NL1012894C2 - Optische vezelversterker voor de lange band met verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting. - Google Patents

Description

993046/Ke/jki

Optische vezelversterker voor de lange band met verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting.

De uitvinding heeft betrekking op een optische vezelversterker, en meer in het bijzonder op een optische vezelversterker voor de lange band (1570nm~1610nm) , die een verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting kan leveren 5 door benutting van versterkte spontane emissie als secundaire pompbron.

Bij gemultiplexte optische communicatiesystemen met golflengtedeling (WDM-systemen) is een van de belangrijke technische zorgen om een erbium-gedoteerde vezelversterker 10 (EDFA) te verschaffen met een afgevlakte versterking in een brede band. Verder is aandacht gegeven aan het verkrijgen van een optische vezelversterker om te dienen in de lange band, waarvoor de conventionele EDFA niet kan zorgen. Een van de methoden om de optische vezelversterker voor de 15 lange band te verkrijgen is een nieuw materiaal te gebruiken voor de optische vezel, zoals de op telluriet gebaseerde optische vezel. De op telluriet gebaseerde optische vezelversterker heeft eigenschappen die voldoen aan de eisen voor de optische vezelversterker in de lange band, 20 maar heeft onregelmatige versterkingsspectra, en ook zijn de betreffende technieken nog niet volledig ontwikkeld om ze in praktijk te brengen.

Naast toepassing van zulke nieuwe materialen zijn de inspanningen geconcentreerd geweest op het bereiken van een 25 versterking in een band voorbij de conventionele versterkte band (1530nm~1560nm, hierna "C-band" genoemd) door het gebruik van op silica gebaseerde EDFAs van verschillende structuren. Bovendien is een geschikte structuur voorgesteld om ongeveer 30 tot 40% populatie-inversie in de EDF 30 te induceren teneinde optische versterking te bereiken in een lange band van I570nm~1610nm (hierna "L-band" genaamd). Hoewel het wat ingewikkeld is, zijn zo'n C-band versterker en een L-band versterker parallel opgesteld om de op silica gebaseerde EDFA te maken met een brede versterkingsband 10 Λ 2 8®^ - 2 - over 80nm voor het WDM transmissiesysteem van grote capaciteit. Deze L-band vezelversterker leidt echter aan de bezwaren dat hij een lange EDF moet hebben en een pomp van hoog vermogen, en dat het nuttig effect van vermogensomzet-5 ting gering is.

Het doel van de uitvinding is een optische vezelversterker te verschaffen met een verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting in een relatief lange band. Daartoe is de optische vezelversterker volgens de uitvinding geken-10 merkt doordat een eerste optisch vezeldeel voorzien van een pomplichtbron; een tweede, met het eerste optische vezeldeel verbonden optisch vezeldeel, welk tweede optisch vezeldeel niet voorzien is van de pomplichtbron, en een hergebruiksketen voor benutting van versterkte spontane 15 emissie (ASE) als secundaire pomplichtbron aangelegd aan het tweede optische vezeldeel.

Bij voorkeur omvat de hergebruiksketen een WDM-koppe-laar verbonden tussen het eerste en het tweede optische vezeldeel, en een met de WDM koppelaar verbonden licht -20 pompinrichting om de pomplichtbron te vormen.

Het eerste en het tweede vezeldeel bestaan uit erbium-gedoteerde optische vezel. De erbium-gedoteerde optische vezel wordt zo ingesteld dat versterking in de L-band wordt geproduceerd.

25 De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening van enkele voorkeursuitvoeringen.

Fig. 1 is een blokschema ter illustratie van de structuur van een conventionele op silica gebaseerde EDFA voor de L-band; 30 Fig. 2 is een blokschema ter illustratie van de struc tuur van een andere conventionele op silica gebaseerde EDFA voor de L-band;

Fig. 3 is een blokschema ter illustratie van de structuur van een op silica gebaseerde EDFA voor de L-band 35 volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding;

Fig. 4 is een soortgelijke voorstelling als fig. 3 maar volgens een andere voorkeursuitvoering van de uitvinding; 10 1 'i 8 9 * - 3 -

Fig. 5 illustreert de grafieken die de kleine signaal-versterkingen van de EDFAs van het eerste tot vierde type met elkaar vergelijken volgens variatie van EDF II;

Fig. 6 illustreert de grafieken die de nuttige effec-5 ten van vermogensomzetting met elkaar vergelijken van EDF van eerste tot vierde type volgens variaties van EDF II;

Fig. 7 is een grafiek ter illustratie van de meting van het achterste ASE spectrum, genoeg om het nuttige effect van vermogensomzetting te verhogen, en 10 Fig. 8 is een grafiek ter illustratie van de ruisindi- ces van de EDFAs van het eerste tot vierde type gemeten met de lengte van EDF II.

