NL1003248C2

NL1003248C2 - Optische versterker.

Info

Publication number: NL1003248C2
Application number: NL1003248A
Authority: NL
Inventors: Lars Johan Albinsson; Yong-Woo Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-08-05
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1998-09-28
Also published as: GB9603870D0; GB9522943D0; NL1003248A1; GB2304229B; US5838487A; JPH09133935A; GB2304229A

Description

Titel: Optische versterker.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optische versterker, omvattende een optische signaal-transmissiebaan; een pomplaser; een golflengte-selectief koppelorgaan dat een pompbundel die wordt verschaft door de 5 pomplaser, invoert in de optische signaaltransmissiebaan; en een versterkingsmedium dat is verbonden met de uitvoer-aansluiting van het golflengte-selectief koppelorgaan.

Dergelijke optische versterkers zijn algemeen bekend.

10 Meer in het bijzonder wordt van met erbium gedoteerde vezelversterkers, die in het hierna volgende ook worden aangeduid als EDFA (erbium doped fiber amplifiers) voorspeld dat deze op grote schaal zullen worden toegepast in toekomstige telecommunicatiesystemen, en dergelijke 15 optische versterkers worden zelfs gebruikt in systemen die thans worden geïnstalleerd. Deze vezelversterkers zullen mogelijk maken dat grotere datahoeveelheden worden overgedragen over grotere afstanden in een enkele optische vezel zonder regeneratie. Met de hoge datasnelheden en/of 20 lange afstanden ontstaan echter enkele nieuwe problemen. Golflengtescheidingmultiplexen (WDM, "wavelength division multiplexing") representeert een methode voor het overwinnen van sommige van die problemen.

Helaas hebben de in WDM-systemen gebruikte EDFA's de 25 ongewenste eigenschap, dat de versterking normaliter verschillend is voor de verschillende kanalen (golflengten). Dit kan gekarakteriseerd worden door het versterkingsspectrum bij vergrendelde inversie ("locked inversion", LI), dat gemeten wordt bij een constante 30 populatie-inversie. Een verdere moeilijkheid doet zich voor doordat, als de populatie-inversie van een EDFA verandert, de versterkingsfactoren bij verschillende golflengten zullen veranderen met verschillende hoeveelheden. Daardoor hangt de versterkingsvlakheid van een EDFA af van de 35 bedrijfsversterking, welke bijgevolg in beschouwing moet 1 003248 2 worden genomen bij het EDFA-ontwerp. De versterking hangt echter af van bijvoorbeeld het signaalvermogen en het pompvermogen en de spectrale verdelingen, welke beide kunnen variëren. Verder is, voor cascades met veel EDFA's, 5 de gemiddelde versterkingsfactor bij benadering gelijk aan het gemiddelde verlies tussen versterkers, hetgeen ook onbekend kan zijn en zelfs met de tijd kan variëren. In sommige toepassingen kan men daarenboven de inherente automatische vermogensbesturing van EDFA's willen 10 gebruiken, hetgeen uitsluitend afhangt van een verandering van het versterkingsniveau in de EDFA. Het kan derhalve moeilijk of zelfs onmogelijk zijn om te weten voor welk versterkingsniveau een EDFA met afgevlakte versterkings-factor ontworpen dient te worden.

15 Voor het verkrijgen van een vlak LI-versterkings- spectrum is een aantal methoden gebruikt, met diverse graden van complexiteit en toepasbaarheid. Een nuttige methode is het modificeren van de samenstelling van een in de EDFA gebruikt glas. Het modificatieproces voor de 20 glassamenstelling is tot dusverre gefocusseerd op het verkrijgen van een vlakke versterking. De afhankelijkheid van de vorm van het versterkingsspectrum op de populatie-inversie kan gebruikt worden voor het fijn-afstemmen van een LI-versterkingscurve door het kiezen van een optimale 25 populatie-inversie. Vaak worden ER3+:A13+:GE4+: Si02-glazen met een hoog Al3+-gehalte gebruikt voor het fabriceren van een EDFA met versterkingsvlakheid. Op vergelijkbare wijze wordt fluorideglas gebruikt voor het fabriceren van een EDFA met een brede, vlakke versterking. Een andere 30 oplossing is het gebruikmaken van een versterkings- afvlakkend filter. Volgens een recent "review" van optische versterkers voor WDM, kan een EDFA volgens conventionele technologie de volgende problemen hebben.

1. De EDFA negeert volledig LI-versterkingsvlakheid. 35 (En de LI-versterkingsvlakheid is onvoldoende).

1003248 3 2. De EDFA is slechts voor een bepaald ingangssignaal en voor bepaalde pompvermogens afgevlakt.

3. De EDFA is alleen voor een bepaalde versterkings-factor afgevlakt.

5 4. De EDFA vereist equalisatie met een afstembaar filter, of tenminste aanpassing van het ingangsvermogen met een variabele verzwakker.

Bijgevolg treden op typerende wijze de volgende complicaties op in EDFA's voor WDM.

10 1. De vorm van de LI-versterkingscurve, inclusief vlakheid, zal veranderen als de bedrijfsomstandigheden veranderen.

2. Als ten minste één of meer van de pompbronnen falen, zal de vorm van de LI-versterking drastisch 15 ve rande ren.

3. Een conventionele EDFA moet werken bij een vooraf bepaalde versterkingsfactor.

4. Een conventionele EDFA heeft behoefte aan het bewaken van signaalvermogen, en aan het besturen van ofwel 20 een instelbaar spectraal filter of verzwakker of het pompen van de EDFA.

5. Een conventionele EDFA heeft behoefte aan een instelbaar filter.

6. Een conventionele EDFA kan niet automatisch 25 vermogensbesturing verschaffen, hetgeen normaliter een inherent karakteristiek kenmerk is van de EDFA, aangezien als het dat wel deed, de vorm van het versterkingsspectrum zou veranderen.

30 De uitvinding ondervangt nu de bovenstaande bezwaren en voorziet in een met erbium gedoteerde vezelversterker waarvan de spectrale vorm van een LI-versterkingscurve onafhankelijk is van bedrijfsversterking, zoals beïnvloed door bijvoorbeeld ingangssignaalvermogen, over tenminste 35 een deel van het versterkingsspectrum.

1003248 4

Voorts voorziet de uitvinding in een met erbium gedoteerde vezelversterker waarvan de spectrale vorm van een LI-versterking onafhankelijk is van de bedrijfs-versterking en populatie-inversie en dynamische verster-5 kingsvlakheid wordt verkregen door de LI-versterking vlak te maken in een overlappend golflengtegebied.

De optische versterker volgens de onderhavige uitvinding wordt daartoe gekenmerkt doordat het versterkingsmedium een versterkingskarakteristiek heeft 10 waarin, als de versterker verandert bij één golflengte, de versterking bij een andere golflengte met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen.

De versterkingskarakteristiek kan in een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding zodanig zijn dat, als de 15 versterkingsfactor verandert bij één golflengte, de versterkingsfactor met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen bij alle golflengten in een continu golflentegebied.

