ITMI992021A1

ITMI992021A1 - Amplificatore a fibra ottica parallelo con efficienza di conversione di potenza elevata

Info

Publication number: ITMI992021A1
Application number: IT1999MI002021A
Authority: IT
Inventors: Uh-Chan Ryu; Nam-Kyoo Park; Ju-Han Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-03-28
Also published as: ITMI992021A0; JP2000164956A; CN1254853A; KR100318942B1; US6317254B1; KR20000033514A; IT1313908B1; FR2786325B1; CN1138178C; FR2786325A1; JP3068101B2; DE19947111C2; NL1013531C2; NL1013531A1; DE19947111A1

Description

D E S C R I Z IO N E

La presente invenzione riguarda un dispositivo ottico per comunicazioni ottiche, e più particolarmente un amplificatore a fibra ottica parallelo avente una configurazione in grado riutilizzare luce di emissione spontanea amplificata (ASE) come una sorgente di pompaggio secondaria.

Recentemente, amplificatori a fibra drogata con Er3<+ >(EDFA) aventi una banda di guadagno ampia, sono stati proposti per risolvere problemi implicati in sistemi multiplati a divisione di lunghezza d'onda (WDM) a causa di un incremento continuato nella loro capacità. Per fini pratici configurati utilizzando tali DFA, si è considerato che è inevitabilmente necessario utilizzare EDFA a base di silice, di una banda tipica C (una banda di lunghezza d'onda di 1.530-1.560 nm) o una banda L di lunghezze d'onda lunghe, collegati insieme in parallelo, in termine dei costi ed applicabilità, nonostante il fatto che gli amplificatori a fibra ottica costituiti da nuovi materiali, per esempio, EDFA a base,di tellurite, sono stati sviluppati. In associazione con gli EDFA a banda L, vi sono molti problemi pendenti da risolvere a causa della storia breve di sviluppi di EDFA a banda L. Per esempio, EDFA a banda L hanno un'efficienza di conver-sione di potenza bassa avente come risultato un requisito di pompe di potenza rilevata. A causa di una tale efficienza di pompaggio bassa di EDFA in banda L, gli amplificatori a fibra ottica a base di silice aventi una configurazione a connessione parallela di EDFA in banda L non hanno alcuna limitazione nel loro utilizzo in bande ampie. Allo scopo di fornire mezzi per conseguire un miglioramento nell'efficienza di conversione di potenza di EDFA in banda L, gli inventori hanno sviluppato una tecnica per riutilizzare luce di emissione spontanea amplificata inutilizzata (ASE) con una sorgente di pompaggio secondaria per una regione EDF non pompata. In accordo con questa tecnica, si mostra un miglioramento considerevole nella prestazione. Questa tecnica è descritta nella domanda di brevetto coreana No. 98-34370. In associazione con il riutilizzo di luce ASE inversa inutilizzata, gli inventori hanno pure riconosciuto il fatto che una tecnica per riutilizzare luce ASE inversa, generata in un EDFA in banda C, per un'amplificazione in corrispondenza di uno stadio EDFA a banda L è applicabile ad amplificatori a fibra ottica a base di silice a banda ampia aventi una configurazione di connessione in parallelo.

Quindi, uno scopo dell'invenzione è fornire un amplificatore a fibra ottica che mostri un'efficienza di conversione di potenza elevata in bande di lunghezza d'onda ampia.

In accordo con la presente invenzione, questo scopo può essere realizzato fornendo un amplificatore a fibra ottica parallelo comprendente un primo stadio EDFA, ed un secondo stadio EDFA collegato al primo stadio EDFA in parallelo, il secondo stadio EDFA avendo una banda di lunghezza d'onda di guadagno differente da quello del primo stadio EDFA, comprendenti inoltre: mezzi per riutilizzare luce di emissione spontanea emessa dal primo stadio EDFA come una sorgente di pompaggio secondaria per il secondo stadio EDFA.

Il primo stadio EDFA può comprendere un EDFA in banda C, ed il secondo stàdio EDFA può comprendere un EDFA in banda L. In questo caso, è possibile realizzare un amplificatore a fibra ottica parallelo in grado di mostrare un'efficienza di conversione di potenza elevata a bande di lunghezza d’onda relativamente ampie.

I mezzi di riutilizzo possono comprendere un cireolatore per ricevere la luce di emissione spontanea dal primo stadio EDFA, una fibra ottica di collegamento per trasmettere la luce di emissione spontanea ricevuta al secondo stadio EDFA, ed un accoppiatore ottico collegato tra la fibra ottica di collegamento ed il secondo stadio EDFA in un modo tale che la luce di emissione spontanea dalla fibra ottica di collegamento sia trasmessa al secondo stadio EDFA.

