. Als eine konventionelle Maßnahme zum Beibehalten des Spektrums, wie es durch B gezeigt wird zum Eliminieren von Verstärkungsneigung, wird die Verstärkung eines optischen Verstärkers überwacht und die Leistung des Pumplichts wird derart rückkopplungsgesteuert, dass ein überwachter Wert der Verstärkung konstant wird. Jedoch ist die Leistung des Pumplichts zum Eliminieren von Verstärkungsneigung hoch und eine kostengünstige Hochleistungs-Pumplichtquelle ist erforderlich zum Eliminieren von Verstärkungsneigung nur durch das Steuern der Pumplichtleistung.
In dem Grundaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Steuerung der Verstärkungskennlinie des optisch verstärkenden Mediums 12 und die Verwendung optischer Filter 66 oder 66' kombiniert. Demgemäß kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung mit niedriger Pumpleistung unterdrückt werden (z.B. niedrige Pumplichtleistung). Beispielsweise wird das optisch verstärkende Medium 12 durch die Pumpeinheit 14' derart gepumpt, dass es eine positive Verstärkungsneigung in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm hat, wie durch C in 11 gezeigt. In diesem Fall wird der Kennlinie des optischen Filters 66 oder 66' eine Dämpfungsneigung derart gegeben, dass die Dämpfung mit Zunahme der Wellenlänge zunimmt. Demgemäß kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung mit niedriger Pumplichtleistung unterdrückt werden.
12 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer bevorzugten Ausführungsform der in 10 gezeigten Einrichtung. Diese bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 6 gezeigten Ausführungsform in den folgenden Punkten.

(1) Der optische Verstärker 8' gemäß dem Grundaufbau der vorliegenden Erfindung ist statt des optischen Verstärkers 8 gemäß dem ersten Grundaufbau vorgesehen.
(2) Da die in 12 gezeigte bevorzugte Ausführungsform auf der Prämisse beruht, dass optische Signale mit in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm enthaltenen Wellenlängen verwendet werden, ist anstelle des in dem ersten Grundaufbau verwendeten optischen Filters 6 ein Sperrfilter 68 mit einem in ein 1,53-μm-Band (z.B. 1,52 bis 1,54 μm) fallenden Sperrband vorgesehen.
(3) Das optische Filter 66' gemäß dem Grundaufbau der vorliegenden Erfindung ist statt des in dem ersten

Grundaufbau verwendeten zweiten optischen Filters 10 vorgesehen.
In dem optischen Verstärker 8' ist ein mit einer Pumplichtquelle 20 verbundener WDM-Koppler 22' zwischen einem zweiten Ende 18B einer EDF 18 und einem optischen Isolator 26 vorgesehen, um von der Pumplichtquelle 20 ausgegebenes Pumplicht der EDF 18 vom zweiten Ende 18B aus zuzuführen. Die Leistung des von der Pumplichtquelle 20 auszugebenden Pumplichts wird derart gesteuert, dass im wesentlichen einfache, in der EDF 18 erzeugte Verstärkungskennlinien durch eine AGC-Schaltung 34 konstant gehalten werden. Insbesondere stimmt die AGC-Schaltung 34 die Leistung des Pumplichtes derart ab, dass das Verhältnis zwischen dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel des optischen Verstärkers 8' oder des kombinierten optischen Verstärkers 8' und optischen Filters 66' konstant wird.
Ein Beispiel der von der AGC-Schaltung 34 konstant gehaltenen Verstärkungskennlinie wird nun unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Durch die gezeigte Verstärkungskennlinie wird dem optischen Verstärker 8' eine Verstärkungsneigung derart verliehen, dass die Verstärkung mit zunehmender Wellenlänge zunimmt. In 13 repräsentiert die vertikale Achse eine optische Leistung (dBm) und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge (nm). Dieses Beispiel verwendet optische WDM-Signale, die durch Wellenlängen-Multiplexierung optischer Signale in acht Kanälen erhalten werden. Die Wellenlängen der individuellen optischen Signale sind 1546,12; 1547,72; 1549,32; 1550,92; 1552,52; 1554,13; 1555,75 und 1557,36 nm. Die Abweichung zwischen einer minimalen optischen Leistung und einer maximalen optischen Leistung ist 1,16 dB. Demgemäß ist die Verstärkungsneigung in einem Band von 1546 bis 1557 nm etwa 0,1 dB/nm. Die minimale optische Leistung wird durch die kürzeste Wellenlänge bereitgestellt, und die maximale optische Leistung wird durch die längste Wellenlänge bereitgestellt. Die Verstärkungsneigung ist im wesentlichen linear (die Verstärkung ist in dB angegeben).