De versterkingskarakteristiek kan in een andere 20 voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding zodanig zijn dat, als de versterkingsfactor verandert bij één golflengte, de versterkingsfactor met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen bij elk van een aantal discrete golflengten in een golflentegebied.

25 Bij voorkeur is het versterkingsmedium een in hoofdzaak homogeen verbreed versterkingsmedium.

Bij voorkeur omvat het versterkingsmedium voorts een optische vezel.

Bij voorkeur omvat de optische vezel een met erbium 30 gedoteerde vezel.

Bij voorkeur omvat de optische vezel voorts een met erbium gedoteerde alumino-germanosilicaatvezel die tot 10% aluminium bevat.

Bij voorkeur is het aluminiumgehalte ongeveer 1%.

1003248 5

De dwarsopstelling van het versterkingsmedium kan op voordelige wijze gemodificeerd worden voor het verschaffen van de versterkingskarakteristiek.

Het versterkingsmedium kan op voordelige wijze een 5 hybride versterkingsmedium zijn, verkregen door het combineren van stukken van ten minste twee verschillende versterkingsmedia, waarbij de lengten en posities van de verschillende versterkingsmedia worden aangepast om de versterkingskarakteristiek te verschaffen.

10 Een pompgolflengte kan op voordelige wijze worden aangepast teneinde elke afhankelijkheid van de LI-verster-kingsvorm op het versterkingsniveau in een vooraf bepaalde golflengtegebied te minimaliseren.

Een optische vezelversterker als bovenstaand kan 15 verder op voordelige wijze een reflecterende spiegel en optische aftakmiddelen omvatten zodat een lichtsignaal tweemaal passeert door het versterkingsmedium voor en na reflectie aan de spiegel teneinde tweemaal door het versterkingsmedium te passeren, waardoor uniformiteit van 20 signaal-geïnduceerde versterkingslcompressie wordt verbeterd, en het gereflecteerde signaal wordt daarna afgetakt en uitgevoerd.

Een optische versterker als bovenstaand kan op voordelige wijze een filter omvatten voor het modificeren 25 van het versterkingsspectrum in het versterkingsmedium voor het bereiken van een in hoofdzaak gelijke versterking bij de golflengten.

Een gewenste modificatie van het spectrum (filteren) kan op voordelige wijze worden verkregen in een vooraf 30 bepaalde golflengteband door het additionele gebruik van één stuk versterkingsmedium met gewenste spectrale karakteristieken in een deel van de versterker waar de versterkingsfactor niet verzadigt of, als alternatief, de waarde van de versterkingsverzadiging niet verandert, over 35 het bereik van bedrijfsomstandigheden waarvoor de versterker is ontworpen.

1003248 6

Het filteren in het éne stuk versterkingsmedium kan op voordelige wijze worden ingesteld door het veranderen van een pompgolflengte.

De uitvinding strekt zich voorts uit tot een optisch 5 transmissiesysteem dat ten minste één optische link omvat en ten minste één optische versterking volgens een of meer van de voorgaande aspecten van de uitvinding.

In een dergelijk optisch transmissiesyteem, waarbij het systeem verliezen heeft die veranderen op een voor-10 spelde golf1engte-afhankelijke manier over een tijdsperiode, kan op voordelige wijze de versterkingskarak-teristiek van het versterkingsmedium worden aangepast om te veranderen op een vooraf bepaalde golflengte-afhankelijke manier over die periode teneinde te compenseren voor de 15 verandering in de verliezen, zodat de golflengte-afhankelijkheid van de netto versterkingsfactor in hoofdzaak onafhankelijk blijft van de verliesveranderingen.

De term "netto versterkingsfactor" betekent de versterkingsfactor van het systeem minus de verliezen van 20 het systeem.

Een optisch transmissiesysteem als bovenstaand kan op voordelige wijze ten minste één filter omvatten dat is geassocieerd met een aantal optische versterkers, waarbij het filter is ingebouwd in één van de optische versterkers 25 of is opgesteld tussen twee optische versterkers.

In een optisch transmissiesyteem als bovenstaand kunnen op voordelige wijze golflengte-verdeling gemulti-plexte (WDM) signalen worden versterkt in tenminste een deel van het systeem.

30 Een optisch transmissiesyteem als bovenstaand kan op voordelige wijze een AM CATV vezeloptische distributielink of netwerk verschaffen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekeningen en de beschrijving in het volgende nader worden toegelicht. 35 Fig. IA toont een voorbeeld van een conventionele EDFA met een algemene pompstructuur; 1003248 7

Fig. IB toont een voorbeeld van een algemeen reflectief type EDFA;

Fig. 2 is een grafiek voor het weergeven van spectra met betrekking tot laag Al3+-gehalte in vergelijking met 5 spectra met betrekking tot conventionele EDF's (EDF: Erbium Doped optical Filter) met hoog Al3+-gehalte;

Fig. 3A is een grafiek voor het weergegeven van versterkingsspectra bij vergrendelde inversie, berekend wanneer de bedrijfsomstandigheden veranderen, van EDF's met 10 laag Al3+-gehalte volgens voorbeelden van de onderhavige uitvinding, zonder een filter;

Fig. 3B is een grafiek voor het weergeven van LI-versterkingsspectra die berekend zijn wanneer de bedrijfsomstandigheden veranderen, van een conventionele 15 EDFA met hoog Al3+-gehalte zonder een filter;

Fig. 4 geeft weer een voorbeeld van een EDFA met een algemeen filter;

Fig. 5A is een grafiek voor het weergeven van LI-versterkingsspectra die berekend zijn wanneer de 20 veranderingen van bedrijfsomstandigheden van een EDFA met laag Al3+-gehalte met filter (met compensatie door filter), volgens een voorbeeld van de onderhavige uitvinding;

Fig. 5B is een grafiek voor het weergeven van LI-versterkingsspectra die zijn gemeten wanneer de 25 bedrijfsomstandigheden veranderen, van een EDFA zonder een filter (zonder compensatie door een filter) (zoals fig.

3A) ;

Fig. 6 is een grafiek voor het weergeven van berekende versterkingsvlakheid van een EDFA met dynamische 30 versterkingsvlakheid en van conventionele EDFA's;

Fig. 7 toont een voorbeeld van een hybride EDFA;

Fig. 8 is een grafiek voor het weergeven van versterkingszwaaien van de twee verschillende typen EDF's in een hybride EDFA, samen met de gewogen som van de 35 versterkingszwaaien; 1003248 8

Fig. 9A is een grafiek en geeft weer hoe pompgolflengte versterkingscompressie beïnvloedt, bij een signaalgolflengte van 1532 nm, op verschillende wijze in relatieve versterkingscompressie (in werkelijkheid de 5 versterking ten opzichte van kleine signaalversterking) tussen twee verschillende typen van EDF's is getoond versus ingangssignaalvermogen voor drie verschillende pompgolf-lengten;

Fig. 9B is een grafiek en geeft weer hoe pompgolf-10 lengte versterkingscompressie beïnvloedt, bij een signaalgolf lengte van 1550 nm, op verschillende wijze in EDF's van verschillende samenstelling; het verschil in relatieve versterkingscompressie (in werkelijkheid de versterking ten opzichte van kleine signaalversterking) tussen twee 15 verschillende typen van EDF's is getoond versus ingangssignaalvermogen voor drie verschillende pompgolf-lengten;

Fig. 10A geeft een voorbeeld weer van een EDFA met pre-filterend EDF; 20 Fig. 10B geeft een voorbeeld weer van een EDFA van het reflectietype met pre-filterend EDF; en

De figuren 11A en 11B zijn grafieken en geven weer hoe het filteren gestuurd kan worden door de pompgolf-lengte: de grafieken tonen voorbeelden hoe het verster-25 kingsspectrum gemodificeerd zou worden als één type EDF zou worden uitgewisseld voor een ander type, voor verschillende pompgolflengten.

