EP0898798A1 - Optical fibre amplifier for wavelength multiplex operation - Google Patents

Optical fibre amplifier for wavelength multiplex operation

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EP0898798A1
EP0898798A1 EP97949971A EP97949971A EP0898798A1 EP 0898798 A1 EP0898798 A1 EP 0898798A1 EP 97949971 A EP97949971 A EP 97949971A EP 97949971 A EP97949971 A EP 97949971A EP 0898798 A1 EP0898798 A1 EP 0898798A1
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EP
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amplifier
ovl
gain
constant
fiber amplifier
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EP97949971A
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Peter Krummrich
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H04B10/294—Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation
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    • H04B2210/003—Devices including multiple stages, e.g., multi-stage optical amplifiers or dispersion compensators

Definitions

  • the invention relates to a fiber amplifier for wavelength division multiplexing.
  • Wavelength division multiplexing offers the possibility of increasing the transmission capacity of optical transmission systems.
  • fiber amplifiers are provided, which usually amplify all signals transmitted in different channels together.
  • the amplifiers In order to avoid differences in quality in the transmitted signals as much as possible, the amplifiers must amplify in all channels as equally as possible: in the wavelength range used, therefore, have a flat “gain spectrum” (a uniform amplification).
  • the total power at the output of an amplifier is usually kept constant with the aid of a control loop. If, however, the sections of the route between the amplifiers have different attenuations, then the amplifiers are operated with different input powers and therefore with different amplifications in order to keep the output power constant. Without additional measures, however, the required flat gain spectrum then "tilts", i.e. that different amplifications occur for different wavelengths, so that the flat gain spectrum (gain) plotted over the wavelength rotates
  • Tilts This is the case with fiber amplifiers that are doped with ions from the rare earth group.
  • the problem of this gain spectrum tilting is kept within limits by restricting the permissible signal power range at the inputs of the optical fiber amplifiers. If the signal levels at the inputs of the individual amplifiers deviate only slightly from one another, the resulting level deviations between the individual channels can usually still be compensated for by system reserves at the end of a transmission path.
  • the object of the invention is to provide a fiber amplifier whose gain spectrum practically does not change in the wavelength range used with different input powers.
  • the use of two amplifier stages connected in a chain is particularly advantageous, an attenuator being inserted between the amplifier stages.
  • an attenuator By connecting the amplifier stages in series, a higher gain can be achieved and a large input power range can be processed.
  • a constant input level is fed to the second amplifier and through the attenuator, so that the output level can be controlled both for a constant gain and for a constant output signal.
  • the gain With the controllable attenuator, the gain can be kept constant at different input powers, so that the output spectrum does not tilt (gain tilt).
  • the gain (gain) of both amplifier stages is designed so that compensate for their drop in profits as much as possible. A desired tilt can also be set.
  • the use of at least two separate amplifier stages enables very favorable noise characteristics, since the first optical amplifier can be optimized with regard to noise.
  • the arrangement of the attenuator between the amplifiers has the advantage that only the lower output power of the first optical amplifier is attenuated and less power losses occur than when the attenuator is attached to the output of the second optical amplifier. This arrangement is also favorable with regard to the noise behavior.
  • more than two amplifier stages can also be provided. Additional controllable attenuators can be inserted between these additional amplifier stages.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 shows the basic circuit diagram of a regulated amplifier stage.
  • FIG. 1 shows the series connection of a first optical amplifier stage OV1, a controllable attenuator DG, an optical filter OF and a second optical amplifier stage 0V2 shown.
  • An optical signal OS fed to the input 1 of the series circuit is amplified by a constant factor and then reduced to a constant level by the controllable attenuator DG.
  • the second optical amplifier stage amplifies this signal (mostly) to a desired constant output level, which is present at output 2.
  • both the output level and the gain can be regulated to a constant value. Due to the constant gain (amplification), there is no tilting (distortion) of the gain spectrum (signal spectrum). Any remaining deviations of the resulting output spectrum of the entire amplifier from the ideal flat profile can be compensated for with the aid of a fixed filter inserted between the amplifiers.
  • HP8158B from HEWLETT PACKARD are well-known industrial products.
  • a controllable optical amplifier stage OV is shown in FIG.
  • the amplifier part consists of a pump coupler PK, via which pump radiation from a pump laser PL is coupled, and a doped fiber FA.
  • the input power at input E is measured via a first coupler KOI and an optical receiver OE1; via a second one arranged at the output A of the optical amplifier
  • Coupler K02 and a second optical receiver 0E2 the output power is measured and, after the attenuation of the corresponding electrical signal in an attenuator KD, compared with the input power in a laser control LS.
  • the pump laser PL is readjusted accordingly so that the gain (gain) is constant. It can both the total output power as well - if appropriate selective evaluation - the power of a particular signal can be used for control.
  • the control can be modified in the second optical amplifier of the circuit shown in FIG. Both a comparison between the input power and a constant output value and the output power with a constant reference value can be compared, i.e. the output variable is kept constant.
  • regulation of the second amplifier stage can be dispensed with, since its input signal is constant and the amplification can be set to be sufficiently constant via the pump laser.
  • the entire fiber amplifier is optimized with regard to its noise behavior, in particular by optimizing its first amplifier stage with regard to its noise behavior as part of the required amplification.
  • the noise behavior deteriorates somewhat again due to the attenuator, this effect is negligible due to the gain of the first amplifier stage, which clearly exceeds the attenuation.
  • a further amplifier stage can also be connected upstream or downstream of the fiber amplifier shown in FIG. 1, further controllable attenuators and optical filters being inserted if necessary.