Die in 12 gezeigte AGC-Schaltung 34 steuert die Leistung des von der Pumplichtquelle 20 auszugebenden Pumplichtes derart, dass die Verstärkungsneigung, wie sie beispielsweise in 13 gezeigt ist, beibehalten wird. Demgemäß kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung durch Anwenden der AGC-Schaltung 34 aufgrund der Tatsache stabil unterdrückt werden, dass das optische Filter 66' zum Unterdrücken der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung eine feste Kennlinie hat. Speziell hat das optische Filter 66' eine Dämpfungsneigung derart, dass die Dämpfungsneigung die unter Bezugnahme auf 13 beschriebene Verstärkungsneigung unterdrückt (vorzugsweise auslöscht).
Es wird Bezug genommen auf 14, in welcher ein Beispiel der Kennlinie des optischen Filters 66' gezeigt ist. In 14 repräsentiert die vertikale Achse eine Übertragungsdämpfung (dB) und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge (nm). Das optische Filter 66' hat eine derartige Kennlinie, dass die Dämpfung mit Zunahme der Wellenlänge in einem Band von etwa 1,54 μm bis etwa 1,56 μm zunimmt und die Dämpfungsneigung etwa 0,1 dB/nm ist. Demgemäß kann die Verstärkungsneigung des optischen Filters 8' durch die Dämpfungsneigung des optischen Filters 66' ausgelöscht werden.
In der in 12 gezeigten bevorzugten Ausführungsform können sowohl das Sperrfilter 68 als auch das optische Filter 66' durch ein Fasergitter bereitgestellt werden.
15 ist eine Graphik zum Zeigen des Zusammenhangs zwischen erforderlicher Pumplichtleistung, Rauschzahl (NF) und Neigung (Dämpfungsneigung) eines optischen Filters im Grundaufbau der vorliegenden Erfindung in dem Fall, dass das optische Filter auf der Ausgangsseite vorgesehen ist, d.h., in dem Fall, dass das optische Filter 66' verwendet wird. In 15 repräsentiert die vertikale Achse erforderliche Pumplichtleistung (mW) und Rauschzahl (dB) und die horizontale Achse repräsentiert die Neigung (dB/nm). Die erforderliche Pumplichtleistung bedeutet hier eine Pumplichtleistung, die erforderlich ist zum Eliminieren einer Verstärkungsleistung in der gesamten Einrichtung.
Den in 15 gezeigten Graphen liefernde Daten wurden durch ein Experiment und eine Simulation unter Verwendung des Aufbaus gemäß der in 12 gezeigten bevorzugten Ausführungsform erhalten. Für die Berechnungen in der Simulation wurden ein Analysemodell und Analyseverfahren verwendet, auf die Bezug genommen wird in C.R. Gailes, E. Desurvire, "Modeling Erbium-Doped Fiber Amplifiers", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Band 9, Nr. 2, 1991. Die Berechnungen wurden an einer Pumplichtleistung ausgeführt, die erforderlich ist zum Glätten der Verstärkung zwischen der kürzesten Wellenlänge und der längsten Wellenlänge und der Rauschzahl entsprechend der erforderlichen Pumplichtleistung unter der Bedingung, dass die Länge der EDF zum Erhalten eines gegebenen Ausgangswertes (+6,0 dBm/ch bzw. dBm pro Knal) optimiert worden ist.
In 15 korrespondiert eine Neigung von null mit dem Fall, in welchem das optische Filter 66' nicht verwendet wurde. In diesem Fall war die erforderliche Pumplichtleistung etwa 250 mW. Demgebenüber wurde bestätigt, dass die erforderliche Pumplichtleistung in der rückwärtigen Stufe als Leistungsverstärkungsabschnitt durch die Verwendung des optischen Filters 66' mit einer Neigung von 0,05 bis 0,2 dB/nm um 40% oder mehr reduziert war. Wenn die Neigung zu gering ist, ist die Wirkung des Reduzierens der erforderlichen Pumplichtleistung gering, wohingegen, wenn die Neigung zu groß ist, die Rauschzahl hoch ist oder die erforderliche Länge der EDF groß ist. Demnach liegt die Neigung vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 0,1 dB/nm.