Figuur IA toont een voorbeeld van een conventionele EDFA met een algemene pompstructuur. In deze en andere 30 figuren worden optische vezels aangeduid door lijnen, en worden optische verbindingen op typerende wijze "splices") aangeduid door kruizen. De in figuur 1 getoonde EDFA omvat een met erbium gedoteerde vezel (EDF), twee pomplasers en twee golflengte-selectieve koppelorganen (WSC) 1, en de 35 pompstructuur daarvan is bi-directioneel. De pompstructuur kan ook uni-directioneel zijn, d.w.z. voorwaarts of 1003248 9 terugwaarts. De WSC laat een optische pompbundel invoeren in de baan van het overgedragen signaal (en bijgevolg in de EDF). In de EDF wordt energie overgedragen vanaf de optische pomp of pompen naar het optische signaal, waardoor 5 het signaal wordt versterkt. In het geval van WDM wordt een aantal signalen (kanalen) overgedragen door een aantal signaalbundels, elk bij een verschillende (maar vergelijkbare) golflengte.

Figuur 1B toont een voorbeeld van een algemeen 10 reflectief type EDFA. Het reflectieve type EDFA omvat de EDF, de WSC 1, de pomplaser, een spiegel (M) voor reflectie, en een optische circulator (OC) 2. Hier dient de OC 2 voor het aftakken van uitgangslicht dat door reflectie in de EDF is versterkt.

15 Thans zullen voorbeelden worden beschreven van met erbium gedoteerde optische vezelversterkers (EDFA) die de onderhavige uitvinding belichamen.

De vorm van een verandering in LI-versterkings-spectrum (in dB) voor een homogeen verbreed versterkings-20 medium kan worden gegeven door de versterkingszwaai (per lengte eenheid) gp_p (λ) = [g* (λ) + α(λ)] (in decibellen per meter), waarbij g* (λ) de versterkingsfactor is en α(λ) het absorptiespectrum is. Waar de versterkingsfactor van EDFA's overheersend homogeen verbreed is, kan van deze verge-25 lijking verwacht worden, dat deze een EDFA goed beschrijft, zoals experimenteel is aangetoond. Deze en andere vergelijkingen dienen echter alleen voor het uitleggen van de principes van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding. Meer in het algemeen vertrouwt de uitvinding niet 30 noodzakelijkerwijs op de geldigheid van de vergelijkingen. In elk geval kan van de vergelijkingen worden verwacht, dat zij slechts bij benadering geldig zijn. Bijgevolg wordt voorgesteld om een met erbium gedoteerde optische vezel (EDF) te gebruiken met een constante versterkingszwaai over 35 een bepaald golflengtegebied, of gelijke versterkingszwaai bij een discrete set golflengten. Het zal duidelijk zijn 1003248 10 dat dan, als de versterking gecomprimeerd wordt, een EDFA met een minimale variatie van de vorm van het versterkings-spectrum wordt verkregen, of in het geval van gelijke versterkingszwaai bij discrete golflengten zal de 5 versterkingsverandering bij deze golflengten gelijk zijn.

Een eerste type versterkingsmedium is een normale EDF met constante versterkingszwaai. Teneinde de EDF te verkrijgen dient echter de samenstelling en het vervaar-digingsproces daarvan zorgvuldig, gecontroleerd te worden. 10 Een eerste type versterkingsmedium voor een EDFA is een alumino-germanosilicaatglas met laag Al3+-gehalte, met een constante versterkingszwaai. Een tweede type versterkingsmedium bestaat uit een hybride EDFA, samengevoegd uit ten minste twee verschillende types EDF's. Hier heffen de 15 veranderingen in de vorm van de versterkingsspectra van de verschillende EDF's elkaar op om effectief een vlakke versterkingszwaai te creëren. In dit geval moet zorgvuldig aandacht worden besteed aan hoe lang verschillende stukken van EDF's zijn, en in welke volgorde zij aan elkaar worden 20 gezet. Bijkomende voordelen kunnen gewonnen worden door de pompgolflengte zorgvuldig aan te passen.

Hoewel een versterkingsmedium volgens het bovenstaande verzekert, dat de spectrale versterkingsvorm onafhankelijk van bedrijfsomstandigheden zal zijn, is het 25 onwaarschijnlijk dat deze vlak is. Om de versterking vlak te maken, zijn waarschijnlijk enkele modificaties nodig.

Eén mogelijkheid is het inbrengen van een lineair (d.w.z. vermogensonafhankelijk) filter, dat een spectraal afhankelijke verzwakking verschaft voor, na, of binnen het 30 versterkingsmedium.

Een andere mogelijkheid voor effectief filteren is het verkrijgen van hetzelfde effect als dat van het lineaire filter door gebruikmaking van een speciaal geselecteerde EDF in een constant-inversiegebied van de 35 EDFA. Hierbij dient de inversie onafhankelijk te zijn van de signaalgolflengte en vermogensvariaties. In een EDFA met 1003248 11 een voorwaarts propagerende pomp kunnen dergelijke gebieden worden gevonden in het initiële gedeelte van de EDFA, aangezien het signaalvermogen, en bijgevolg de variaties daarvan, klein genoeg zal zijn om de populatie-inversie in 5 dat gedeelte van de EDFA niet te beïnvloeden, voor veel praktische systemen. Het spectrale versterkingsverschil tussen deze EDF en degene die anders gebruikt zou worden (indien dit het geval is) wordt nauwkeurig afgemeten om de versterking te vervlakken.

10 Er is nu ontdekt dat het inderdaad mogelijk is om EDFA1s te maken waar de spectrale vorm van de LI-versterking onafhankelijk zal zijn van het ingangssignaalvermogen, pompvermogen en bedrijfsversterking. Nieuwe EDFA's kunnen in veel opzichten vergelijkbaar zijn met bestaande 15 modellen, behalve dat het versterkingsmedium (EDF) speciaal ontworpen is om enkele speciale eigenschappen te hebben. Verder wordt speciale aandacht besteed aan het pompen in sommige versies van het versterkingsmedium. In voorkeursuitvoeringsvormen is een nieuwe EDFA veel verbeterd ten 20 opzichte van de eerdergenoemde nadelen.