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Abstract

The invention concerns a fibre amplifier with two amplifier stages (OV1, OV2) connected in series, a controllable optical attenuation member (OD) and an optical filter (OF) being connected between the amplifier stages. Both amplifier stages are controlled with respect to a constant amplification, and the optical attenuation member (OD) is controlled with respect to a constant output level.

Description

Beschreibungdescription
Optischer Faserverstärker für Wellenlängen-MultiplexbetriebOptical fiber amplifier for wavelength division multiplexing
Die Erfindung betrifft einen Faserverstärker für Wellenlängen-Multiplexbetrieb .The invention relates to a fiber amplifier for wavelength division multiplexing.
Der Wellenlängen-Multiplexbetrieb bietet die Möglichkeit, die Übertragungskapazität von optischen Übertragungssystemen zu erhöhen. Zum Ausgleich der Dämpfung sind Faserverstärker vorgesehen, die üblicherweise sämtliche in unterschiedlichen Kanälen übertragenen Signale gemeinsam verstärken.Wavelength division multiplexing offers the possibility of increasing the transmission capacity of optical transmission systems. To compensate for the attenuation, fiber amplifiers are provided, which usually amplify all signals transmitted in different channels together.
Das Prinzip eines Faserverstärkers ist in „Glasfaser bis ins Haus", Herausgeber W. Kaiser, Springer Verlag, Seite 62 und 63 beschrieben.The principle of a fiber amplifier is described in "Glass fiber into the house", publisher W. Kaiser, Springer Verlag, pages 62 and 63.
Um Qualitätsunterschiede bei den übertragenen Signalen mög- liehst zu vermeiden, müssen die Verstärker in allen Kanälen möglichst gleich verstärken: Im genutzten Wellenlängenbereich also ein flaches „Gewinnspektrum" (eine gleichmäßige Verstärkung) aufweisen.In order to avoid differences in quality in the transmitted signals as much as possible, the amplifiers must amplify in all channels as equally as possible: in the wavelength range used, therefore, have a flat “gain spectrum” (a uniform amplification).
Üblicherweise wird die Summenleistung am Ausgang eines Verstärkers mit Hilfe eines Regelkreises konstant gehalten. Wenn aber die Streckenabschnitte zwischen den Verstärkern unterschiedliche Dämpfungen aufweisen, dann werden die Verstärker mit unterschiedlichen Eingangsleistungen und daher mit unter- schiedlichen Verstärkungen betrieben, um die Ausgangsleistung konstant zu halten. Ohne zusätzliche Maßnahmen „verkippt" dann jedoch das geforderte flache Gewinnspektrum, d.h., daß für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Verstärkungen zustande kommen, so daß das über die Wellenlänge auf- getragene flache Gewinnspektrum (Verstärkung) sich drehtThe total power at the output of an amplifier is usually kept constant with the aid of a control loop. If, however, the sections of the route between the amplifiers have different attenuations, then the amplifiers are operated with different input powers and therefore with different amplifications in order to keep the output power constant. Without additional measures, however, the required flat gain spectrum then "tilts", i.e. that different amplifications occur for different wavelengths, so that the flat gain spectrum (gain) plotted over the wavelength rotates
(„kippt") . Dies ist bei Faserverstärkern der Fall, die mit Ionen aus der Gruppe der seltenen Erden dotiert sind. In bisher eingesetzten Wellenlängenmultiplex-Übertragungs- systemen wird das Problem dieser Gewinnspektrum-Verkippung durch Einschränkung des zulässigen Signalleistungsbereich an den Eingängen der optischen Faserverstärker in Grenzen gehalten. Wenn die Signalpegel an den Eingängen der einzelnen Verstärker nur wenig voneinander abweichen, dann lassen sich die resultierenden Pegelabweichungen zwischen den einzelnen Kanälen am Ende einer Übertragungsstrecke durch Systemreserven zumeist noch abfangen.("Tilts"). This is the case with fiber amplifiers that are doped with ions from the rare earth group. In previously used wavelength division multiplex transmission systems, the problem of this gain spectrum tilting is kept within limits by restricting the permissible signal power range at the inputs of the optical fiber amplifiers. If the signal levels at the inputs of the individual amplifiers deviate only slightly from one another, the resulting level deviations between the individual channels can usually still be compensated for by system reserves at the end of a transmission path.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverstärker anzugeben, dessen Gewinnspektrum sich im genutzten Wellenlängenbereich bei unterschiedlichen Eingangsleistungen praktisch nicht ändert.The object of the invention is to provide a fiber amplifier whose gain spectrum practically does not change in the wavelength range used with different input powers.