II secondo stadio EDFA può comprendere mezzi di pompaggio ottico, una prima porzione di fibra ottica atta ad essere otticamente pompata dai mezzi di pompaggio ottico, ed una seconda porzione di fibra ottica atta a non essere pompata da mezzi di pompaggio ottico, i mezzi di pompaggio ottico del secondo stadio EDFA possono essere disposti tra la prima e la seconda porzione di fibra ottica e conducono un'operazione di pompaggio in avanti per la prima porzione di fibra ottica. In questo caso, un'amplificazione ottica più efficiente per il secondo stadio EDFA può essere ottenuta poiché il secondo stadio EDFA è alimentato con luce ASE inversa inutilizzata proveniente dalla sua prima porzione di fibra ottica, oltre a luce ASE inversa inutilizzata proveniente dal primo stadio EDFA.

In ciascuno dei casi sopra menzionati, ciascuno del primo e del secondo stadio EDFA è preferibilmente costituito da una fibra ottica a base di silice.

Gli scopi, le caratteristiche ed i vantaggi precedenti ed altri della presente invenzione, diverranno più evidenti dalla seguente descrizione dettagliata quando considerata in unione con i disegni allegati in cui: la figura la è una vista schematica illustrante un amplificatore a fibra ottica parallelo generale;

la figura lb è una vista schematica illustrante un amplificatore a fibra ottica parallelo secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 è un grafico raffigurante uno spettro di uscita ottico dell'amplificatore a fibra ottica parallelo generale, mostrato nella figura la, per un segnale di ingresso saturo di 0 dBm dove l'amplificatore a fibra ottica parallelo generale non ha alcuna porzione EDF atta a non essere pompata;

la figura 3 è una grafico raffigurante spettri ASE inversi rispettivamente osservati per EDFA in banda C ed in banda L quando è immesso un segnale saturo di ingresso di 0 dBm;

la figura 4a è un grafico raffigurante i risultati di misurazione per l'intensità in uscita di segnale saturo di 1.595 nm (insieme con l'intensità di uscita di segnale saturo di 1.540 nm) e l'efficienza di conversione di potenza dell'intero sistema ottenuta nell'amplificatore a fibra ottica parallelo generale della figura la e nell'amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la forma di realizzazione della presente invenzione mentre vari la lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata, rispettivamente; e

la figura 4b è un grafico raffigurante fattori di rumore rispettivamente misurati per gli amplificatori a fibra ottica paralleli di figura la e lb.

Sarà effettuato riferimento in maggior dettaglio alle forme di realizzazione preferite della presente invenzione.

La seguente descrizione sarà effettuata mentre si confronta un amplificatore a fibra ottica parallelo secondo una forma di realizzazione della presente invenzione con un amplificatore a fibra ottica generale in termini della configurazione e prestazione, per una identificazione semplice per effetti ottenuti dalla forma di realizzazione della presente invenzione.

Facendo riferimento alla figura la, uno stadio EDFA 110 a base di silice in banda C è uno stadio EDFA 120 a base di silice in banda L sono collegati l'uno con l'altro in parallelo tramite accoppiatori WDM 130 e 132 in banda C/banda L. Lo stadio EDFA in banda C 110 include un EDF 112 in banda C avente una lunghezza desiderata, ed un primo diodo laser 114 per emettere luce di pompaggio di 980 nm atto a pompare il EDF 112 in banda C. Il primo diodo laser 114 è collegato al EDF in banda C 112 tramite un primo accoppiatore WDM 116. D’altra parte, lo stadio EDFA in banda L 120 include due EDF 122 e 124 collegate insieme in serie, ed un secondo diodo laser 126 collegato tra le EDF 122 e 124 ed atto ad emettere luce di pompaggio di 980 nm. Il secondo diodo laser 126 è collegato alla EDF 124 tramite un secondo accoppiatore WDM 128 cosicché esso pompi in avanti la EDF 124. In virtù di una tale disposizione del secondo diodo laser 126, la EDF 122 non è pompata dal secondo diodo laser 126. Allo scopo di guidare lo spostamento dei segnali ottici in una direzione dell'amplificatore a fibra ottica, gli isolatori ottici 140, 142 e 144 sono disposti in corrispondenza del terminale di ingresso dell'amplificatore a fibra ottica, del terminale di uscita dello stadio EDFA in banda C 110, e del terminale di uscita dello stadio EDFA in banda L 120, rispettivamente. Il motivo per cui l'amplificatore a fibra ottica è configurato come menzionato in precedenza non è solamente ottenere guadagni in bande di lunghezza d'onda ampia in virtù dell'utilizzo degli stadi 110 e 120 EDFA in banda C ed in banda L, ma anche per permettere a luce A inversa emessa dalla EDF 124, che è pompata, nello stadio EDFA 120 in banda L di servire come una sorgente di pompaggio secondaria per la EDF 122, conseguendo quindi un accrescimento nell'efficienza di conversione di potenza.