De conventionele op silica gebaseerde EDFA met L-band kan de voorste pompstructuur hebben zoals getekend in fig. 15 1 (hierna aangeduid als "EDFA van eerste type"), of de ach terste pompstructuur zoals getekend in fig. 2 (hierna aangeduid als "EDFA van tweede type").

Bij de EDFA van eerste type wordt het ingaande sig-naallicht 10 versterkt door het eerste EDF-gebied EDF I, 20 gepompt door de voorste pompinrichting 30, en het tweede EDF gebied EDF II, tenslotte gegenereerd als uitgaand signaallicht 40. De voorste pompinrichting 30 is aangesloten via de WDM koppelaar 20. Er is een paar optische isolators 50, 50' aangebracht resp. aan het ingangs- en het 25 uitgangseinde om het signaallicht in een enkele richting te geleiden.

In de EDFA van tweede type wordt het ingaande signaallicht 10 versterkt door het tweede EDF-gebied EDF II, niet gepompt, en het eerste EDF-gebied EDF I gepompt door de 30 achterste pompinrichting 30', tenslotte gegenereerd als het uitgaande signaallicht 40. Op dezelfde manier is de achterste pompinrichting 30' aangesloten via de WDM-koppelaar 20. Een paar optische isolators 50, 50 is aangebracht resp. aan het ingang- en het uitgangseinde om het signaallicht in een 35 enkele richting te geleiden.

De op silica gebaseerde EDFA voor de L-band volgens de uitvinding kan gerealiseerd worden in twee typen, waarvan er een het ingaande signaallicht 12 eerst door de niet 10 U 89 4 - 4 - gepompte tweede EDF II zendt en dan naar de door de voorste pompinrichting 32 gepompte eerste EDF I, zoals getekend in fig. 3 (hierna aangeduid als "EDFA van derde type"), en de andere het ingaande signaallicht 12 eerst door de eerste 5 EDF 1 moet zenden, gepompt door de achterste pompinrichting 32', en dan naar de niet gepompte tweede EDF II, zoals getekend in fig. 4, (hierna aangeduid als "EDFA van vierde type"). Uiteraard zijn de voorste en achterste pompinrich-tingen 32 en 32' aangesloten via de WDM koppelaar 22 en is 10 een paar optische isolators 52 en 52' geplaatst aan het in-resp. uitgangseinde om het signaallicht in een enkele richting te geleiden.

Om de EDFA volgens de uitvinding te vergelijken met de conventionele EDFA, werden dezelfde EDFs gebruikt in de 15 eerste tot vierde EDFAs. Het is namelijk de in de handel verkrijgbare met AL gecodoteerde optische vezel die de maximale absorptie-coëfficiënt heeft van 4,5 dB/m. Bovendien werd als lengte van de eerste EDF 1 135m genomen en wordt de lengte van de tweede EDF II achtereenvolgens 20 veranderd zodat hij Om, 5m, 15m, 20, 25m en 35m is om de kleine signaalverwerking te analyseren, afhankelijk van de lengte van de tweede EDF II. Ter vergelijking werd gewoon de pompgolflengte van 980nm gebruikt met de uitgang van 90 mW. De EDFA versterking werd geëvalueerd door gebruik van 25 een spectrometer, samen met een in golflengte variabele laseropstelling met de middengolflengte van 1590nm. Er werden twee soorten ingaand signaallicht gebruikt met de sterkten van -20dBm resp. OdBm voor het juist meten van de kleine signaalversterking, ruisindex, sterkte van verzadigd 30 vermogen en nuttig effect van vermogensomzetting. Het verlies bij binnenkomst aan het ingangseinde van EDF werd ook correct gemeten, met minder dan 2dB voor alle gevallen.