Diese Aufgabe wird durch einen Faserverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.This object is achieved by a fiber amplifier with the features of claims 1 and 6, respectively.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the dependent claims.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von zwei in Kette geschalteten Verstärkerstufen, wobei ein Dämpfungsglied zwischen den Verstärkerstufen eingefügt wird. Durch die Reihenschaltung der Verstärkerstufen läßt sich ein höherer Gewinn erzielen und ein großer Eingangsleistungsbereich verarbeiten. Dem zweiten Verstärker und wird durch das Dämpfungsglied ein konstanter Eingangspegel zugeführt, so daß der Ausgangspegel sowohl auf konstanten Gewinn als auch auf ein konstantes AusgangsSignal geregelt werden kann. Durch das steuerbare Dämpfungsglied kann der Gewinn bei unterschiedlichen Eingangsleistungen konstant gehalten werden, so daß eine Verkippung des Ausgangsspektrums (Gewinnverkippung) nicht stattfindet. Der Gewinn (Verstärkung) beider Verstärkerstufen wird so ausgelegt, daß sich deren Gewinnverkippungen möglichst kompensieren. Auch kann eine gewünschte Verkippung eingestellt werden.The use of two amplifier stages connected in a chain is particularly advantageous, an attenuator being inserted between the amplifier stages. By connecting the amplifier stages in series, a higher gain can be achieved and a large input power range can be processed. A constant input level is fed to the second amplifier and through the attenuator, so that the output level can be controlled both for a constant gain and for a constant output signal. With the controllable attenuator, the gain can be kept constant at different input powers, so that the output spectrum does not tilt (gain tilt). The gain (gain) of both amplifier stages is designed so that compensate for their drop in profits as much as possible. A desired tilt can also be set.
Die Verwendung von mindestens zwei getrennten Verstärker- stufen ermöglicht sehr günstige Rauscheigenschaf en, da der erste optische Verstärker bezüglich Rauschen optimiert werden kann. Die Anordnung des Dämpfungsgliedes zwischen den Verstärkern hat den Vorteil, daß so nur die geringere Ausgangsleistung des ersten optischen Verstärkers gedämpft wird und weniger Leistungsverluste auftreten als beim Anbringen des Dämpfungsgliedes am Ausgang des zweiten optischen Verstärkers auftreten. Auch bezüglich des Rauschverhaltens ist diese Anordnung günstig.The use of at least two separate amplifier stages enables very favorable noise characteristics, since the first optical amplifier can be optimized with regard to noise. The arrangement of the attenuator between the amplifiers has the advantage that only the lower output power of the first optical amplifier is attenuated and less power losses occur than when the attenuator is attached to the output of the second optical amplifier. This arrangement is also favorable with regard to the noise behavior.
Um die Leistungsverluste gering zu halten, ist es zweckmäßig, auch das optische Filter zwischen den Verstärkern einzuschalten.In order to keep the power losses low, it is advisable to also switch on the optical filter between the amplifiers.
Falls eine höhere Verstärkung erforderlich ist, können auch mehr als zwei Verstärkerstufen vorgesehen werden. Zwischen diesen weiteren Verstärkerstufen können weitere steuerbare Dämpfungsglieder eingefügt werden.If higher amplification is required, more than two amplifier stages can also be provided. Additional controllable attenuators can be inserted between these additional amplifier stages.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
Es zeigenShow it
Figur 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung undFigure 1 shows a preferred embodiment of the invention and
Figur 2 das Prinzipschaltbild einer geregelten Verstärkerstufe .Figure 2 shows the basic circuit diagram of a regulated amplifier stage.
In Figur 1 ist die Reihenschaltung einer ersten optischen Verstärkerstufe OVl, eines steuerbaren Dämpfungsgliedes DG, eines optischen Filters OF und einer zweiten optischen Verstärkerstufe 0V2 dargestellt.1 shows the series connection of a first optical amplifier stage OV1, a controllable attenuator DG, an optical filter OF and a second optical amplifier stage 0V2 shown.
Ein dem Eingang 1 der Reihenschaltung zugeführtes optisches Signal OS wird um einen konstanten Faktor verstärkt und dann durch das steuerbare Dämpfungsglied DG auf einen konstanten Pegel reduziert. Die zweite optische Verstärkerstufe verstärkt dieses Signal (meist) auf einen gewünschten konstanten Ausgangspegel, der am Ausgang 2 anliegt. Bei der zweiten Verstärkerstufe kann sowohl der Ausgangspegel als auch die Verstärkung auf einen konstanten Wert geregelt werden. Durch den jeweils konstant gehaltenen Gewinn (Verstärkung) findet keine Verkippung (Verzerrung) des Gewinnspektrums (Signalsspektrums) statt. Noch vorhandene Abweichungen des resultierenden Ausgangsspektrums des gesamten Verstärkers vom idealen flachen Verlauf lassen sich mit Hilfe eines zwischen die Verstärker