La figura lb è una vista schematica illustrante l'amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la forma di realizzazione della presente invenzione. Nella figura lb, elementi rispettivamente corrispondenti a quelli della figura la sono indicati dal medesimo numero di riferimento, e non sarà omessa alcuna descrizione per la semplicità di descrizione.

Facendo riferimento alla figura lb, luce ASE inversa che emerge dallo stadio EDFA in banda C 110 è fornita alla EDF 122, non pompata dal secondo diodo laser 126, tramite un cireolatore ottico 150, una fibra ottica di collegamento 160, ed un accoppiatore WDM in banda C/banda L 170. In accordo con questa configurazione secondo la forma di realizzazione della presente invenzione, quindi, la EDF 122, che non è pompata dal secondo diodo laser 126, utilizza sia la luce ASE inversa inutilizzata emessa dalla EDF 124 che è pompata dal secondo diodo laser 126 sia la luce ASE inversa inutilizzata emessa dallo stadio EDFA in banda C 110, conseguendo quindi un miglioramento nell'efficienza di conversione di potenza. Sebbene la EDF 122, che non deve essere pompata, sia stata descritta come inclusa nello stadio EDFA in banda L 120 nella forma di realizzazione illustrata dalla presente invenzione, l'amplificatore a fibra ottica della presente invenzione è limitato a questa configurazione. Questo è evidente dalla seguente descrizione, effettuata con figure 4a e 4b, descrivente il fatto che gli effetti intesi dalla presente invenzione sono ottenuti anche quando la lunghezza della EDF 122 è zero.

Ora, sarà effettuato un confronto tra l'amplificatore a fibra ottica generale e l'amplificatore a fibra ottica della presente invenzione in termini del funzionamento. Per il confronto, le EDF aventi la medesima configurazione sono utilizzate in entrambi ì casi delle figure la e lb. Ciascuna delle EDF usata è costituita da una fibra ottica co-drogata con Al disponibile commercialmente mostrante un coefficiente di assorbimento massimo di 4,5 dB/m ad una lunghezza d'onda di 1530 nm. Allo scopo di osservazione una variazione nell'efficienza di conversione di potenza dipendente dalla lunghezza della EDF 122 atta a non essere pompata dal secondo diodo laser 126, è stata effettuata una misurazione per l'efficienza di conversione di potenza sotto condizioni in cui le rispettive lunghezze della EDF 112 in banda C ed EDF 124 in banda L, sono atte ad essere pompate da loro proprie pompe, rispettivamente, sono fissate a 20 m e 135 m, mentre varia la lunghezza di EDF da 122 a 0 m, 5 m, 15 m, 20 m, 25 m, e 35 m, rispettivamente. Il primo e secondo diodo laser 114 e 126, che conducono una rotazione di pompaggio ad una lunghezza d'onda di 980 nm, avevano potenza di uscita di 85 mW. Due laser risonanti esterni, che sono sintonizzati a 1.540 nm e 1.595 nm rispettivamente, sono stati pure uti-lizzati insieme con un analizzatore di spettro ottico allo scopo di valutare rispettivi guadagni degli amplificatori ottici. Segnali di ingresso aventi un'intensità di 0 dBm in corrispondenza di due lunghezze d'onda, sono immessi a ciascun amplificatore a fibra ottica, rispettivamente, in modo da misurare il piccolo guadagno di segnale, fattore di rumore, intensità di potenza satura, ed efficienza di conversione di potenza. In entrambi i casi, è stata mostrata una perdita di inserzione di 3,5 dB. Perdita risultante dal cireolatore e perdita risultante dall'accoppiatore WDM in banda C/banda L erano 0,6 dB e 0,3 dB, rispettivamente.

