WO1998028826A1 - Optischer faserverstärker für wellenlängen-multiplexbetrieb - Google Patents

Optischer faserverstärker für wellenlängen-multiplexbetrieb Download PDF

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Definitions

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

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Abstract

Faserverstärker mit zwei in Serie geschalteten Verstärkerstufen (OV1, OV2), bei dem zwischen den Verstärkerstufen ein steuerbares optisches Dämpfungsglied (OD) und ein optisches Filter (OF) eingeschaltet sind und beide Verstärkerstufen bezüglich einer konstanten Verstärkung geregelt sowie das optische Dämpfungsglied (OD) bezüglich eines konstanten Ausgangspegels geregelt werden.

Description

Beschreibung
Optischer Faserverstärker für Wellenlängen-Multiplexbetrieb
Die Erfindung betrifft einen Faserverstärker für Wellenlängen-Multiplexbetrieb .
Der Wellenlängen-Multiplexbetrieb bietet die Möglichkeit, die Übertragungskapazität von optischen Übertragungssystemen zu erhöhen. Zum Ausgleich der Dämpfung sind Faserverstärker vorgesehen, die üblicherweise sämtliche in unterschiedlichen Kanälen übertragenen Signale gemeinsam verstärken.
Das Prinzip eines Faserverstärkers ist in „Glasfaser bis ins Haus", Herausgeber W. Kaiser, Springer Verlag, Seite 62 und 63 beschrieben.
Um Qualitätsunterschiede bei den übertragenen Signalen mög- liehst zu vermeiden, müssen die Verstärker in allen Kanälen möglichst gleich verstärken: Im genutzten Wellenlängenbereich also ein flaches „Gewinnspektrum" (eine gleichmäßige Verstärkung) aufweisen.
Üblicherweise wird die Summenleistung am Ausgang eines Verstärkers mit Hilfe eines Regelkreises konstant gehalten. Wenn aber die Streckenabschnitte zwischen den Verstärkern unterschiedliche Dämpfungen aufweisen, dann werden die Verstärker mit unterschiedlichen Eingangsleistungen und daher mit unter- schiedlichen Verstärkungen betrieben, um die Ausgangsleistung konstant zu halten. Ohne zusätzliche Maßnahmen „verkippt" dann jedoch das geforderte flache Gewinnspektrum, d.h., daß für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Verstärkungen zustande kommen, so daß das über die Wellenlänge auf- getragene flache Gewinnspektrum (Verstärkung) sich dreht
(„kippt") . Dies ist bei Faserverstärkern der Fall, die mit Ionen aus der Gruppe der seltenen Erden dotiert sind. In bisher eingesetzten Wellenlängenmultiplex-Übertragungs- systemen wird das Problem dieser Gewinnspektrum-Verkippung durch Einschränkung des zulässigen Signalleistungsbereich an den Eingängen der optischen Faserverstärker in Grenzen gehalten. Wenn die Signalpegel an den Eingängen der einzelnen Verstärker nur wenig voneinander abweichen, dann lassen sich die resultierenden Pegelabweichungen zwischen den einzelnen Kanälen am Ende einer Übertragungsstrecke durch Systemreserven zumeist noch abfangen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverstärker anzugeben, dessen Gewinnspektrum sich im genutzten Wellenlängenbereich bei unterschiedlichen Eingangsleistungen praktisch nicht ändert.
Diese Aufgabe wird durch einen Faserverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von zwei in Kette geschalteten Verstärkerstufen, wobei ein Dämpfungsglied zwischen den Verstärkerstufen eingefügt wird. Durch die Reihenschaltung der Verstärkerstufen läßt sich ein höherer Gewinn erzielen und ein großer Eingangsleistungsbereich verarbeiten. Dem zweiten Verstärker und wird durch das Dämpfungsglied ein konstanter Eingangspegel zugeführt, so daß der Ausgangspegel sowohl auf konstanten Gewinn als auch auf ein konstantes AusgangsSignal geregelt werden kann. Durch das steuerbare Dämpfungsglied kann der Gewinn bei unterschiedlichen Eingangsleistungen konstant gehalten werden, so daß eine Verkippung des Ausgangsspektrums (Gewinnverkippung) nicht stattfindet. Der Gewinn (Verstärkung) beider Verstärkerstufen wird so ausgelegt, daß sich deren Gewinnverkippungen möglichst kompensieren. Auch kann eine gewünschte Verkippung eingestellt werden.
Die Verwendung von mindestens zwei getrennten Verstärker- stufen ermöglicht sehr günstige Rauscheigenschaf en, da der erste optische Verstärker bezüglich Rauschen optimiert werden kann. Die Anordnung des Dämpfungsgliedes zwischen den Verstärkern hat den Vorteil, daß so nur die geringere Ausgangsleistung des ersten optischen Verstärkers gedämpft wird und weniger Leistungsverluste auftreten als beim Anbringen des Dämpfungsgliedes am Ausgang des zweiten optischen Verstärkers auftreten. Auch bezüglich des Rauschverhaltens ist diese Anordnung günstig.
Um die Leistungsverluste gering zu halten, ist es zweckmäßig, auch das optische Filter zwischen den Verstärkern einzuschalten.
Falls eine höhere Verstärkung erforderlich ist, können auch mehr als zwei Verstärkerstufen vorgesehen werden. Zwischen diesen weiteren Verstärkerstufen können weitere steuerbare Dämpfungsglieder eingefügt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 2 das Prinzipschaltbild einer geregelten Verstärkerstufe .