eingefügten fest eingestellten Filters ausgleichen.An optical signal OS fed to the input 1 of the series circuit is amplified by a constant factor and then reduced to a constant level by the controllable attenuator DG. The second optical amplifier stage amplifies this signal (mostly) to a desired constant output level, which is present at output 2. In the second amplifier stage, both the output level and the gain can be regulated to a constant value. Due to the constant gain (amplification), there is no tilting (distortion) of the gain spectrum (signal spectrum). Any remaining deviations of the resulting output spectrum of the entire amplifier from the ideal flat profile can be compensated for with the aid of a fixed filter inserted between the amplifiers.
Einstellbare optische Dämpfungsglieder, beispielsweiseAdjustable optical attenuators, for example
HP8158B von der Firma HEWLETT PACKARD, gehören zu den bekannten Industrieprodukten.HP8158B from HEWLETT PACKARD are well-known industrial products.
In Figur 2 ist eine regelbare optischer Verstärkerstufe OV dargestellt. Der Verstärkerteil besteht aus einem Pumpkoppler PK, über den Pumpstrahlung von einem Pumplaser PL eingekoppelt wird, und einer dotierten Faser FA. Über einen ersten Koppler KOI und einen optischen Empfänger OE1 wird die Eingangsleistung am Eingang E gemessen; über einen zweiten am Ausgang A des optischen Verstärkers angeordneten zweitenA controllable optical amplifier stage OV is shown in FIG. The amplifier part consists of a pump coupler PK, via which pump radiation from a pump laser PL is coupled, and a doped fiber FA. The input power at input E is measured via a first coupler KOI and an optical receiver OE1; via a second one arranged at the output A of the optical amplifier
Kopplers K02 und einen zweiten optischen Empfänger 0E2 wird die Ausgangsleistung gemessen und nach der Dämpfung des entsprechenden elektrischen Signals in einem Dämpfungsglied KD mit der Eingangsleistung in einer Lasersteuerung LS verglichen. Der Pumplaser PL wird entsprechend nachgesteuert, so daß der Gewinn (Verstärkung) konstant ist . Es kann sowohl die gesamte Ausgangsleistung als auch - bei entsprechend selektiver Auswertung - die Leistung eines bestimmten Signals zur Regelung verwendet werden.Coupler K02 and a second optical receiver 0E2, the output power is measured and, after the attenuation of the corresponding electrical signal in an attenuator KD, compared with the input power in a laser control LS. The pump laser PL is readjusted accordingly so that the gain (gain) is constant. It can both the total output power as well - if appropriate selective evaluation - the power of a particular signal can be used for control.
Bei dem zweiten optischen Verstärker der in Figur 1 angegebenen Schaltung kann die Regelung modifiziert werden. Es kann sowohl ein Vergleich zwischen der Eingangsleistung und einem konstanten Ausgangswert als auch die Ausgangsleistung mit einem konstantem Führungswert verglichen werden, d.h. es wird die Ausgangsgröße konstant gehalten.The control can be modified in the second optical amplifier of the circuit shown in FIG. Both a comparison between the input power and a constant output value and the output power with a constant reference value can be compared, i.e. the output variable is kept constant.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann auf eine Regelung der zweiten Verstärkerstufe verzichtet werden, da deren Eingangssignal konstant ist und die Verstärkung über den Pumplaser ausreichend konstant einstellbar ist.In a simplified embodiment, regulation of the second amplifier stage can be dispensed with, since its input signal is constant and the amplification can be set to be sufficiently constant via the pump laser.
Der gesamte Faserverstärker wird bezüglich seines Rauschverhaltens optimiert, indem besonders seine erste Verstärker- stufe im Rahmen der erforderlichen Verstärkung bezüglich ihres Rauschverhaltens optimiert wird. Durch das Dämpfungs- glied wird zwar das Rauschverhalten wieder etwas verschlechtert, aufgrund des die Dämpfung deutlich übersteigenden Gewinns der ersten Verstärkerstufe ist dieser Effekt aber vernachlässigbar .The entire fiber amplifier is optimized with regard to its noise behavior, in particular by optimizing its first amplifier stage with regard to its noise behavior as part of the required amplification. Although the noise behavior deteriorates somewhat again due to the attenuator, this effect is negligible due to the gain of the first amplifier stage, which clearly exceeds the attenuation.
Bei Bedarf können dem in Figur 1 dargestellten Faserverstärker auch eine weitere Verstärkerstufen vor- oder nachgeschaltet werden, wobei erforderlichenfalls weitere steuerbare Dämpfungsglieder und optische Filter eingefügt werden. If required, a further amplifier stage can also be connected upstream or downstream of the fiber amplifier shown in FIG. 1, further controllable attenuators and optical filters being inserted if necessary.