Eén eigenschap van een nieuwe EDFA is dat de spectrale vorm van de LI-versterking onafhankelijk zal zijn van de bedrijfsversterking en populatie-inversie. Een verdere optie is het vlak maken van de LI-versterking in 25 een golflengtegebied dat overlapt met het gebied met constante vorm. Dan wordt dynamische versterkingsvlakheid (DGF) verkregen. Voor dit doel kan ofwel een spectraal filter worden gebruikt, ofwel verdere modificatie van het ontwerp van het versterkingsmedium. Dan zal de versterking 30 vlak zijn en vlak blijven als het bedrijfsniveau van de versterking verandert. Het zal ook AC versterkings-"tilt" en "tilt"-variaties in EDFA's voor analoge AM CATV elimineren.

Zoals reeds in het bovenstaande vermeld tonen de 35 figuren IA en 1B enkele mogelijke conventionele configuraties voor een EDFA. Hier stelt men primair belang in het 1003248 12 versterkingsmedium (EDF/EDF's), maar in mindere mate ook in het pompen. Figuur IA toont een EDFA met mogelijk uni-directioneel (voorwaarts en achterwaarts) of bi-direc-tioneel pompen. Figuur 1B toont een voorbeeld van een 5 reflectieve EDFA met een circulator. Gebaseerd op de in de figuren IA en 1B getoonde conventionele EDFA zal thans meer gedetailleerd een voorbeeld worden beschreven van een EDFA volgens de onderhavige uitvinding.

1. EDFA gebaseerd op een versterkingsmedium dat bestaat 10 uit één type EDF

Eerst wordt aangenomen dat de EDFA bestaat uit een enkel type EDF. Dan kan, voor een homogeen verbreed versterkingsmedium zoals de EDF, de LI-versterking G (in dB) worden geschreven als 15 G(n2,A) = [g*(A)n2-a(A)n2-(A) (\-n2)]L-f(A) (1) waarbij λ de golflengte is, L de afstand is waarover het signaal door de EDF propageert, 20 α(λ) het absorptiespectrum is in decibellen per meter, g* (λ) de versterkingsfactor is, in decibellen per meter, bij volledige inversie, f (λ) de verzwakking is van een optische vezel in 25 decibellen, en n2 de over de EDFA gemiddelde excitatiegraad is, d.w.z. de verhouding Erï+-ionen.

n2 is direct gerelateerd aan de populatie-inversie. Merk op dat de grootheid n2 volstaat voor de beschrijving 30 van hoe de versterking varieert als gevolg van veranderende bedrijfsomstandigheden. Volgens vergelijking (1) verandert het LI-versterkingsspectrum met n2 als: 1003248 13 d G(n2, λ) / dn2 = L[g*(X) + a (A)] (2)

Als de grootheid [g* (λ) + α(λ)] ξ gp p (λ) gelijk is voor twee golflengten, zal de versterkingsfactor (in dB) bij deze golflengten met gelijke hoeveelheden veranderen 5 wanneer n2 verandert. Het produkt Lgp.p(X) is ook gelijk aan het versterkingsverschil tussen een compleet geïnverteerde en een niet-gepompte EDFA, d.w.z. de maximale totale versterkingszwaai (verandering) van de EDFA. Een sleutel-aspect van voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige 10 uitvinding is dat voor het ontwerp van een DGF EDFA, gp.p(X) constant moet zijn over een verlengd golflengtegebied. Gebleken is, dat dit bereikt kan worden in een Er3* : AL3* : Ge4* : Si02-glasvezel met 1,55 μτη. Een dergelijke EDF kan gefabriceerd worden door standaard methoden (in dit geval 15 MCVD samen met oplossingdotering).

De vergelijkingen 1 en 2 zijn ook toepasbaar bij een vier-niveausysteem. In tegenstelling daarmee is de EDF een twee- of drie-niveausysteem, afhankelijk van het pom-pniveau. Voor een vier-niveausysteem is α(λ) gelijk aan nul 20 voor de signaalgolflengten.

Bijgevolg zal, vooropgesteld dat ook het verlies f (λ) verwaarloosbaar is, de versterkingszwaai golflengte-onafhankelijk zijn als en alleen als de versterking ook golflengte-onafhankelijk is. In tegenstelling tot de 25 zwaaivlakheid van de EDFA kan men daarom zowel het probleem van een golflengte-onafhankelijke versterking en een golflengte-onafhankelijke versterkingszwaai tegelijkertijd oplossen door de chemische samenstelling van het verster-kingsmedium te modificeren. Daarom kan een versterking die 30 golflengte-onafhankelijk is, zelfs als de bedrijfsomstandigheden veranderen, gemakkelijker worden verkregen aangezien, met andere woorden, het probleem van een versterkingsvorm die onafhankelijk is van bedrijfsomstandigheden, wordt opgelost op hetzelfde moment dat men 35 een golflengte-onafhankelijke versterking verkrijgt.

1003248 14

Voor een EDFA worden deze problemen echter niet tegelijkertijd opgelost. Tot nog toe heeft men geprobeerd om een vlakke versterking te verkrijgen door de samenstelling van de EDF te modificeren, maar dan blijft het 5 probleem met de veranderende versterkingsvorm. Aangezien de veranderende versterkingsvorm een veel moeilijker rest-probleem is om "buiten" het versterkingsmedium op te lossen, lossen wij in plaats daarvan het probleem met de veranderende versterkingsvorm op "binnen" het versterkings-10 medium. Dan blijft alleen het eenvoudiger restprobleem van een golflengte-afhankelijke versterkingsvorm op te lossen, hetgeen wij gemakkelijk kunnen doen door gebruikmaking van een filter.

Figuur 2 toont de relevante spectra voor een Er3" : 15 AL3+ : Ge4+ : Si02 glasvezel met laag AL3+-gehalte, bijvoorbeeld SE 4B401, dat op typerende wijze vandaag de dag (stand der techniek) wordt gebruikt voor het afvlakken van de versterkingsfactor, ook gefabriceerd met oplossings-dotering. Een uit die vezel gemaakte EDFA vertoonde een 20 relatief vlakke versterking over een verhoudingsgewijs groot golflengtegebied van 1540 nm tot nm, zelfs zonder een filter. Hier zijn de krommen a, c en e spectra die getekend zijn op basis van de standaards van de linker coördinaat-as en resp. gp.p (λ), α(λ) en g* (λ) representeren 25 in het geval van gebruikmaking van de conventionele EDF. De krommen b, d, f en g zijn spectra die getekend zijn op basis van de standaards van de rechter coördinaat-as en resp. gp_p(X), g* (λ) , α(λ), en f (λ) van de nieuwe EDFA representeren.

30 De figuren 3A en 3B tonen de versterkingsspectra die

berekend zijn volgens vergelijking (1) voor de nieuwe EDF met laag Al3+-gehalte (bijvoorbeeld EXR9325) en de EDF (bijvoorbeeld SE 4B401) van de eerdere techniek, voor diverse waarden van n2. In de figuren correspondeert een 35 waarde van bijvoorbeeld 80% met een waarde n2 = 0,8. Bij het fabriceren van de EDFA voor het verkrijgen van DGF

1003248 15 wordt begrepen dat de vorm van de versterking onafhankelijk is van de waarde van n2 in een golflengtegebied 1545 nm tot 1552. Dit correspondeert met het gebied van constante versterkingszwaai in figuur 2. voor de andere EDF bestaat 5 een dergelijk gebied niet.