Folglich kann durch Pumpen der EDF mit einer relativ Pumplichtleistung, um eine Verstärkungsneigung derart zu erzeugen, dass die Verstärkung mit Zunahme der Wellenlänge zunimmt, und durch Verwenden des optischen Filters, das eine Dämpfungsneigung derart bereitstellt, dass die Dämpfung mit zunehmender Wellenlänge zunimmt, wobei die Dämpfungsneigung in geeigneter Weise festgelegt wird, die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung ohne eine Verschlechterung der Rauschzahl unterdrückt werden.
16 zeigt den Zusammenhang zwischen erforderlicher Pumplichtleistung, Rauschzahl und Neigung (Dämpfungsneigung) eines optischen Filters in dem Grundaufbau der vorliegenden Erfindung, in dem Fall, dass das optische Filter auf der Eingangsseite vorgesehen ist, d.h. in dem Fall, dass das optische Filter 66 verwendet ist. Wenn verglichen mit 15, ist die erforderliche Pumplichtleistungs-Reduzierungswirkung (Pumpeffizienzverbesserungswirkung) größer, aber die Verschlechterung der Rauschzahl ist größer. Die Neigung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,1 dB/nm aus Gründen ähnlich den unter Bezugnahme auf 15 erwähnten.
Demgemäß ist in einer Ausführungsform des Grundaufbaus der vorliegenden Erfindung, wenn die Betonung auf die erforderliche Pumplichtleistungsreduzierwirkung gelegt wird, das optische Filter 66 vorzugsweise auf der Eingangsseite des optischen Verstärkers 8' vorzusehen, wohingegen, wenn die Betonung auf die Rauschkennlinie gelegt wird, das optische Filter 66' vorzugsweise auf der Ausgangsseite des optischen Verstärkers 8' vorzusehen ist.
Beim Umsetzen der vorliegenden Erfindung wird in geeigneter Weise ein Fasergitter als ein jeweiliges optisches Filter verwendet. Durch Verwenden des Fasergitters können viele der oben erwähnten Erfordernisse (a) bis (f) erfüllt werden.
In dem Fall, dass der Brechungsindex des optischen Mediums (z.B. Glass) sich permanent durch Lichteinstrahlung ändert, wird das Medium photosensitiv genannt. Durch Verwenden dieser Eigenschaft kann ein Fasergitter im Kern der optischen Faser vorbereitet werden. Die Eigenschaft des Fasergitters ist, dass es eine Bragg-Reflektion des Lichts in einem Band in der Nähe einer durch einen Gitterabstand und einen wirksamen Brechungsindex eines Fasermodus bestimmten Resonanzwellenlänge vornimmt. Ein Fasergitter kann beispielsweise durch Bestrahlen einer optischen Faser mit einem Excimer-Laser unter Verwendung einer Phasenmaske vorbereitet werden, der bei 248 nm oder 193 nm oszilliert.
Zum Beispiel kann die in 8A und 8B gezeigte Kennlinie durch Anwenden eines Chirp-Verfahrens zum Vorbereiten eines Fasergitters erhalten werden. Bei dem Chirp-Verfahren wird ein Gitterabstand in Übereinstimmung mit einer geeigneten Verteilung festgelegt, hierdurch gewünschte Eigenschaften erhaltend. Tatsächlich wurde verifiziert, dass das Fasergitter gemäß 8B Eigenschaften bereitstellen kann, wie in einem Band von 1528 bis 1562 nm entworfen.
Zum Verifizieren, dass die Temperaturkennlinie des Fasergitters gut ist, wurde ein Experiment an dem Sperrfilter 68 und dem optischen Filter 66' (66) durchgeführt, die in 12 gezeigt sind. Jedes geprüfte Fasergitter wurde für eine längere Zeitdauer Umgebungen bei 23,3°C, 91,2°C und
–5,4°C in dieser Reihenfolge ausgesetzt, und an verschiedenen Punkten wurden Messungen vorgenommen. Bezüglich des Sperrfilters war eine Wellenlängenänderung, die eine minimale Ausgangsgröße im Sperrband zeigte, 1,19 (nm) und in Bezug auf das optische Filter 66' (66) sind weitgehend keine Änderungen in der Neigung und der Einfügedämpfung beobachtet worden.