In Figur 1 ist die Reihenschaltung einer ersten optischen Verstärkerstufe OVl, eines steuerbaren Dämpfungsgliedes DG, eines optischen Filters OF und einer zweiten optischen Verstärkerstufe 0V2 dargestellt.
Ein dem Eingang 1 der Reihenschaltung zugeführtes optisches Signal OS wird um einen konstanten Faktor verstärkt und dann durch das steuerbare Dämpfungsglied DG auf einen konstanten Pegel reduziert. Die zweite optische Verstärkerstufe verstärkt dieses Signal (meist) auf einen gewünschten konstanten Ausgangspegel, der am Ausgang 2 anliegt. Bei der zweiten Verstärkerstufe kann sowohl der Ausgangspegel als auch die Verstärkung auf einen konstanten Wert geregelt werden. Durch den jeweils konstant gehaltenen Gewinn (Verstärkung) findet keine Verkippung (Verzerrung) des Gewinnspektrums (Signalsspektrums) statt. Noch vorhandene Abweichungen des resultierenden Ausgangsspektrums des gesamten Verstärkers vom idealen flachen Verlauf lassen sich mit Hilfe eines zwischen die Verstärker eingefügten fest eingestellten Filters ausgleichen.
Einstellbare optische Dämpfungsglieder, beispielsweise
HP8158B von der Firma HEWLETT PACKARD, gehören zu den bekannten Industrieprodukten.
In Figur 2 ist eine regelbare optischer Verstärkerstufe OV dargestellt. Der Verstärkerteil besteht aus einem Pumpkoppler PK, über den Pumpstrahlung von einem Pumplaser PL eingekoppelt wird, und einer dotierten Faser FA. Über einen ersten Koppler KOI und einen optischen Empfänger OE1 wird die Eingangsleistung am Eingang E gemessen; über einen zweiten am Ausgang A des optischen Verstärkers angeordneten zweiten
Kopplers K02 und einen zweiten optischen Empfänger 0E2 wird die Ausgangsleistung gemessen und nach der Dämpfung des entsprechenden elektrischen Signals in einem Dämpfungsglied KD mit der Eingangsleistung in einer Lasersteuerung LS verglichen. Der Pumplaser PL wird entsprechend nachgesteuert, so daß der Gewinn (Verstärkung) konstant ist . Es kann sowohl die gesamte Ausgangsleistung als auch - bei entsprechend selektiver Auswertung - die Leistung eines bestimmten Signals zur Regelung verwendet werden.
Bei dem zweiten optischen Verstärker der in Figur 1 angegebenen Schaltung kann die Regelung modifiziert werden. Es kann sowohl ein Vergleich zwischen der Eingangsleistung und einem konstanten Ausgangswert als auch die Ausgangsleistung mit einem konstantem Führungswert verglichen werden, d.h. es wird die Ausgangsgröße konstant gehalten.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann auf eine Regelung der zweiten Verstärkerstufe verzichtet werden, da deren Eingangssignal konstant ist und die Verstärkung über den Pumplaser ausreichend konstant einstellbar ist.
Der gesamte Faserverstärker wird bezüglich seines Rauschverhaltens optimiert, indem besonders seine erste Verstärker- stufe im Rahmen der erforderlichen Verstärkung bezüglich ihres Rauschverhaltens optimiert wird. Durch das Dämpfungs- glied wird zwar das Rauschverhalten wieder etwas verschlechtert, aufgrund des die Dämpfung deutlich übersteigenden Gewinns der ersten Verstärkerstufe ist dieser Effekt aber vernachlässigbar .
Bei Bedarf können dem in Figur 1 dargestellten Faserverstärker auch eine weitere Verstärkerstufen vor- oder nachgeschaltet werden, wobei erforderlichenfalls weitere steuerbare Dämpfungsglieder und optische Filter eingefügt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Faserverstärker mit mindestens zwei in Serie geschalteten Verstärkerstufen (OVl, OV2) , dadurch ge ennzeichnet, daß jede der Verstärkerstufen (OVl, OV2) eine konstante Verstärkung aufweist und daß zwischen den Verstärkerstufen (OVl, OV2) ein steuerbares optisches Dämpfungsglied (OD) eingefügt ist.
2. Faserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung einer ersten Verstärkerstufe (OVl) auf einen konstanten Wert geregelt ist.
3. Faserverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des optischen Dämpfungsgliedes (DG) auf einen konstanten Wert geregelt oder eingestellt ist.
4. Faserverstärker nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung oder die Ausgangsleistung einer zweiten Verstärkerstufe (OV2) auf einen konstanten Wert geregelt ist
5. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerstufen (OVl, 0V2) ein optisches Filter (OF) eingefügt ist.
6. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe (OVl) im Rahmen der erforderlichen Verstärkung bezüglich des Rauschverhaltens optimiert ist.
7. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken zeic net, daß die Verstärkungen beider Verstärker so eingestellt sind, daß insgesamt eine minimale oder gewüschte Verkippung erzielt wird.
8. Faserverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn bei mehr als zwei Verstärkerstufen (OVl, 0V2) vorgesehen sind, weitere steuerbare optische Dämpfungsglieder eingefügt sind.
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