Hoewel de inversie-onafhankelijke versterkingsvorm nuttig kan zijn voor bijvoorbeeld AM CATV, aangezien de constante versterkings-"tilt" de gemakkelijke compensatie daarvan toelaat, zal speciaalgolflengteverdeling-10 multiplexing- (WDM) toepassing beter werken als het LI-versterkingsspectrum vlak is. Een filter (OF) 3 voor het compenseren van de constante versterkings-"tilt", kan worden ingebracht vóór, tussen, of na de EDF of EDF's, zoals getoond in figuur 4. Het filteren kan ook worden 15 verdeeld langs de vezel (EDF). Hoewel de positie van het filter 3 de karakteristieken van de EDFA aanzienlijk zal beïnvloeden, is het irrelevant hoe het versterkingsspectrum afhangt van n2. Het versterkingsspectrum van de nieuwe EDF, met compensatie met een filter, is getoond in figuur 5A 20 voor verschillende waarden van n2. In dit voorbeeld (figuur 5A) was een Mach-Zehnder filter met een maximale verzwakking bij 1570 nm, een vrij spectraal bereik van 68 nm, een insertieverlies van nul, en een piekverzwakking van 0,373 dB per meter EDF, gebruikt om de.versterkings-25 factor af te vlakken. De met "min" gemarkeerde kromme in figuur 5A toont het verlies van het Mach-Zehnder filter.

Hoewel de figuren 3A, 3B en 5A berekeningen zijn die gebaseerd zijn op de in figuur 2 getoonde gemeten spectra, toont figuur 5B een werkelijke meting van de LI-versterking 30 van een EDFA met een constante spectraalvorm in het golflengtegebied 1542-1550 nm. In dit geval werden de verschillende krommen gemeten bij verschillende pomp-vermogens. Dit is een experimentele verificatie van een EDFA met een constante versterkingsvorm.

35 Teneinde de met de speciale EDF en het filter verkregen DGF verder te analyseren, en deze met de stand 1003248 16 der techniek te vergelijken, is de versterkingsafwijking getoond voor verschillende waarden van n2 in figuur 6 voor EDFA's gebaseerd op de twee verschillende EDF's. De curven a, b en c tonen de relatieve afwijkingen van de verster-5 kingsfactor voor EGF EDFA bij n2 gelijk aan respectievelijk 0,6, 0,8 en 1,0. De drie curven voor verschillende n2 zijn vrijwel samenvallend. Hier werden de maximale versterkings-factoren voor λ groter dan 1,545 μτη en afwijkingen berekend voor de conventionele EDFA en λ groter dan 1,545 μτη werden 10 gebruikt als referentiewaarden ten opzichte waarvan de afwijkingen werden berekend voor de conventionele EDFA, resp. EGF EDF. De curven d, e en f tonen de relatieve afwijkingen van de versterkingsfactor voor de conventionele EDF bij n2 gelijk aan respectievelijk 1,0, 0,8 en 0,6. De 15 versterkingsfactor werd berekend met vergelijking (1).

Uit figuur 6 blijkt het volgende. De referentie EDFA vertoont een vlakke versterking (tot binnen 3%) over een ruime bandbreedte voor alle drie de verschillende gebruikte waarden van n2. Bij n2 = 0,8 is het golflengtegebied van 20 1538 nm tot 1554 nm. Aldus kan voor een EDFA met een versterking van 30 dB binnen dit gebied een vlakheid worden verkregen van ±0,45 dB. Voor een cascade van EDFA's met een totale versterking van 100 dB en met n2 = 0,8 (gemiddeld over alle EDFA,s), representeert hetzelfde golflengtegebied 25 de 3 dB bandbreedte. Het golflengtegebied verandert echter met n2: bij n2 = 0,6 is het golflengtegebied 1552 nm tot 1563 mn. De overlap met het golflengtegebied bij n2 = 0,8 is slechts 1 nm - 2 nm. Voor de DGF EDFA zijn de curven voor verschillende n2 dicht bij elkaar gelegen en is de 30 bandbreedte kleiner. Het overlappende golflengtegebied van vlakke versterking is echter relatief groot, bijvoorbeeld 10 nm bij 10% vlakheid en 7 nm bij 3% vlakheid, zelfs als n2 verandert van 1 tot 0,6. Dit is een nieuw en onverwacht resultaat.

35 De met de figuren 5A en 6 corresponderende DGF EDFA

werd slechts over een beperkt golflengtegebied afgevlakt.

1003248 17

Het is echter ook mogelijk de DGF EDFA af te vlakken over een breder golflengtegebied, hoewel DGF alleen zal optreden in het originele golflengtegebied. Als voorbeeld is gebleken dat een eenvoudig Mach-Zehnder filter, vergelijk-5 baar met het in figuur 5A getoonde filter, de versterking kan afvlakken van 1542 nm tot 1562 nm. Aldus kan een bredere vlakke versterking, met een bandbreedte vergelijkbaar met die van traditionele versterkings-afgevlakte EDFAs, worden bereikt zonder de EDFA verder te compliceren. 10 De smalle bandbreedte van de DGF EDFA is een beperking. Andere gastheertnaterialen kunnen een constante gp.p (λ) verschaffen over een grotere bandbreedte. Verder kunnen de spectrale vormen ook worden gemodificeerd door de geometrien te veranderen van de brekingsindex en de 15 Er3+-dotering van de EDF.

2. Voordelen van hybridisatie (versterkingsmedium van ten minste twee typen EDF's)

Hoewel de bovenbeschreven DGF EDFA resulteert in een vlakke versterking over een breed gebied van bedrijfs-20 omstandigheden, is er een sterk nadeel: het kan moeilijk zijn om de versterkingszwaai van de EDF tijdens vervaardiging nauwkeurig te beheersen. Een weg daaromheen zou zijn het gebruik van ten minste twee verschillende EDF's (A, B en C) met verschillende vormen van de versterkingszwaai, 25 samengevormd tot een hybride EDF, zoals getoond in figuur 7, met een effectief vlakke versterkingszwaai. Nu wordt de versterking gegeven door de formule G(A, n2Vn22, ...,n2i, ...,n21) = l[g-(A)n2i-α,.(/1) (1-n2 )]Z,(. -ƒ(/!) (3) i-l waarbij k het aantal verschillende typen EDF's is, λ de 30 golflengte is, LA de vezellengte van EDF type i is, (λ) het absorptiespeetrum is in decibelln per meter van EDF, f(λ) de verzwakking is van een optisch filter en/of achtergrondverliezen, etc., in decibellen, en n24 is de 1003240 18 excitatiegraad, d.w.z. de verhouding van Er3+-ionen in de gexciteerde (metastabiele) toestand ten opzichte van het totale aantal Er3+-ionen EDF type i. (Opgemerkt wordt dat men thans onderscheid moet maken tussen n2 in de 5 verschillende typen EDF).

Om de hybride EDFA efficiënt te maken voor DGF, zijn echter enkele ontwerpmodificaties nodig in vergelijking met huidige hybride EDFAs (stand der techniek).

