ITMI991827A1 - Amplificatore a fibra a banda lunga con efficienza di conversione di potenza rinforzata - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un amplificatore a fibra ottica, e più particolarmente un amplificatore a fibra ottica a banda lunga (1570 nm - 1610 nm), che può fornire efficienza di conversione di potenza rinforzata utilizzando emissione spontanea amplificata come una sorgente di pompaggio secondaria.

In sistemi di comunicazione ottici multipiati a divisione di lunghezza d'onda (WDM), una delle preoccupazioni tecnologiche importanti è fornire un amplificatore a fibra drogata con erbio (EDFA) con un guadagno appiattito in una banda ampia. Inoltre, è stata data considerazione per ottenere un amplificatore a fibra ottica che serva nella banda lunga che l EDFA convenzionale non può fornire. Uno dei procedimenti per ottenere l'amplificatore a fibra ottica a banda lunga è utilizzare un nuovo materiale per la fibra ottica quale fibra ottica basata su teliurite. L'amplificatore a fibra ottica basata su telìurite ha proprietà per soddisfare i requisiti dell'amplificatore a fibra ottica a banda lunga, ma avente spettri di guadagno irregolari, e inoltre le tecnologie attinenti non sono state completamente sviluppate per realizzarlo.

Oltre ad adottare tali nuovi materiali, lo sforzo è stato concentrato per ottenere un guadagno in una banda oltre la banda amplificata convenzionale (1530 nm - 1560 nm; qui di seguito chiamata "banda-C") usando EDFA basata su silice di diverse strutture. Inoltre, è stata proposta una struttura adatta per indurre inversione di popolazione di circa 30-40% nella EDF allo scopo di conseguire l'amplificazione ottica e una banda lunga di 1570 nm - 1610 nm (qui di seguito chiamata "banda-L"). Essendo alquanto complicato, questo dispone tali amplificatori a banda C e banda L in parallelo in modo da far si che l EOFA basato sul silice abbia una banda di guadagno ampia su 80 nm per il sistema di trasmissione WDM di grande capacità. Tuttavia, questo amplificatore a fibra di banda L risente di inconvenienti tali che esso dovrebbe avere una EDF lunga e una pompa di potenza elevata, e l'efficienza di conversione di potenza è bassa.

E'uno scopo della presente invenzione fornire un amplificatore a fibra ottica con efficienza di conversione di potenza accresciuta in una banda relativamente lunga.

Secondo la presente invenzione, un amplificatore a fibra ottica a banda lunga con efficienza di conversione di potenza accresciuta,comprende una prima parte di fibra ottica dotata di una sorgente di luce di pompaggio, una seconda parte di fibra ottica collegata con la prima parte di fibra ottica, la seconda parte di fibra ottica non essendo dotata della sorgente di luce di pompaggio, e un circuito di riutilizzo per utilizzare emissione spontanea amplificata (ASE) come una sorgente di luce di pompaggio secondaria applicata alla seconda parte di fibra ottica. Preferibilmente, il circuito di riutilizzo comprende un accoppiatore WDM collegato tra la prima e la seconda parte di fibra ottica, e un dispositivo di pompaggio di luce collegato con l'accoppiatore WDM per fornire la sorgente di luce di pompaggio. La prima e la seconda parte di fibra ottica consistono in fibra ottica drogata con erbio. La fibra ottica drogata con erbio è regolata in modo da produrre un guadagno nella banda L.

La presente invenzione verrà ora descritta in modo più specifico con riferimento ai disegni allegati solamente a titolo di esempio.

