DE19538224A1

DE19538224A1 - Verfahren und Gerät zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkers

Info

Publication number: DE19538224A1
Application number: DE19538224A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwasaki; Haruyoshi Uchiyama; Kazuo Aida; Yoshiaki Sato
Original assignee: Ando Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: JPH08114528A; GB2294153A; GB2294153B; FR2725791B1; FR2725791A1; JP3531761B2; DE19538224C2; US5561551A; GB9521142D0

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung handelt im allgemeinen von der Messung einer Rauschzahl, und im besonderen von einem Rauschzahlmeßver fahren und einem entsprechenden Gerät, das einen einfachen, schnellen und präzisen Abgleich der Phasendifferenz ermöglicht.

Beschreibung der zugrundeliegenden Technik

Zur Zeit gibt es zwei bekannte Arten optischer Verstärker: solche auf der Grundlage eines Lichtwellenleiters, der mit einem Seltenerdmetall wie Erbium (Er) dotiert ist, und solche auf der Grundlage eines optischen Halbleiterverstärkers. Ein Parameter zur Charakterisierung der Leistung dieser optischen Verstärker ist die Rauschzahl, und ein Verfahren und ein Gerät zur Bestimmung der Rauschzahl (NF) wurde entwickelt und in der Japanischen Patentanmeldung Nummer H6-17593 beschrieben.

Im Fall des optischen Verstärkers auf der Basis eines Er dotierten Lichtwellenleiters (hier nachfolgend kurz Lichtwellenleiter genannt) werden, wenn ein Erregerlaserlicht in den Lichtwellenleiter eingefallen ist, einige Atome innerhalb des Lichtwellenleiters von einem Grundpegel auf ein höheres Energieniveau angehoben. Wenn die Atome von dem höheren Energieniveau zum Ausgangszustand zurückkehren, wird dabei Licht emittiert. Es gibt zwei Arten der Lichtemission: die eine ist ein induzierter Emissionsprozeß, der hervorgerufen wird infolge des atomaren Übergangvorgangs, der durch das Erregerlaserlicht induziert wird; die andere ist eine spontane Emission (als SE- Prozeß bezeichnet). Optische Verstärkung erhält man durch das induzierte Emissionsprozeß. Der Übergangsschritt (vom hohen zum niedrigen Energieniveau) im induzierten Emissionsprozeß erfolgt schnell; jedoch findet der Übergangsschritt bei der spontanen Emission im Vergleich zum induzierten Emissionsprozeß relativ langsam statt. In Er-dotierten Lichtwellenleitern beträgt die Lebensdauer einer spontanen Emission (d. h. die Lebensdauer der angeregten Atome) zwischen einigen Millisekunden und einigen Zehnfachen hiervon. Das spontane Licht (im folgenden als SE- Licht bezeichnet), das im spontanen Emissionsprozeß erzeugt wird, wird innerhalb des Er-dotierten Lichtwellenleiters verstärkt und als verstärktes spontanes Licht ausgegeben (nachfolgend als ASE-Licht bezeichnet).

Die Rauschzahl (NF) eines optischen Verstärkers wird folgendermaßen bestimmt. Auf einen zu untersuchenden optischen Verstärker, dessen NF bestimmt werden soll, wird mit einem gepulstem Laserstrahl bestrahlt, dessen Pulstakt ausreichend kleiner ist als die Lebensdauer einer spontanen Emission, und die resultierenden Werte für die elektrische Ausgangsleistung mit und ohne Erregung mit dem Laserstrahl werden gemessen. Das heißt, einerseits wird die emittierte Leistung PASE gemessen, die während des Zeitintervalls der spontanen Emission ausgegeben wird (ohne die Erregung durch den Laser) und andererseits wird eine Summe der Laserausgangsleistung PAMP und der emittierten Leistung PASE (d. h. PAMP+PASE) während des Zeitintervalls der Erregung durch den Laser gemessen. Dann ergibt sich die Rauschzahl nach der folgenden Gleichung:

NF = (PASE/h ·ν · A 3 · B0) + 1/A (1)

worin h die Planckssche Konstante ist; ν ist die optische Frequenz des auf den zu untersuchenden optischen Verstärkers aufgegebenen Laserlichts; A ist die Verstärkung des untersuchten optischen Verstärkers und B0 ist die Transmissionsbandbreite des Geräts, mit dem die emittierte Leistung PASE des ASE-Lichts gemessen wird.