Verwijzend naar fig. 5 hebben de EDFAs van derde en vierde type met niet gepompte EDFs de geringe signaalver-35 sterking sterk afhankelijk van de lengte van EDF II in vergelijking met de conventionele EDFAs van eerste en tweede type. Fig. 6 geeft de grafieken weer van de nuttige effecten van vermogensomzetting van de eerste tot vierde 10 1 2 8 9 4 - 5 - i i EDFAs, gemeten volgens de wisselende lengte van EDF II.

Volgens de grafieken worden de hoogste geringe signaalver-sterking en nuttig effect van vermogensomzetting waargenomen in EDFA van het derde type met EDF II van 35mm, waarvan 5 de waarden resp. 21,83dB en 21,1% zijn. Deze waarden zijn resp. 4dB en 11,5% hoger dan die van de EDFA van eerste type, wat het slechtste resultaat toont onder dezelfde werkomstandigheden. Dit geeft aan dat het gepompte vermogen effectief gebruikt kan worden door het EDF-gebied EDF II op 10 te stellen voor of na de pompende laserdiode wanneer het pompen vooraan of achteraan wordt gedaan. Deze verbetering van nuttig effect lijkt te worden veroorzaakt door ASE die voortgeplant wordt in de richting tegengesteld aan het gepompte licht, opnieuw gebruikt als pompbron van 1550nm 15 voor het niet gepompte EDF-gebied om zo fotonen te genereren in een band van 1600nm.

Om het bestaan te bewijzen van de achterste ASE voldoende om het nuttige effect van vermogensomzetting te verbeteren, werd de circulator gebruikt om het achterste 20 ASE spectrum in de EDFA van eerste type te gebruiken zonder EDF II. Fig. 7 toont de grafiek van het achterste ASE spectrum, gemeten voor het ingaande signaal van OdB in de resolutieband van 0,2nm. In de grafiek lijkt de piek nabij 1590nm te worden veroorzaakt door het achterwaarts ver-25 strooide gedeelte volgens Rayleigh van het ingaande signaal . Het golflengtegebied dat het optische vermogen voorstelt van niet minder dan -25dBm/0,2nm, namelijk in het gebied van 1520nm tot 1565nm, vertoonde de sterke achterste ASE van ongeveer 20,59mW. Wanneer de EDFA werd aangebracht 30 met een zwakker ingaand signaal van -20dBm/0,2nm, werd de sterkere achterste ASE waargenomen met ongeveer 28,9 mW, bijna 30% van het hele gepompte vermogen. Dit ASE-niveau kan genoeg zijn om de L-band te versterken met het oog op het eerdere onderzoek van de L-band versterking zonder een 35 zwakker vermogen en signaal in de 1550nm band.

De ruisindex van het pompen van tweede niveau in de 1550nm band wordt gemeten voor de eerste tot vierde EDFAs met de lengte van EDF II gevarieerd, zoals getekend in fig.

10 1 2 89 A

- 6 - 8. Zoals verwacht werd, vertoonden de eerste en derde EDFAs van de voorste pompstructuur betere prestaties dan de tweede en vierde EDFAs. Speciaal heeft de EDFA van tweede type een ruisindex die veel hoger is dan de andere typen, 5 ook snel veranderend met de lengte van EDF II, waardoor hij niet geschikt is voor de EDFA in de L-band. Intussen wordt het feit dat de EDFA van derde type slechtere karakteristieken vertoont dan het eerste ten aanzien van de ruisindex veroorzaakt door de grote energiedwarsdoorsnede in de 10 achterste ASE golflengte, gebruikt voor het 1600nm pompen in een niet gepompt EDF-deel. Hoewel de EDFA van vierde type een niet gepompt EDF-deel heeft, heeft een achterste deel van alle EDFAs een EDF die niet gepompt wordt en ongevoelig is voor de ruisindex, zodat de invloed ten 15 aanzien van de ruisindex niet wordt waargenomen.