La figura 2 è un grafico raffigurante uno spettro di uscita ottico dell'amplificatore a fibra ottica parallelo generale, mostrato nella figura la, per un segnale di ingresso saturo di 0 dBm dove l'amplificatore a fibra ottica parallelo generale non ha alcuna porzione EDF atta a non essere pompata. Facendo riferimento alla figura 2, si può trovare che la larghezza di banda del guadagno ottico risultante dallo spettro ASE è ampia, cioè, 80 nm o maggiore. Per segnali di 1.540 nm e 1.595 nm, le intensità di uscite sature erano 14,75 dBm e 10,66 dBm, rispettivamente. <ÌQ>V<'N.>

Allo scopo di identificare il fatto che vi è una luce ASE inversa avente un'intensità sufficiente a fornire un miglioramento nell'efficienza di conversione di potenza, l'intensità della luce ASE inversa emessa da ciascuno del EDFA in banda C ed EDFA in banda L è stata misurata usando un altro cireolatore. La figura 3 è un grafico raffigurante spettri ASE inversi rispettivamente osservati dai due EDFA precedenti quando è immesso un segnale di ingresso saturo di 0 dBm. La misurazione di spettro è stata condotta utilizzando un analizzatore di spettro ottico con una risoluzione di 0,2 nm. Entrambi gli spettri mostravano picchi nelle vicinanze di lunghezze d'onda di 1.540 nm e 1.595 nm, rispettivamente, come mostrato nella figura 3. Questi picchi possono risultare da una retrodiffusione di Rayleigh di ciascun segnale di ingresso. L'intensità della luce ASE inversa emessa dal EDFA in banda C era 1,5 mW. Questo valore è relativamente basso, in confronto con l'intensità della luce ASE inversa emessa dal EDFA in banda L, cioè, 17 mW. Tuttavia, l'intensità ASE di circa 1,5 mW può essere sufficiente a fornire un miglioramento nell'efficienza di amplificazione di banda L. Questo può essere identificato facendo riferimento all'articolo pubblicato da A. Mori e intitolato "Tellurite-Based EDFA for Wide-Band Communications in OFC Technical Summery WA1, 1998, pp. 97. L'articolo descrive l'utilizzo di segnali di 15S0 nm aventi un'intensità inferiore a 1,5 mW come una sorgente di pompaggio per amplificazione in banda L.

La figura 4a raffigura i risultati di misurazione per intensità di uscita di segnale saturo di 1.595 nm (insieme con l'intensità di uscita di segnale saturo di 1.540 nm) e l'efficienza di conversione di potenza dell'intero sistema ottenuta nell'amplificatore a fibra ottica parallelo generale della figura la (qui di seguito, chiamato una "configurazione parallela di primo tipo") e nel'amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la forma di realizzazione della presente invenzione (qui di seguito, chiamato una "configurazione parallela di secondo tipo") mentre varia la lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata, rispettivamente. Facendo riferimento alla figura 4a, si può trovare che l'intensità di uscita nella configurazione parallela di primo tipo mostra una dipendenza elevata dalla lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata in un modo tale che essa aumenta quando la lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata aumenta. Nella configurazione parallela di primo tipo, si era ottenuto un miglioramento nell'efficienza di pompaggio complessiva variabile da 24,4% a 31,3%. Questo miglioramento risulta dal fatto che la luce ASE inversa inutilizzata emessa dalla porzione EDF, che è pompata, dello stadio EDFA in banda L è riutilizzata nella porzione EDF atta a non essere pompata. D'altra parte, nella configurazione parallela del secondo tipo, un'intensità di uscita di segnale saturo di 1.595 nm più elevata ed un'efficienza di conversione di potenza più elevata, erano mostrate, in confronto con la configurazione parallela del primo tipo. Nel caso della configurazione parallela del secondo tipo, l'intensità di uscita di segnale saturo di 1.595 nm era accresciuta a 16,8 mW anche quando non vi è alcuna porzione EDF atta a non essere pompata. Sotto la medesima condizione, la configurazione parallela del primo tipo mostrava 11,6 mW.

Il motivo per cui la configurazione parallela del secondo tipo mostra superiori risultati rispetto alla configurazione parallela del primo tipo, è perchè la luce ASE inversa emessa dallo stadio EDFA in banda C è riutilizzata in modo più efficiente nella configurazione parallela nel secondo tipo, anche se la sua intensità a bassa, in confronto con la configurazione parallela del primo tipo. Si deve notare nella figura 4a che l'effetto di aumento dell'efficienza di conversione di potenza ottenuto tramite riutilizzo della luce ASE inversa emessa dallo stadio EDFA in banda C diminuisce gradualmente quando la lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata aumenta. Questo fenomeno risulta dal fatto che l'intensità della luce ASE inversa emessa dall'EDFA in banda C è inferiore a quella dell'EDFA in banda L. Sulla base dei risultati sopra menzionati, è possibile progettare una configurazione di amplificatore a fibra ottica parallela in grado di conseguire un utilizzo maggiormente efficiente di intensità di pompaggio. In accordo con la presente invenzione, quindi, la porzione EDF atta a non essere pompata è disposta a monte dal diodo laser di pompaggio in un modo tale che essa riutilizza l’intensità di luce ASE inversa risultante dall'operazione di pompaggio del diodo laser di pompaggio .