Claims

Patentansprüche claims
1. Faserverstärker mit mindestens zwei in Serie geschalteten Verstärkerstufen (OVl, OV2) , dadurch ge ennzeichnet, daß jede der Verstärkerstufen (OVl, OV2) eine konstante Verstärkung aufweist und daß zwischen den Verstärkerstufen (OVl, OV2) ein steuerbares optisches Dämpfungsglied (OD) eingefügt ist.1. Fiber amplifier with at least two amplifier stages (OVl, OV2) connected in series, characterized in that each of the amplifier stages (OVl, OV2) has a constant gain and that a controllable optical attenuator (OD) between the amplifier stages (OVl, OV2) is inserted.
2. Faserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung einer ersten Verstärkerstufe (OVl) auf einen konstanten Wert geregelt ist.2. Fiber amplifier according to claim 1, characterized in that the gain of a first amplifier stage (OVl) is regulated to a constant value.
3. Faserverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des optischen Dämpfungsgliedes (DG) auf einen konstanten Wert geregelt oder eingestellt ist.3. Fiber amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the output signal of the optical attenuator (DG) is regulated or set to a constant value.
4. Faserverstärker nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung oder die Ausgangsleistung einer zweiten Verstärkerstufe (OV2) auf einen konstanten Wert geregelt ist4. Fiber amplifier according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the gain or the output power of a second amplifier stage (OV2) is regulated to a constant value
5. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerstufen (OVl, 0V2) ein optisches Filter (OF) eingefügt ist.5. Fiber amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that an optical filter (OF) is inserted between the amplifier stages (OVl, 0V2).
6. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe (OVl) im Rahmen der erforderlichen Verstärkung bezüglich des Rauschverhaltens optimiert ist.6. Fiber amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the first amplifier stage (OVl) is optimized in terms of the required amplification with respect to the noise behavior.
7. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken zeic net, daß die Verstärkungen beider Verstärker so eingestellt sind, daß insgesamt eine minimale oder gewüschte Verkippung erzielt wird.7. Fiber amplifier according to one of the preceding claims, characterized zeen net that the gains of both amplifiers are set so that a minimum or desired tilt is achieved overall.
8. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn bei mehr als zwei Verstärkerstufen (OVl, 0V2) vorgesehen sind, weitere steuerbare optische Dämpfungsglieder eingefügt sind. 8. Fiber amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that if more than two amplifier stages (OVl, 0V2) are provided, further controllable optical attenuators are inserted.
EP97949971A 1996-12-20 1997-11-27 Optical fibre amplifier for wavelength multiplex operation Withdrawn EP0898798A1 (en)

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