La figura 1 è uno schema a blocchi per illustrare la struttura di un EDFA convenzionale basato su silice di banda L;

la figura 2 è uno schema a blocchi per illustrare la struttura di un altro EDFA convenzionale basato sul silice di banda L;

la figura 3 è uno schema a blocchi per illustrare la struttura di un EDFA basato sul silice di banda L secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la figura 4 è una vista similare alla figura 3 ma secondo un'altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la figura 5 illustra i grafici che confrontano i piccoli guadagni di segnale degli EDFA di tipo dal primo al quarto l'uno con l'altro secondo la variazione di EDF II;

la figura 6 illustra i grafici che confrontano le efficienze di conversione di potenza di EDF di tipo dal primo al quarto l'uno con l'altro secondo variazione di EDF II;

la figura 7 è un grafico per illustrare misurazione dello spettro ASE posteriore sufficiente a rinforzare l'efficienza di conversione di potenza; e

la figura 8 è un grafico per illustrare gli indici di rumore degli EDFA di tipo dal primo al quarto misurati con la lunghezza di EDF II.

L'EDFA convenzionale basato su silice di banda L può avere la struttura di pompaggio anteriore come mostrato nella figura I (qui di seguito chiamato "EDFA di primo tipo") o la struttura di pompaggio posteriore come mostrato nella figura 2 (qui di seguito chiamato "EDFA di secondo tipo").

Nell'EDFA di primo tipo, la luce di segnali di ingresso 10 è amplificata attraverso la prima regione EDF EDF I pompata dal dispositivo di pompaggio anteriore 30 e la seconda regione di EDF EDF II, infine generata come la luce di segnale di uscita 40. Il dispositivo di pompaggio anteriore 30 è collegato attraverso l'accoppiatore WDM 20. Una coppia di isolatori ottici 50, 50‘ sono rispettivamente disposti in corrispondenza delle estremità di ingresso e uscita allo scopo di guidare la luce di segnale in una singola direzione.

Nell'EDFA di secondo tipo, la luce di segnale di ingresso 10 è amplificata attraverso la seconda regione EDF EDF II non pompata e la prima regione EDF EDF I pompata dal dispositivo di pompaggio posteriore 30', infine generata come la luce di segnale di uscita 40. Parimenti, il dispositivo di pompaggio posteriore 30' è collegato attraverso l'accoppiatore WDM 20. Una coppia di isolatori ottici 50, 50' sono rispettivamente disposti in corrispondenza delle estremità di ingresso e uscita allo scopo di guidare la luce di segnale in una singola direzione.

L'EDFA basato su silice di banda L inventivo può essere realizzato in due tipi, uno dei quali è per inviare la luce di segnale di ingresso 12 dapprima attraverso il secondo EDF II non pompata poi al primo EDF I pompata dal dispositivo di pompaggio anteriore 32 come mostrato nella figura 3 (qui di seguito chiamato "EDFA di terzo tipo"), e l'altro per inviare la luce di segnale di ingresso 12 dapprima attraverso la prima EDF I pompata dal dispositivo di pompaggio posteriore 32'poi la seconda EDF II non pompata come mostrato nella figura 4 (qui di seguito chiamato "EDFA di quarto tipo"). Naturalmente, dispositivi di pompaggio anteriore e posteriore 32 e 32'sono collegati attraverso l'accoppiatore WDM 22, e una coppia di isolatori ottici 52 e 52' sono rispettivamente disposti in corrispondenza delle estremità di ingresso e uscita allo scopo di guidare la luce di segnale in una singola direzione.

Allo scopo di confrontare l EDFA inventivo con l EDFA convenzionale, le medesime EDF sono state usate negli EDFA dal primo al quarto. Cioè, è la fibra ottica co-drogata Al commercialmente disponibile avente il coefficiente di assorbimento massimo di 4,5 dB/m. Inoltre, la lunghezza della prima EDF I è stata presa per essere 135 m, e la lunghezza della seconda EDF II è sequenzialmente cambiata per essere 0 m, 5 m, 15 m, 20 m, 25 m e 35 m allo scopo di analizzare il piccolo breve segnale dipendente dalla lunghezza della seconda EDF II. Per il confronto, la lunghezza d'onda di pompaggio di 980 nm con l'uscita di 90 mW è stata comunemente usata. Il guadagno di EDFA è stato valutato utilizzando uno spettrometro insieme con un laser variabile di lunghezza d'onda impostato con la lunghezza d'onda centrale di 1590 nm.Due tipi della luce del segnale di ingresso sono stati utilizzati rispettivamente aventi le intensità di -20 dBm e 0 dBm allo scopo di misurare correttamente il piccolo guadagno di segnale, indice di rumare, intensità di potenza saturata, ed efficienza di conversione di potenza. La perdita di ingresso in corrispondenza dell estremità di ingresso della EDF è stata pure correttamente misurata avente meno di 2 dB per tutti i casi.