Ein Fasergitter kann zum Aufbauen einer optischen Schaltung direkt an eine optische Faser gespliced werden, und eine Splice-Dämpfung ist etwa 0,1 dB. Daher ist die Einfügedämpfung durch das Fasergitter niedrig.
Die Polarisationsabhängigkeit des Fasergitters und die Temperaturabhängigkeit der Polarisationsabhängigkeit des Fasergitters wurden unter Verwendung einer Lichtquelle und eines Polarisationscontrollers gemessen. Als ein Ergebnis wurden diese Abhängigkeiten kaum wahrgenommen.
In dem Fall, dass die Bandbreite eines optischen Signals 30 nm ist und die geeignete Gitterlänge des Fasergitters 30 nm ist, wird eine optische Verzögerung von 4,8 ps/nm geschätzt. Demgemäß kann behauptet werden, dass die chromatische Dispersion durch das Fasergitter in der praktischen Anwendung ausreichend gering ist. Jedoch, wenn diese Verzögerung in der Hochgeschwindigkeitsverzögerung akkumuliert wird, besteht die Möglichkeit, dass die akkumulierte Verzögerung eine Toleranz überschreiten kann. Eine Vorrichtung zum Eliminieren dieser Möglichkeit wird nachstehend beschrieben.
In dem Fall, dass das Fasergitter durch ein Chirp-Verfahren vorbereitet ist, wird das reflektierte Licht aufgrund der Tatsache, dass jedes Gitter senkrecht zur Faserachse verläuft, zu einem wellenleitergeleiteten Modus. Als ein Ergebnis besteht in dem Fall, dass mehrere Fasergitter kaskadiert sind, um gewünschte Eigenschaften zu erhalten, eine Möglichkeit, dass Eigenschaften wie sie entworfen werden nicht durch die Wirkung des reflektierten Lichts erhalten werden können. Ferner besteht, selbst wenn die Eigenschaften wie entworfen erhalten werden können durch ein einzelnes Fasergitter, eine Möglichkeit, dass gewünschte Verstärkungseigenschaften nicht erhalten werden können, weil reflektiertes Licht zurückgeworfen wird zu einem optisch verstärkenden Medium, das optisch mit dem Fasergitter verbunden ist. Um eine solche Möglichkeit auszuschließen, ist die Verwendung eines optischen Isolators wirksam. Jedoch verursacht die Verwendung eines optischen Isolators Komplikationen und eine Vergrößerung der Ausmaße des Einrichtungsaufbaus.
Durch Anwendung eines Blaze-Verfahrens oder eines Langperiodenverfahrens zum Erhalten eines Fasergitters kann das reflektierte Licht wirksam entfernt werden. Bei dem Blaze-Verfahren wird jedes Gitter zu der Faserachse geneigt, hierdurch das reflektierte Licht aus der Faser ausschließend. In dem Langperiodenverfahren wird ein Gitterabstand auf einen relativ großen Wert festgelegt, hierdurch das reflektierte Licht entfernend.
Zusätzliche Einzelheiten des Chirp-Verfahren, des Blaze-Verfahrens und des Langperiodenverfahrens sind in Yu Liu et al., "Analysis of Long-period and Short-period Fiber Bragg Gratings by Phase Matching Condition" bzw. "Analyse von Langperioden- und Kurzperioden-Bragg-Fasergittern durch Phasenvergleichsverfahren", SPIE, Band 2893, Seiten 441-447 und P. StJ. Russel et al., "Fiber Gratings" bzw. "Fasergitter", Physics World, Oktober 1993, Seiten 41-46 beschrieben.