Allereerst moeten de EDF's en hun lengten gekozen 10 worden zodat de gewogen som van hun versterkingszwaaien constant zal zijn over een golflengtegebied. De som wordt gewogen door de lengte van de individuele stukken van EDF's waar de versterking gecombineerd kan worden, en de maximale compressiewaarde die de verschillende EDF's kunnen onderis gaan, d.w.z. de maximale waarde waarin n2Λ kan variëren tijdens compressie. In het algemeen is dat gegeven door het verschil tussen de maximale waarde van n2if hetgeen naar boven is beperkt door gA* (λρ) /gp_pΛ (λρ) en naar beneden toe is beperkt door a* (>Xs) /gp.p(i (Xs) waarbij λρ de pompgolf-20 lengte is, en Xs een representatieve signaalgolflengte. De bovenlimiet zal echter nooit worden bereikt in een goed ontworpen EDFA, en de onderlimiet kan in de praktijk nooit bereikt worden. Een ontwerp dat de praktische limieten gebruikt in plaats van de "harde", zal waarschijnlijk beter 25 presteren. Zie figuur 8 voor versterkingszwaaien en hun gewogen som. In figuur 8 toont curve a de totale versterkingszwaai van een Al-vrije optische vezel, toont curve b de totale versterkingszwaai van een Ge-vrije optische vezel, toont curve c de gewogen versterkingszwaai 30 van Al-vrije optische vezel, toont curve d de gewogen versterkingszwaai van Ge-vrije optische vezel, en toont curve e de som van de door de curven c en d getoonde gewogen versterkingszwaaien.

Op deze manier zijn verschillende typen EDF's 35 samengevoegd om een hybride EDF te maken, waardoor een 1003248 19 golflengtegebied wordt verkregen waar versterkingszwaaien onafhankelijk zijn van de golflengte.

De bovenstaande ontwerpregel verzekert dat het LI-versterkingsspectrum dezelfde vorm heeft wanneer n2± 5 hun maximale (praktische) waarden bereiken als wanneer zij hun lagere bereiken. Wanneer de bedrijfsomstandigheden veranderen, zal n2echter in verschillende typen EDF1s met verschillende hoeveelheden veranderen. Indien de versterkte spontane emissie (ASE: amplified spontaneous emission) kan 10 worden verwaarloosd, geldt /„σ' „ / Av„ +I σ'. / Αν j ✓ ^ — Ρ α'Ρ Ρ s a,s s ( λ \ η2 χ,γ,ζ λ/τ^+ + a‘ρ) / Αν, + /, (σ^ + / Αν, (η21 wordt clan verkregen als het gewogen gemiddelde over n2l (x, y, z).) Een vergelijkbare uitdrukking geldt wanneer ASE niet kan worden verwaarloosd. In vergelijking (4) is I 15 de sterkte van het signaal (index s) en pomp (index p) binnen het versterkingsmedium, σ1 is de werkzame doorsnede voor gestimuleerde emissie (index e) en absorptie (index a) voor de signaal en pomp in EDF type i, v is de optische frequentie, τ^1 is de levensduur voor spontane emissie in 20 EDF type i, en h is de constante van Planck. Neem aan dat er slechts twee typen EDF's zijn, A en B. Opdat de verandering in n2 A (voor EDF type A) altijd gelijk is aan die in n2 B (voor EDF type B), moeten de proporties van al de doorsneden evenals de levensduur voor spontane emissie 25 hetzelfde zijn in de twee typen EDF's. (Experimenteel moeten verzadigingskarakteristieken van een zeer korte EDF gelijk zijn voor alle mogelijke pompvermogens, voor de twee typen. Dit is nauwkeuriger dan de hier geprobeerde theoretische beschrijving, aangezien dit onder andere de 30 verschillen in rekening brengt in overlap in verschillende EDF's bij verschillende golflengten). In praktijk is dit waarschijnlijk niet het geval. Door de pompgolflengte af te stemmen kan echter het verschil van de verzadigings- *003248 20 karakteristieken van de (ten minste) twee verschillende typen EDF's geminimaliseerd worden, zoals getoond in de figuren 9A en 9B. Hier tonen de figuren 9A en 9B het verschil in relatieve versterkingscompressie (d.w.z. de 5 versterking ten opzichte van de versterking voor kleine signalen) tussen een silicaat EDF en een ZBLAN EDF voor drie verschillende pompgolflengten (965, 970, en 985 nm). Figuur 9A toont het verschil voor een signaalgolflengte Xs van 1532 nm, en figuur 9B voor Xs = 1550 mn.

10 Zelfs als de minimalisering perfect zou zijn, zou dat echter niet voldoende zijn: De EDF's bevinden zich noodzakelijkerwijs op verschillende plaatsen, bijgevolg zullen de vermogensfluxen en intensiteiten verschillend zijn. Met dit in gedachte is men beter af wanneer de 15 pompgolflengte wordt geoptimaliseerd met betrekking tot de gerede, hybride EDF dan met het minimaliseren van de verschillen in verzadigingskarakteristiek van korte stukken van de verschillende typen EDF's. In het bijzonder aangezien ASE, hetgeen alleen van betekenis is in de gerede 20 EDFA, belangrijk kan zijn voor de details van de verzadiging.

Het effect van verschillende locaties van de verschillende typen EDF's kan ook op andere manieren worden gereduceerd. Idealiter, als de hybride EDF zou zijn gemaakt 25 van zeer veel stukken van zeer kleine EDF's, zou het verdwijnen, maar dat is onpraktisch en kan leiden tot grote reflecties bij de verbindingspunten. Toch kan het aantal verschillende stukken zeer wel groter moeten zijn dan twee in een nietreflecterende EDFA, aangezien anders verzadiging 30 alleen zou kunnen optreden in één type EDF, waardoor alleen het versterkingszwaaispectrum van die EDF belangrijk zal zijn, en geen compensatie door hybridisatie kan resulteren.

1003248 21

3. Voordeel van reflectieve EDFA

Een reflectieve EDFA, zoals getoond in figuur 1B, representeert een mogelijkheid om de versterking gelijkmatiger over het versterkingsmedium te verzadigen.

5 Aangezien het signaal het versterkingsmedium eerst in de ene richting en dan in de andere richting passeert, en normaliter al de tijd groeit, zullen gebieden met een vergelijkingsgewijs laag signaalvermogen in de voorwaartse richting een vergelijkingsgewijs hoog signaalvermogen in de 10 terugwaartse richting vertonen, en vice versa. Aldus zijn de signaalvermogens (voorwaarts plus terugwaarts) meer uniform over het versterkingsmedium (EDF), en kunnen de verschillende typen EDF's meer uniform verzadigen, in het bijzonder wanneer de pompgolflengten zorgvuldig zijn 15 gekozen, en de posities van de secties van EDF geoptimaliseerd zijn.

Ook een terugwaarts gepompte EDFA kan de homogeniteit verhogen van de versterkingscompressie in de verschillende typen EDF's. In een dergelijke EDFA zij nde 20 signaal- en pompvermogens groter bij het signaaluitgangs-uiteinde dan bij het ingangsuiteinde, en de verhouding tussen deze twee wijkt minder af dan voor een voorwaarts gepompte EDFA (waarin de pomp kleiner is bij het signaal-uitgangsuiteinde dan bij het ingangsuiteinde). Aangezien de 25 waarde van de versterkingscompressie grotendeels wordt bepaald door deze verhouding (vergelijk vergelijking 4), kan de versterkingscompressie uniform worden verdeeld over de EDFA.