Die Verstärkung A des optischen Verstärkers läßt sich näherungsweise durch folgende Gleichung darstellen:

A = (PAMP - PASE)/PIN (2)

wobei PIN der Wert der Eingangsleistung des Laserlichts in dem untersuchten optischen Verstärker ist.

Ein Problem in dem oben dargestellten Verfahren zur NF- Bestimmung ist, daß das auf den optischen Verstärker aufgegebene gepulste Laserlicht zunächst den zu untersuchenden optischen Verstärker durchlaufen muß, bevor es über den Lichtwellenleiter ausgegeben wird, und dadurch ist der Laserausgang verzögert, wobei die Verzögerungszeit von der Länge des Lichtwellenleiters abhängt. Daraus folgt, daß zu untersuchende optische Verstärker unterschiedlicher Länge verschiedene Verzögerungszeiten haben. Eine weitere Verzögerung wird durch den Lichtwellenleiter hervorgerufen, der den zu untersuchenden optischen Verstärker mit dem NF-Bestimmungssystem verbindet. Daher erfordert dieser Ansatz zur Bestimmung von NF eines optischen Verstärkers, daß die verschiedenen Verzögerungszeiten vorherbestimmt werden und daß das Phasenverhältnis der geschalteten Laserimpulse zwischen den Pulsphasen bestimmt wird, die während der beiden Zeitintervalle mit und ohne Erregung mit dem gepulsten Laser gemessen werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles und genaues Verfahren für die Handhabung von Verzögerungen in den Ausgangspulsen in einem optischen Verstärkersystem und den zugehörigen Lichtwellenleitern bereitzustellen, und ein Gerät zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkersystems auf der Grundlage von Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenlei tern für Eingang/Ausgang von optischen Signalen bereitzustellen.

Die Aufgabe wird von einem Verfahren zur Bestimmung der Rauschzahl in einem optischen Verstärkersystem gelöst, umfassend einen Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiter und eine CW- Laserquelle (Dauerstrich-Laserquelle) zur Bereitstellung einer atomaren Erregung, die dazu führt, daß Atome innerhalb des Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiters auf ein höheres Energieniveau angehoben werden, wobei das Verfahren aus folgenden Schritten besteht: Modulation der CW-Laserquelle mit einem ersten Puls, der einen signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome besitzt, um ein optisches Pulssignals für die Eingabe in einen optischen Verstärker, dessen Rauschzahl zu bestimmen ist, zu erzeugen; Synchronisierung eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem ersten Puls und Erzeugung eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls; Gewinnung einer maximalen elektrischen Ausgangsleistung und einer minimalen elektrischen Ausgangsleistung aus einer Reihe optischer Aus gangssignale, die von dem optischen Verstärker ausgegeben wur den, durch sukzessive Modulierung der optischen Ausgangssignale mit einem sukzessiven zweiten Puls; und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund der maximalen elektrischen Ausgangsleistung und der minimalen elektrischen Ausgangsleistung.

Es ist desweiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät bereit zustellen, das für das oben genannte Verfahren geeignet ist, bestehend aus: einem Pulserzeugungsmittel zur Erzeugung eines ersten Pulses mit einem signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome und eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferrenz in bezug auf den ersten Puls; einem optischen Pulserzeugungsmittel zur kontinuierlichen Erzeugung eines optischen Pulssignals durch Modulation der CW- Laserquelle mit des ersten Puls und Ausgabe des optischen Pulssignals an einen optischen Verstärker; einem Modulaions mittel für die Modulation eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem zweiten Puls; einem Meßmittel für die elektrische Leistung zur Messung des Werts der elektrischen Ausgangsleistung, die durch das Modulationsmittel erzeugt wird; und einem Steuermittel zur Speicherung sukzessiv gemessener Werte der elektrischen Ausgangsleistung zur Steuerung der Ausgabe des zweiten Pulses, der durch das optische Pulserzeugungsmittel erzeugt wird, und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund eines maximalen Werts der elektrischen Ausgangsleistung und eines minimalen Werts der elektrischem Ausgangsleistung.