Facendo riferimento alla figura 5, gli EDFA di terzo e quarto tipo inventivi con EDF non pompate hanno il piccolo guadagno di segnale altamente dipendente dalla lunghezza di EDF II in confronto con gli EDFA convenzionali di primo e secondo tipo. La figura 6 illustra i grafici delle efficienze di conversione di potenza degli EDFA dal primo al quarto misurati secondo la lunghezza di EDF II variata. Secondo i grafici, il guadagno di segnale piccolo più elevato e 1'efficienza di conversione di potenza sono osservati nell'EDFA di terzo tipo con EDF II di 35 m, i cui valori sono rispettivamente 21,83 dB e 21,1%. Questi valori sono rispettivamente 4 dB e 11,5% più elevati di quelli dell'EDFA di primo tipo che mostra il peggiore risultato nella medesima condizione di lavoro. Questo indica che la potenza pompata può essere efficacemente utilizzata disponendo la regione di EDF EDF II prima o dopo il diodo laser di pompaggio secondo come è realizzato il pompaggio anteriore o posteriore. Questo miglioramento di efficienza sembra essere provocato da ASE che è propagata nella direzione opposta alla luce pompata, riutilizzata come la sorgente di pompaggio di 1550 nm per la regione EDF non pompata, in modo da generare fotoni in una banda di 1600 nm.

Allo scopo di utilizzare la ASE di sfondo o secondaria esistente a sufficienza per migliorare l'efficienza di conversione di potenza, è stato utilizzato il cireolatore per misurare lo spettro ASE di sfondo nell EDFA di primo tipo senza EDF II. La figura 7 mostra il grafico dello spettro ASE di sfondo misurato per il segnale di ingresso di 0 dB nella banda di risoluzione di 0,2 nm. Nel grafico, il picco vicino a 1590 nm sembra essere provocato dalla porzione retrodiffusa di Rayleigh del segnale di ingresso. La regione di lunghezza d'onda rappresentante la potenza ottica non inferiore a -25 dBm/0,2 nm, cioè nell'intervallo di 1520 nm -1565 nm, mostrava la ASE di sfondo intensa di circa 20,59 mW. Quando all'EDFA è stato applicato un segnale di ingresso più debole di -20 dBm/0,2 nm, la ASE di sfondo più intensa è stata osservata avente circa 28,9 mW approssimante il 30% dell'intera potenza pompata. Questo livello di ASE può essere sufficiente per amplificare la banda L in vista della precedente ricerca dell'amplificatore di banda L avente una potenza più debole e segnale di banda di 1550 nm.

L'indice di rumore del pompaggio del secondo livello nella banda di 1550 nm è misurato per gli EDFA dal primo al quarto con lunghezza di EDF II variata come mostrata nella figura 8. Come atteso, il primo e il terzo EDFA della struttura di pompaggio anteriore hanno mostrato prestazione migliore del secondo e quarto EDFA. Specialmente, 1'EDFA di secondo tipo ha 1'indice di rumore molto più elevato di altri tipi, il quale varia rapidamente con la lunghezza di EDF II, non essendo quindi adatto per l'EDFA di banda L.Nel frattempo, il motivo per cui l'EDFA di terzo tipo mostra caratteristiche peggiori del primo tipo per quanto riguarda l'indice di rumore che è indotto dalla grande sezione trasversale di emissione nella lunghezza d'onda di ASE posteriore usata per il pompaggio di 1600 nm in una parte EDF non pompata. Sebbene l'EDFA di quarto tipo abbia una parte EDF non pompata, la parte posteriore o di sfondo o secondaria di tutto l'EDFA ha una EDF non pompata e insensibile all'indice di rumore, cosicché non si osserva l'influenza per quanto riguarda l'indice di rumore.