4. Mogelijkheid van het gebruik van "filterende EDF" 30 De hoofdzaak van de DGP EDFA is te verzekeren dat de versterkingsvorm constant is zelfs wanneer n2 verandert.

Dit is mogelijk als de versterkingszwaai constant is. In het hybride geval moet men ook verzekeren dat de verschillende n2i in de juiste proporties veranderen.

1003248 22

In tegenstelling daarmee zal, als de excitatiegraad n2 (vrijwel) constant is, tenminste in een bepaald gedeelte van de EDFA en voor een bepaald gebied van bedrijfsomstandigheden (voldoende laag signaalingangsvermogen) de 5 versterkingsvorm van die sectie steeds hetzelfde blijven. Dit kan gebruikt worden om het versterkingsspectrum van de EDFA op een gecontroleerde manier te modificeren. Als een sectie van EDF waar deze omstandigheden heersen, wordt uitgewisseld voor een ander type EDF, zal de totale 10 spectrale respons van de EDFA veranderen met een hoeveelheid gelijk aan verschillen in versterkingsspectra tussen de uitgewisselde EDF's onder de bedrijfsomstandigheden in kwestie. De verandering hangt af van de exacte details, zoals chemische samenstellingen, van de uitgewisselde 15 EDF's. De modificatie van de versterking zal equivalent zijn aan die welke wordt verkregen met een gewoon verzwakkingsfilter, dat normaliter wordt beschouwd voor modificaties van de versterkingsrespons (d.w.z. stand der techniek), met de volgende voordelige uitzonderingen.

20 1. Verzwakkingsfliters verzwakken vaak ook de pomp, speciaal als het filter binnen de EDF geplaatst is (halverwege filteren). Dit is ongewenst.

2. Zelfs als zij de pomp niet verzwakken, zullen zij het signaal verzwakken . Als de gewenste modificatie van 25 het versterkingsspectrum kan worden verkregen zonder signaalverzwakking, zal dit voordelig zijn. Dat zou mogelijk zijn met het thans voorgestelde "filterende EDF".

3. Als het verzwakkingsfilter zich bevindt bij of nabij de ingang van de EDFA, zal het ruisgetal van de EDFA

30 worden verslechterd. Als deze zich anderzijds bevindt nabij de uitgang, wordt het signaaluitgangsvermogen verminderd.

In beide gevallen wordt ook de kleine-signaalversterking verminderd. Al deze verslechteringen zullen de prestatie van de versterker ernstig beïnvloeden, tenzij zij voldoende 35 klein gehouden kunnen worden.

1 003248 23

Opgemerkt wordt dat, hoewel geschreven wordt dat een (stuk van) één type EDF wordt uitgewisseld voor een ander type, dit slechts bedoeld is om het idee uit te leggen. In werkelijkheid is alleen het uiteindelijke EDFA belangrijk.

5 Het feit dat, om te komen bij het uiteindelijke EDFA- ontwerp, één stuk van EDFA al dan niet, in werkelijkheid of in gedachten, kan zijn uitgewisseld voor een ander, is irrelevant.

Zoals getoond in de figuren 10A en 10B, zou een 10 "filterende EDF" 4 typisch geplaatst zijn in het initiële gedeelte van een EDFA met een co-propagerende pomp, aangezien daar het signaal zwak kan zijn en de pomp sterk. Achterwaartse ASE kan echter bestuurd moeten worden, aangezien het n2 kan beïnvloeden in de "filterende EDF" 15 sectie.

Een "filterende EDF", kan bijzonder goed werken voor een reflectieve EDFA met circulator zoals getoond in figuur 10B, aangezien voor een dergelijke EDFA het tegelijkertijd het probleem oplost van het mogelijk hoge ruisgetal dat 20 resulteert uit het verlies van de cirulator. Voor een dergelijke EDFA dient de "filterende EDF" 4 geplaatst te worden voor de ingang naar de circulator 2 van de reflectieve EDFA, zoals getoond in figuur 10B.

Het versterkingsspectrum van de "filterende EDF" en 25 de vervangen sectie EDF, en aldus het resulterende filteren, is afhankelijk van de excitatiegraad in de uitgewisselde EDF. Tegelijkertijd dient de excitatiegraad constant te zijn. Dit wordt automatisch bereikt wanneer het pompen sterk is en het signaal zwak is, als ook de ASE zwak 30 is. In het geval van tussenbandpompen van de EDF, onder gebruikmaking van een pomp rond 1480 nm, zal n2 afhangen van de pompgolflengte. Dit kan benut worden om het effect van de "filterende EDF" verder te beheersen. De figuren 11A en 11B zijn grafieken die het effect tonen van het filteren 35 voor verschillende pompgolflengten λρ = 1460, 1470, 1480 en 1490 nm. Figuur 11A toont het verschil van het verster- 1 003248 24 kingsspectrum ("het filterende effect") dat resulteert als een germanium-vrij aluminosilicaat EDF gebruikt zou worden in plaats van een equivalente lengte van een aluminium-vrij germanosilicaat EDF. Figuur 11B toont de verandering die 5 resulteert als een fosfor-cogedoteerd alumino-germanosilicaat EDF wordt uitgewisseld voor een fosfor- en aluminium-vrij germanosilicaat EDF.

Zoals bovenstaand beschreven heeft een voorkeurs-uitvoeringsvorm van DGF EDFA volgens de onderhavige 10 uitvinding een homogeen versterkingsmedium met een constante versterkingszwaai over enig golflengtegebied, dat bestaat uit n type EDF (in het bijzonder alumino-germano-silicaatglas EDF met lage Al3+-gehalte) , waardoor een nieuwe EDFA wordt,verkregen waarvan de spectrale vorm van 15 de versterking onafhankelijk is van de bedrijfsversterking. Ook kunnen ten minste twee verschillende typen EDF1s met verschillende vormen van de versterkingszwaai worden samengevoegd om een hybride EDFA te maken, om daardoor effectief de wijzigingen in de vorm van versterkingsspectra in de 20 verschillende EDF's op te heffen en een vlakke versterkingszwaai te creëren onafhankelijk van de bedrijfsomstandigheden. Ook wordt de pompgolflengte zorgvuldig aangepast om extra voordelen te verkrijgen. Door het inbrengen van een lineair filter, dat een spectraal 25 afhankelijke verzwakking verschaft, voor, na, of binnen het versterkingsmedium, of door gebruik te maken van een speciaal geselecteerd ED in een gebied van de EDFA waar de inversie onafhankelijk is van het signaalvermogen en golflengte, kan de vorm van het versterkingsspectrum 30 golflengte-onafhankelijk (vlak) worden gemaakt, waardoor dynamische versterkingsvlakheid (DGF: dynamic gain flatness) wordt verkregen. Bijgevolg, zoals bovenstaand beschreven, resulteert een homogeen of hybride versterkingsmedium met een golflengte-onafhankelijke versterkings-35 zwaai in een constante vorm van LI-versterkingsspectrum, onafhankelijk van het ingangssignaalvermogen, 1003248 25 bedrijfsversterking, en populatie-inversie. Ofwel een speciaal filter, ofwel een verdere modificatie van het ontwerp van het versterkingsmedium maakt het mogelijk, dat het versterkingsspectrum golflengte-onafhankelijk is, zodat 5 DGF resulteert. Een constante spectraalvorm elimineert LI-versterkingstilt-variaties in EDFA's voor WDM en bijvoorbeeld analoge AM CATV, en DGF elimineert LI-versterkingstilt.