Aldus verschaft de uitvinding de EDFA met verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting, bruikbaar ter versterking van het optische signaal in het golflengtegebied van 1570nm tot 1610nm. Hoewel de achterste ASE in de 20 bekende techniek geblokkeerd moet worden om voldoende signaalversterking in de L-band te krijgen, omdat daardoor verzadiging van EDFA wordt veroorzaakt, benut de uitvinding de achterste ASE om te dienen als pompbron voor het niet gepompte EDF-deel, waardoor de signaalversterking en het 25 nuttig effect van het pompen worden verbeterd. Behalve het verlies van ldB met betrekking tot de ruisindex, toont de uitkomst van het experiment verbetering van het nuttig effect van vermogensomzetting met 9,6% tot 21,1%, samen met toename van de kleine signaalversterking met maximaal 4dB. 30 Bovendien werden de prestaties zelfs verbeterd door het pompen van 1480nm door het niet gepompte EDF-deel, wat aangeeft dat de EDF-structuur volgens de uitvinding kan worden toegepast voor elke pompgolflengte. De uitvindings-gedachte van hergebruik van de achterste ASE als pompbron 35 zal niet alleen bijdragen aan verbetering van de prestaties van de EDFA, maar ook ontwikkeling van een praktische EDFA in de L-band met het oog op het economisch gebruik van het gepompte vermogen.

2 89 4 - 7 -

Terwijl de uitvinding beschreven is aan de hand van speciale uitvoeringsvormen in combinatie met de bijgaande tekeningen, zal het de vakman duidelijk zijn dat daarin verschillende wijzigingen en varianten kunnen worden ge-5 maakt zonder de uitvindingsgedachte te verlaten.

^\ 289 4

Claims (8)

1. Optische vezelversterker voor de lange band met verhoogd nuttig effect van vermogensomzetting, met het kenmerk dat hij omvat: een eerste optisch vezeldeel voorzien van een pomp-5 lichtbron; een tweede, met het eerste optische vezeldeel verbonden optisch vezeldeel, welk tweede optisch vezeldeel niet voorzien is van de pomplichtbron, en een hergebruiksketen voor benutting van versterkte 10 spontane emissie (ASE) als secundaire pomplichtbron aangelegd aan het tweede optische vezeldeel.

2. Optische vezelversterker voor de lange band volgens conclusie 1, waarin de hergebruiksketen omvat een gemulti-plexte koppelaar met golflengte-deling (WDM), geplaatst 15 tussen het eerste en het tweede optische vezeldeel, en een met de WDM koppelaar verbonden lichtpompinrichting om de pomplichtbron te vormen.

3. Optische vezelversterker voor de lange band volgens conclusie 1, waarin het eerste en het tweede optische 20 vezeldeel bestaan uit erbium gedoteerde optische vezel.

4. Optische vezelversterker voor de lange band volgens conclusie 3, waarin de erbium gedoteerde optische vezel zo ingesteld is dat versterking in de L-band wordt geproduceerd.

5. Optische vezelversterker voor de lange band met ver hoogd nuttig effect van vermogensomzetting, met het kenmerk dat hij omvat: een eerste optisch vezeldeel voorzien van een pomplichtbron; 30 een tweede, met het eerste optische vezeldeel ver bonden optisch vezeldeel, welk tweede optisch vezeldeel niet voorzien is van de pomplichtbron, en een hergebruiksketen voor benutting van versterkte spontane emissie (ASE) als secundaire pomplichtbron aange-35 legd aan het tweede optische vezeldeel, en een paar optische isolators die zijn aangebracht aan ' f", - V 0 0 4 ï ij 3 *"> O'®’ - 9 - het voorste resp. achterste einde van het eerste en tweede optische vezeldeel om de voortplanting van het signaallicht in een enkele richting te geleiden.

6. Optische vezelversterker voor de lange band volgens 5 conclusie 5, waarin de hergebruiksketen omvat een WDM- koppelaar verbonden tussen het eerste en het tweede optische vezeldeel, en een met de WDM koppelaar verbonden lichtpompinrichting om de pomplichtbron te vormen.

7. Optische vezelversterker voor de lange band volgens 10 conclusie 5, waarin het eerste en het tweede optische vezeldeel bestaan uit erbium gedoteerde optische vezel.

8. Optische vezelversterker voor de lange band volgens conclusie 7, waarin de erbium gedoteerde optische vezel zo ingesteld is dat versterking in de L-band wordt geprodu- 15 ceerd. 10 1 2 89 4