Quindi, l'invenzione fornisce l'EDFA con efficienza di conversione di potenza rinforzata che può essere utilizzata per amplificare il segnale ottico nella regione di lunghezza d'onda di 1570 nm - 1610 nm. Sebbene la ASE di sfondo o secondaria debba essere inibita per ottenere guadagno di segnale di banda L sufficiente nella tecnica nota poiché essa provoca saturazione di EDFA, l'invenzione utilizza la ASE di sfondo per servire come la sorgente di pompaggio per la parte EDF non pompata, migliorando il guadagno del segnale e l'efficienza di pompaggio.Tranne per la perdita di 1 dB riguardante l'indice di rumore, il risultato dell<1>esperimento ha mostrato miglioramento dell'efficienza di conversione di potenza dal 9,6% al 21,1% insieme con l'incremento del piccolo guadagno di segnale di massimo 4 dB. Inoltre, la prestazione è stata migliorata persino pompando 1480 nm attraverso la parte EDF non pompata, che indica che la struttura di EDFA inventiva può essere applicata per qualsiasi lunghezza d'onda di pompaggio. Il concetto inventivo di riutilizzo della ASE di sfondo come la sorgente di pompaggio non solamente contribuirà a miglioramento della prestazione dell'EDFA, ma anche a sviluppo di un EDFA di banda L pratico alla luce di utilizzare economicamente la potenza pompata.

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta con specifiche forme di realizzazione accompagnate dai disegni allegati, si comprenderà da parte dei tecnici del ramo che diversi cambiamenti e modifiche possono essere effettuati ad essa senza discostarsi dallo scopo della presente invenzione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Amplificatore a fibra ottica a banda lunga con efficienza di conversione di potenza rinforzata, comprendente: una prima parte di fibra ottica dotata di una sorgente di luce di pompaggio; una seconda parte di fibra ottica collegata con detta prima parte di fibra ottica, detta seconda parte di fibra ottica non essendo dotata di detta sorgente di luce di pompaggio; e un circuito di riutilizzo per utilizzare emissione spontanea amplificata (SAE) come una sorgente di luce di pompaggio secondaria applicata a detta seconda parte di fibra ottica.
2. 2. Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 1, in cui detto circuito di riutilizzo comprende un accoppiatore multiplato a divisione di lunghezza d'onda (WDM) collegato tra detta prima e seconda parte di fibra ottica, e un dispositivo di pompaggio di luce collegato con detto accoppiatore WDM per fornire detta sorgente di luce di pompaggio.
3. 3.Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 1, in cui detta prima e seconda parte di fibra ottica consistono in fibra ottica drogata con erbio.
4. 4. Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 3, in cui detta fibra ottica drogata con erbio è regolata in modo da produrre un guadagno nella banda L.
5. 5. Amplificatore a fibra ottica drogata con erbio con efficienza di conversione di potenza rinforzata, comprendente: una prima parte di fibra ottica dotata di una sorgente di luce di pompaggio; una seconda parte di fibra ottica collegata con detta prima parte di fibra ottica, detta seconda parte di fibra ottica non essendo dotata di detta sorgente di luce di pompaggio; un circuito di riutilizzo per utilizzare SAE come una sorgente di luce di pompaggio secondaria applicata a detta seconda parte di fibra ottica; e una coppia di isolatori ottici rispettivamente forniti in corrispondenza delle estremità anteriore e posteriore di detta prima e seconda parte di fibra ottica per guidare la propagazione della luce di segnale in una singola direzione.
6. 6.Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 5, in cui detto circuito di riutilizzo comprende un accoppiatore WDM collegato tra detta prima e seconda parte di fibra ottica, e un dispositivo di pompaggio di luce collegato con detto accoppiatore WDM per fornire detta sorgente di luce di pompaggio.
7. 7. Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 5, in cui detta prima e seconda parte di fibra ottica consistono in fibra ottica drogata con erbio.
8. 8. Amplificatore a fibra ottica a banda lunga come definito nella rivendicazione 7, in cui detta fibra ottica drogata con erbio è regolata in modo da produrre un guadagno nella banda