17 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses System schließt eine erste Anschlussstation 70 ein, eine zweite Anschlussstation 72, eine Wellenleiterübertragungsleitung 74, die die Anschlussstationen 70 und 72 verbindet, und eine Vielzahl von (in dieser bevorzugten Ausführungsform zwei) optischen Zwischenverstärkern bzw. Repeatern 76, die in dem Lichtwellenleiter 74 vorgesehen sind. Jeder optische Zwischenverstärker 76 schließt eine Einrichtung 78 gemäß dem Grundaufbau der vorliegenden Erfindung ein. Ein einzelner optischer Zwischenverstärker 76 kann stattdessen verwendet werden. Die erste Anschlussstation 70 schließt eine Vielzahl von optischen Sendern (OS) 80 (#1 bis #n) ein zum jeweiligen Ausgeben einer Vielzahl optischer Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen und einen optischen Multiplexer (MUX) 82 zur Wellenlängen-Multiplexierung der Vielzahl optischer Signale zum Erhalten von optischen WDM-Signalen und ihrem Ausgeben zu der Wellenleiterübertragungsleitung 74. Die zweite Anschlussstation 72 schließt einen optischen Demultiplexer (DMUX) 84 ein zum Trennen der optischen WDM-Signale, die von der Wellenleiterübertragungsleitung 74 übertragen worden sind, in eine Vielzahl optischer Signale, und eine Vielzahl von optischen Empfängern 86 (#1 bis #n) zum jeweiligen Empfangen der Vielzahl optischer Signale.
Mit diesem Aufbau können Verluste der optischen WDM-Signale durch den oder die optischen Zwischenverstärker 76, die in der Wellenleiterübertragungsleitung 74 vorgesehen sind, kompensiert werden, hierdurch eine Langstreckenübertragung ermöglichend. Zum Erzielen dieser Wirkung kann die erste Anschlussstation 70 einen optischen Verstärker als Booster-Verstärker bzw. Nachverstärker haben, und die zweite Anschlussstation 72 kann einen optischen Verstärker als Vorverstärker haben. Speziell, da jeder optische Zwischenverstärker 76 die Einrichtung 78 gemäß der vorliegenden Erfindung hat, kann die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Verstärkung in jedem optischen Zwischenverstärker 76 unterdrückt werden, und die durch die Verstärkungsverschlechterung bedingte Einschränkung der Übertragungsdistanz kann reduziert werden. Wenn der Grundaufbau der vorliegenden Erfindung auf jede Einrichtung 78 angewendet wird, kann die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung unter der Bedingung niedriger Pumplichtleistung in jeder Einrichtung 78 unterdrückt werden, den Aufbau eines hochzuverlässigen Systems mit geringen Kosten ermöglichend.
In dem Fall der Verwendung eines Fasergitters als jeweiliges optisches Filter, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben verwendet werden, tritt eine Verzögerung von etwa 4,8 ps/nm in jedem Fasergitter auf. In dem Fall, dass der erste Grundaufbau auf jede Einrichtung 78 in dem in 17 gezeigten System angewendet wird und dass die Anzahl von Einrichtungen 78 beispielsweise neun ist, wird eine Gesamtdispersion 86,4 ps/nm (= 4,8 ps/nm × 2 × 9), weil jede Einrichtung 78 zwei optische Filter einschließt. In einem System, auf das eine externe Modulation von 10 Gbit/s angewendet wird, ist eine Grenze chromatischer Dispersion etwa 750 ps/km/nm. In diesem Fall wird die obige Dispersion von 86,4 ps/nm etwa 12% des obigen Grenzwertes und übersteigt eine Toleranz.
Der erste Grundaufbau ist wirksam beim Reduzieren oder idealerweise Zunullsetzen der Dispersion in jeder Einrichtung 78 oder im Handhaben der gesamtchromatischen Dispersion in dem in 17 gezeigten System. Dies wird nun spezieller diskutiert werden.
In dem Fall der Verwendung eines Fasergitters als jedes optische Filter kann das Vorzeichen (positiv oder negativ) der chromatischen Dispersion in Übereinstimmung mit der Einfügerichtung des Fasergitters wie in 18A und 18B gezeigt ausgewählt werden. Angenommen, dass dem Fasergitter Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen λA und λB zugeführt wird und dass eine positive chromatische Dispersion in 18A erhalten wird, kann wegen der Differenz in der Bragg-Reflexionsposition eine negative chromatische Dispersion durch das Fasergitter durch Umkehren der Einfügerichtung des Fasergitters erhalten werden, wie in 18B gezeigt.