Allo scopo di misurare la perdita del fattore di rumore risultante dall'intensità bassa e limitata della luce ASE inversa emessa dallo stadio EDFA in banda C, sono stati misurati i rispettivi fattori di rumore delle configurazioni parallele del primo e del secondo tipo. I risultati misurati sono raffigurati nella figura 4b. Facendo riferimento alla figura 4b, si può trovare che la configurazione parallela del secondo tipo mostra un fattore di rumore interno inferiore a quello della configurazione parallela del primo tipo di circa 0,3 dB. Questo fattore di rumore basso della configurazione parallela del secondo tipo può risultare dal fatto che la luce ASE inversa emessa dallo stadio EDFA in banda C non solamente serve come una sorgente o semi di pompaggio per amplificare il segnale di 1.600 nm, ma serve anche come sorgente di fotoni per luce ASE di 1.600 nm. E1 stato anche osservato, per entrambe le configurazioni parallele, che un incremento nel fattore di rumore si verifica quando lunghezza della porzione EDF atta a non essere pompata aumenta. Questo può risultare da una diminuzione nell'inversione di popolazione che si verifica a causa di una diminuzione dell'intensità della luce ASE per lunghezza nella porzione EDF atta a non essere pompata.

Come evidente dalla descrizione precedente, la presente invenzione applica la tecnica per riutilizzare luce ASE inversa inutilizzata ad un amplificatore a fibra ottica parallelo avente differenti bande di guadagno, cioè, banda C e banda L, permettendo quindi all'amplificatore a fibra ottica parallelo di funzionare in una banda e lunghezza d'onda molto ampia pur mostrando un'efficienza di conversione di potenza elevata. Dopo il collaudo della prestazione dell'amplificatore a fibra ottica secondo la presente invenzione, si potrebbe trovare che quando un'operazione di pompaggio è condotta usando luce avente una lunghezza d'onda di 980 nm, si mostra un incremento considerevole nell'efficienza di conversione di potenza dell'intero sistema. Una perdita ridotta in termini del fattore di rumore è stata pure mostrata. Quindi, un amplificatore a fibra ottica avente una prestazione fortemente migliorata può essere fornito in accordo con la presente invenzione.

Sebbene questa invenzione sia stata descritta in connessione con ciò che è attualmente considerata essere la forma di realizzazione maggiormente pratica e preferibile, si deve comprendere che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione descritta, ma, al contrario, essa intende coprire diverse modifiche entro lo spirito e l'ambito delle allegate rivendicazioni.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Amplificatore a fibra ottica parallelo comprendente un primo stadio amplificatore di fibra drogata con erbio (EDFA), ed un secondo stadio EDFA collegato al primo stadio EDFA in parallelo, il secondo stadio EDFA avendo una banda di lunghezza d'onda di guadagno differente da quella del primo stadio EDFA, comprendente inoltre: mezzi per riutilizzare luce di emissione spontanea emessa dal primo stadio EDFA come una sorgente di pompaggio secondaria per il secondo stadio EDFA.
2. Amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo stadio EDFA comprende un EDFA in banda C, ed il secondo stadio EDFA comprende un EDFA in banda L.
3. Amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la rivendicazione l, in cui i mezzi di riutilizzo comprendono: un cireolatore per ricevere la luce di emissione spontanea proveniente dal primo stadio EDFA; una fibra ottica di collegamento per trasmettere la luce di emissione spontanea ricevuta al secondo stadio EDFA; e un accoppiatore ottico collegato tra la fibra ottica di collegamento ed il secondo stadio EDFA in un modo tale che la luce di emissione spontanea proveniente dalla fibra ottica di collegamento sia trasmessa al secondo stadio EDFA.
4. Amplificatore a fibra ottica parallelo secondo la rivendicazione 1, in cui: il secondo stadio EDFA comprende mezzi di pompaggio ottico, una porzione di fibra ottica atta ad essere otticamente pompata dai mezzi di pompaggio ottico, ed una seconda porzione di fibra ottica atta a non essere pompata dai mezzi di pompaggio ottico; e i mezzi di pompaggio ottico del secondo stadio EDFA sono disposti tra la prima e la secónda porzione di fibra ottica e conducono un'operazione di pompaggio in avanti per la prima porzione di fibra ottica.
5. Amplificatore a fibra ottica parallelo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui ciascuno del primo e del secondo stadio EDFA è costituito da una fibra ottica a base di silice.