De uitvinding kan worden toegepast op andere 10 optische versterkers dan EDFA. Alternatieve uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen worden toegepast op met erbium gedoteerde planaire versterkers (EDPA) en andere typen optische versterkers.

Alle kenmerken zoals beschreven in deze beschrijving 15 (inclusief de begeleidende conclusies, uittreksel en tekeningen), en/of alle stappen van elke aldus beschreven methode of proces, kunnen gecombineerd worden in elke willekeurige combinatie, met uitzondering van combinaties waar tenminste enkele van dergelijke kenmerken of stappen 20 wederzijds uitsluitend zijn.

Elk kenmerk zoals beschreven in deze beschrijving (inclusief de begeleidende conclusies, uittreksel en tekeningen) kan worden vervangen door alternatieve kenmerken die hetzelfde, equivalent of vergelijkbaar doel 25 dienen, tenzij uitdrukkelijk anderszins vermeld. Aldus is, tenzij uitdrukkelijk anderszins vermeld, elk beschreven kenmerk slechts een voorbeeld van een generieke reeks van equivalente of vergelijkbare kenmerken.

De uitvinding is niet beperkt tot de details van de 30 voorgaande uitvoeringsvorm(en). De uitvinding strekt zich uit tot elk nieuw kenmerk of tot elke nieuwe combinatie van kenmerken, van de kenmerken zoals beschreven in deze specificatie (inclusief de begeleidende conclusies, uittreksel en tekeningen), of tot elke willekeurige nieuwe 35 stap, of tot elke willekeurige nieuwe combinatie van de 1003248 26 stappen van elke willekeurige methode of proces zoals aldus beschreven.

1003248

Claims

1. Optische versterker, omvattende een optische signaaltransmissiebaan; een pomplaser; een golflengte-selectief koppelorgaan dat een pompbundel die wordt verschaft door de pomplaser, invoert in de optische 5 signaaltransmissiebaan; en een versterkingsmedium dat is verbonden met de uitvoeraansluiting van het golflengte-selectief koppelorgaan, met het kenmerk, dat het versterkingsmedium een versterkingskarakteristiek heeft waarin, als de versterking verandert bij één golflengte, de 10 versterking bij een andere golflengte met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen.

2. Optische versterker volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de versterkingskarakteristiek zodanig is, dat, als de versterking bij één golflengte verandert, de 15 versterking met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen bij alle golflengten in een continu golflengtegebied.

3. Optische versterker volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de versterkingskarakteristiek zodanig is, dat, als de versterking verandert bij één golflengte, de 20 versterking met in hoofdzaak dezelfde waarde zal veranderen bij elk van een aantal discrete golflengten in een golflengtegebied.

4. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het versterkingsmedium een 25 in hoofdzaak homogeen verbreed versterkingsmedium is.

5. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het versterkingsmedium een optische vezel omvat.

6. Optische versterker volgens conclusie 5, met het 30 kenmerk, dat de optische vezel een met erbium gedoteerde vezel omvat.

7. Optische versterker volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de optische vezel een met erbium gedoteerde 1003248 alumino-germanosilicaatvezel omvat, die tot 10% aluminium bevat.

8. Optische versterker volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het aluminiumgehalte ongeveer 1% bedraagt.

9. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dwarsopstelling van het versterkingsmedium gemodificeerd is om de versterkings-karakteristiek te verschaffen.

10. Optische versterker volgens één der voorgaande 10 conclusies, met het kenmerk, dat het versterkingsmedium een hybride versterkingsmedium is, verkregen door het combineren van stukken van ten minste twee verschillende versterkingsmedia, waarbij de lengten en posities van de verschillende versterkingsmedia zijn aangepast om de 15 versterkingskarakteristiek te verschaffen.

11. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een pompgolflengte is aangepast voor het minimaliseren van de mate waarin de LI-versterkingsvorm afhankelijk is van het versterkings- 20 niveau in een vooraf bepaald golflengtegebied.

12. Optische vezelversterker volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de versterker voorts omvat een reflecterende spiegel en optische aftakmiddelen zodat een lichtsignaal tweemaal door het 25 versterkingsmedium passeert, voor en na reflectie aan de spiegel, teneinde tweemaal door het versterkingsmedium te passeren en daardoor de uniformiteit van door het signaal geïnduceerde versterkingscompressie te verbeteren, terwijl het gereflecteerde signaal daarna wordt afgetakt en 30 uitgevoerd.

13. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de versterker een filter omvat voor het modificeren van het versterkingsspectrum in het versterkingsmedium voor het bereiken van een in 35 hoofdzaak gelijke versterking bij de golflengten. 1 003248

14. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een gewenste modificatie van het spectrum (filteren) wordt verkregen in een vooraf bepaalde golflengteband door het additionele gebruikt van 5 één stuk versterkingsmedium met gewenste spectrale karakteristieken in een deel van de versterker waar de versterking niet verzadigt of, als alternatief, de waarde van de versterkingsverzadiging niet verandert, over het gebied van bedrijfsomstandigheden waarvoor de versterker is 10 ontworpen.

15. Optische versterker volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het filteren in het ene stuk versterkingsmedium wordt ingesteld door een pompgolflengte te veranderen.

16. Optisch transmissiesysteem, met het kenmerk, dat het systeem omvat ten minste één optische link en ten minste één optische versterker volgens één of meer der conclusies 1 t/m 15.

17. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 16, met 20 het kenmerk, dat het systeem verliezen heeft die veranderen op een voorspelde golflengte-afhankelijke manier over een tijdsduur, en de versterkingskarakteristiek van het versterkingsmedium aangepast is om te veranderen op een vooraf bepaalde golflengte-afhankelijke manier over de 25 periode teneinde de verandering in de verliezen te compenseren, zodat de golflengte-afhankelijkheid van de nettoversterking in hoofdzaak onafhankelijk blijft van de ver1iesveranderingen.

18. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 16 of 30 17, met het kenmerk, dat het systeem omvat ten minste één filter dat geassocieerd is met een aantal optische versterkers, waarbij het filter ingebouwd is in één van de optische versterkers of is opgesteld tussen twee optische versterkers.

19. Optisch transmissiesysteem volgens conclusie 16, 17 of 18, met het kenmerk, dat golflengte-verdeling 1003248 gemultiplexte (WDM) signalen worden versterkt in tenminste een deel van het systeem.

20. Optisch transmissiesysteem volgens één der conclusie 16 t/m 19, met het kenmerk, dat het systeem een AM CATV 5 vezeloptische distributielink of netwerk verschaft. 1003248