Demgemäß kann in dem Fall, dass der erste Grundaufbau auf jede in 17 gezeigte Einrichtung 78 angewendet wird, die chromatische Dispersion in jeder Einrichtung 78 durch Festlegen des Vorzeichens einer durch das erste, in 1 gezeigte optische Filter 6 gelieferten chromatischen Dispersion und das Vorzeichen einer zweiten, durch das in 1 gezeigte zweite optische Filter 10 gelieferten chromatischen Dispersion, die zueinander unterschiedlich sind, reduziert werden. Speziell kann durch weitgehendes Gleichmachen der Absolutwerte der ersten und zweiten chromatischen Dispersionen zueinander die chromatische Dispersion in jedem Fasergitter ausgelöscht werden, um hierdurch die chromatische Dispersion in jeder Einrichtung 78 im wesentlichen zu Null zu machen. Entsprechend kann in einem System, das bereits ein Organisationsverfahren zum Organisieren der chromatischen Dispersion in der Wellenleiterübertragungsleitung 74 zwischen den Anschlussstationen 70 und 72 verwendet, um hierdurch eine durch die chromatische Dispersion bedingte Verschlechterung der Übertragungseigenschaften zu vermeiden, das existierende Organisationsverfahren für die chromatische Dispersion unverändert angewendet werden durch Festlegen der chromatischen Dispersion in jeder Einrichtung 78 auf im wesentlichen null.
Das Organisieren der chromatischen Dispersion bedeutet hierbei das Festlegen der gesamtchromatischen Dispersion zwischen den Anschlussstationen 70 und 72 auf einen vorbestimmten Wert oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
In dem Fall, dass das Organisieren der chromatischen Dispersion in der Wellenleiterübertragungsleitung 74 zwischen den Anschlussstationen 70 und 72 nicht ausreichend ist, kann das Organisieren der chromatischen Dispersion durch Festlegen des Vorzeichens der ersten und zweiten chromatischen Dispersionen gleich zueinander und positives Auslöschen der chromatischen Dispersion in der Wellenleiterübertragungsleitung 74 durch die chromatische Dispersion in jeweiligen Einrichtungen 78 (die Summe der ersten und zweiten chromatischen Dispersionen) durchgeführt werden. Beispielsweise werden in einer Vielzahl von Stützweiten der Wellenleiterübertragungsleitung 74 die Vorzeichen der chromatischen Dispersionen in der Vielzahl von Stützweiten aufgrund von Änderungen in der Herstellungstechnik des Lichtwellenleiters und Schwankungen in der optischen Signalwellenlänge unterschiedlich zueinander. Als ein Ergebnis wird in dem Fall, dass das Vorzeichen der gesamtchromatischen Dispersion in der Wellenleiterübertragungsleitung 74 positiv ist, das Vorzeichen der chromatischen Dispersion in jeder Einrichtung 78 negativ festgelegt werden.
Zum Verhindern einer Schwingungsformverschlechterung bedingt durch einen nichtlinearen Effekt in einer Faser, wie z.B. Selbstphasenmodulation (SPM), wird manchmal eine vorbestimmte chromatische Dispersion lokal oder allgemein zwischen den Anschlussstationen 70 und 72 vorbestimmt. Auch in einem solchen Fall kann ein gewünschter Wert der chromatischen Dispersion in jeder Einrichtung 78 festgelegt werden.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Verfahren, eine Einrichtung oder ein System bereitzustellen, die eine niedrige Rauschzahl erhalten und die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung unterdrücken können. Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung auch möglich, ein Verfahren, eine Einrichtung oder ein System bereitzustellen, welche die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung unter der Bedingung einer niedrigen Pumpleistung (z.B. niedrige Pumplichtleistung) für ein optisch verstärkendes Medium unterdrücken können.