Entsprechend des oben dargestellten Verfahrens und Geräts wird die Pulserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung erster Pulse derart ausgebildet, daß deren Takt signifikant kürzer als die Lebensdauer der angeregten Atome ist, die in den dotierten Lichtleitern erzeugt werden. Die Pulserzeugungsvorrichtung erzeugt auch zweite Pulse, deren Phasendifferenz nach und nach bis zu einer vorgegebenen Phasendifferenz zunimmt, die signifikant unter der Lebensdauer der angeregten Atome liegt.

Die optische Pulserzeugungsvorrichtung wird zur Erzeugung optischer Pulse durch Modulation des CW-Lasers mit den ersten Pulsen ausgebildet und liefert die optischen Pulse für das NF- Bestimmungsgerät.

Die Modulationsvorrichtung wird zur Modulation der optischen Ausgangssignale des Geräts mit den zweiten Pulsen ausgebildet, um weitere Differenzen entsprechend den Anforderungen des Gerätesystems und seiner Zusatzvorrichtungen zu erzeugen.

Die Meßvorrichtung für die elektrische Leistung wird ausgebil det, um die elektrische Leistung des von der Modulationsvorrich tung ausgegebenen Signals zu messen, und sie gibt die Meßergeb nisse in die Steuervorrichtung ein.

Die Steuervorrichtung wird ausgebildet zur Speicherung der sukzessiven Werte für die elektrische Leistung und zur Steuerung der Ausgangswerte der zweiten Pulse, die durch die optische Pulserzeugungsvorrichtung erzeugt werden, sowie zur Berechnung der Rauschzahl des Geräts unter Verwendung eines maximalen und minimalen Werts für die gemessene elektrische Leistung.

Die Aufgabe wird außerdem durch eine Abänderung des Verfahrens gelöst, bestehend aus den Schritten: Erzeugung eines optischen Pulssignals durch Modulation der CW-Laserquelle mit einem ersten Puls, dessen Takt signifikant kürzer ist als die Lebensdauer der Atome zur Erzeugung eines optischen Pulssignals, das in einen optischen Verstärker eingegeben wird, dessen Rauschzahl zu bestimmen ist; Synchronisierung eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem ersten Puls zur Erzeugung eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls; Gewinnung einer maximalen elektrischen Ausgangsleistung und einer minimalen elektrischen Ausgangslei stung aus einer Reihe der optischen Ausgangssignale, die von dem optischen Verstärker ausgegeben wurden, durch sukzessive Modulation der optischen Ausgangssignale mit einem sukzessiven zweiten Puls; Selektieren eines dritten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der maximalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Tastverhältnis verleiht, um eine erste elektrischen Ausgangsleistung zu erzeugen; Selektieren eines vierten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der minimalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Tastverhältnis verleiht, um eine zweite elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen; und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund der ersten elektrischen Ausgangsleistung und der zweiten elektrischen Ausgangsleistung.

Dieses Grundverfahren und Gerät ermöglichen eine schnelle und genaue Bestimmung der Rauschzahl, die Verzögerungseffekte auf fängt, die durch interne und externe dotierte Lichtwellenleiter, die zum Rauschbestimmungsgerät gehören, verursacht werden.

Die obige Aufgabe wird von einer Abwandlung des Geräts gelöst, bestehend aus: einem Pulserzeugungsmittel zur Erzeugung eines ersten Pulses mit einem signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome, und eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls; einem optischen Pulserzeugungsmittel zur kontinuierlichen Erzeugung eines optischen Pulssignals durch Modulation der CW-Laserquelle mit dem ersten Puls und Ausgabe des optischen Pulssignals an einen optischen Verstärker; einem Modulationsmittel für die Modulation eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem zweiten Puls oder mit einem Puls zur Bildung eines kleineren Abtastverhältnisses in bezug auf den zweiten Puls; einem Meßmittel für die elektrische Leistung zum Messen eines Werts der elektrischen Ausgangsleistung, die durch das Modulationsmittel erzeugt wird; und einem Steuermittel zur Speicherung sukzessiver Meßwerte der elektrischen Ausgangsleistung, Selektion eines dritten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der maximalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine erste elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen, Selektion eines vierten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der minimalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine zweite elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen; und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund der ersten elektrischen Ausgangsleistung und der zweiten elektrischen Ausgangsleistung.