Claims

Eine Vorrichtung, umfassend: ein optisches Verstärkungsmedium (12), das ein Eingangsende (12A) und ein Ausgangsende (12B) für ein optisches Signal aufweist; ein optisches Filter (6, 10), das optisch mindestens mit dem Eingangsende oder dem Ausgangsende des optischen Verstärkungsmedium (12) verbunden ist; und Mittel (14) zum Pumpen des optischen Verstärkungsmediums; wobei das optische Verstärkungsmedium (12) im Wesentlichen unterschiedliche einfache Verstärkungseigenschaften mit unterschiedlichen Vorzeichen der Verstärkungssteigung bei unterschiedlichen Pumplichtleistungen in einem vorbestimmten Band aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das optische Filter eine der Verlusteigenschaft entgegengesetzte Verstärkungseigenschaft bei der kleinsten Pumplichtleistung der unterschiedlichen Pumplichtleistungen in dem vorbestimmten Band aufweist, so dass das optische Filter (6, 10) Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem vorbestimmten Band unterdrückt; und die Mittel (14) zum Pumpen angeordnet sind, um das optische Verstärkungsmedium (12) mit der kleinsten Pumplichtleistung zu pumpen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das optische Verstärkungsmedium (12) eine dotierte Faser umfasst, die mit einer Dotiersubstanz dotiert ist, die ein Seltenerde-Element enthält; und die Pumpmittel (14) eine Pumplichtquelle zum Ausgeben von Pumplicht und einen optischen Koppler (22) zum Zuführen des Pumplichtes zum optischen Verstärkungsmedium (12) von mindestens dem Eingangsende (12A) oder dem Ausgangsende (12B) umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die Dotiersubstanz Er (Erbium) enthält; und das vorbestimmte Band bei Wellenlängen von 1,54 μm bis 1,56 μm bereitgestellt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Pumplicht eine Wellenlänge aufweist, die mindestens in einem 0,98 μm-Band oder einem 1,48 μm-Band enthalten ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei: die im Wesentlichen einfachen Verstärkungseigenschaften eine Verstärkungsneigung geben, so dass die Verstärkung sich mit einer Vergrößerung der Wellenlänge vergrößert; und die Eigenschaften des optischen Filters (6, 10) eine Verlustneigung geben, so dass der Verlust sich mit der Vergrößerung der Wellenlänge vergrößert.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Verlustneigung im Bereich von 0,05 bis 0,1 dB/nm ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend Steuerungsmittel zum Steuern der Leistung des Pumplichtes, so dass die im Wesentlichen einfachen Verstärkungseigenschaften konstant gehalten werden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerungsmittel (34) Mittel zum Ermitteln eines Eingangslevels (32) und eines Ausgangslevels (38) der Vorrichtung und Mittel (34) zum Einstellen der Leistung des Pumplichtes umfasst, so dass das Verhältnis zwischen dem Eingangslevel und dem Ausgangslevel konstant wird.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Filter (6, 10) ein Fasergitter umfasst.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Signal optische WDM Signale umfasst, die durch das Wellenlänge-Multiplex-Verfahren einer Vielzahl von optischen Signalen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, erhalten werden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das optische Verstärkungsmedium (12) eine dotierte Faser ist, die mit einer Er (Erbium) enthaltenden Dotiersubstanz dotiert ist; und die Pumplichtleistung der Mittel (14) zum Pumpen der dotierten Faser angepasst ist, so dass die dotierte Faser eine Verstärkungsneigung aufweist, so dass die Verstärkung sich mit einer Vergrößerung der Wellenlänge in dem vorbestimmten Band vergrößert.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das vorbestimmte Band bei Wellenlängen von 1,54 μm bis 1,56 μm bereitgestellt ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: erste (70) und zweite (72) Endgerätestationen; und eine optische Faserübertragungsleitung (74), die die erste (70) und zweite (72) Endgerätestationen verbindet; die erste Endgerätestation (70), die eine Vielzahl von optischen Sendern (80) zum jeweiligen Ausgeben einer Vielzahl von optischen Signalen umfasst, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, und ein optischer Multiplexer (82) zum Wellenlängen-Multiplexen der Vielzahl der optischen Signale, um optische WDM Signale zu erhalten, und Ausgeben der optischen WDM Signale an die optische Faserübertragungsleitung (72); die zweite Endgerätestation (74), die einen optischen Demultiplexer (84) zum Separieren der optischen WDM Signale in eine Vielzahl von optischen Signalen umfasst, die durch die optische Faserübertragungsleitung (74) übertragen werden, und eine Vielzahl von optischen Empfängern (86) zum jeweiligen Empfangen der Vielzahl der optischen Signale; mindestens einen optischen Zwischenverstärker (76), der in der optischen Faserübertragungsleitung bereitgestellt ist, die das optische Verstärkungsmedium (12) enthält, die Mittel zum Pumpen (14) des optischen Verstärkungsmediums und das optische Filter (6, 10).