Entsprechend der Abänderung des oben dargestellten Verfahrens und Geräts wird die Pulserzeugungsvorrichtung ausgebildet zur Erzeugung erster Pulse, deren Takt signifikant kürzer als die Lebensdauer angeregter Atome ist, die in den dotierten Lichtleitern erzeugt werden. Die Pulserzeugungsvorrichtung produziert auch zweite Pulse, deren Phasendifferenz nach und nach zunimmt bis zu einer bestimmten Differenz, die signifikant unter der Lebensdauer der angeregten Atome liegt, oder Pulse, deren Abtastverhältnis kleiner bezüglich der zweiten Pulse ist. Daher gibt es kein Problem der Verzerrung infolge Modulation des Laserlichts mit den Eingangspulsen.

Die optische Pulserzeugungsvorrichtung wird zur Bildung opti scher Pulse durch Modulation des CW-Lasers mit dem ersten Puls ausgebildet, und bringt die optischen Pulse auf das NF-Bestim mungsgerät auf.

Die Modulationsvorrichtung wird zur Modulation der optischen Ausgangssignale des Geräts mit den zweiten Pulsen oder mit Pulsen ausgebildet, deren Abtastverhältnis kleiner bezüglich der zweiten Pulse ist, um optische Signale mit Phasendifferenzen entsprechend den Anforderungen des Gerätesystems und seiner Zusatzvorrichtungen zu erzeugen.

Die Meßvorrichtung für die elektrische Leistung wird zum Messen der elektrischen Leistung des Signals ausgebildet, das durch die Modulationsvorrichtung ausgegeben wird, und speist die Meßergebnisse in die Steuervorrichtung ein.

Die Steuervorrichtung wird zum Speichern der sukzessiven Werte der gemessenen elektrischen Leistung ausgebildet; zum Selektieren eines dritten Pulses aus den zweiten Pulsen, dessen Abtastverhältnis klein im Verhältnis zu einer maximal gemessenen elektrischen Leistung ist, und zur Lieferung des Pulses an die Pulserzeugungsvorrichtung; zum Selektieren eines vierten Pulses aus den zweiten Pulsen, dessen Abtastverhältnis klein im Verhältnis zu einer minimalen gemessenen elektrischen Leistung ist, und zur Lieferung des Pulses an die Pulserzeugungsvorrichtung; und zum Berechnen der Rauschzahl des Geräts unter Verwendung einer ersten elektrischen Leistung, die durch den dritten Puls erzeugt wird, der auf die Modulationsvorrichtung einwirkt, und einer zweiten elektrischen Leistung, die durch den vierten Puls erzeugt wird, der auf die Modulationsvorrichtung einwirkt. Dieser Ansatz ermöglicht eine genauere Bestimmung der Rauschzahl, die eventuelle Effekte von Meßfehlern auffängt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Geräts der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkers.

Fig. 2 ist ein erstes Beispiel der Taktung von Pulswellenformen in verschiedenen Abschnitten des Geräts.

Fig. 3 ist ein zweites Beispiel der Taktung von Pulswellenformen in verschiedenen Abschnitten des Geräts.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Leistungsausgang und der sukzessiven Verzögerungszeiten im NF-Bestimmungsgerät der vorliegenden Erfindung aufzeigt.

Fig. 5 ist ein Beispiel für die Auswirkung der Änderung des Abtastverhältnisses von Puls G auf die Taktung von Pulsen in verschiedenen Abschnitten des Geräts.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung eines NF- Bestimmungsverfahrens und eines hierbei zu verwendenden Geräts wird mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erklärt.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten des NF-Bestimmungsgeräts zeigt, und die Fig. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Pulswellenformen in den entsprechenden Abschnitten des Geräts. Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein Laserlicht A von einer kontinuierlich arbeitenden Dauerstrich-Laserquelle (CW-Laserquelle) mit einem 1,55 µm Band in einen optischen Schalter 2 einfallen gelassen. Der optische Schalter 2 wandelt das Laserlicht A in das optische Pulssignal C mit einem Takt (Periode) von 1 µs und einem Abtastverhältnis von 50% gemäß eines Pulses B, der durch einen Steuerabschnitt 3 geliefert wird, und gibt das optische Signal C in einen zu untersuchenden optischen Verstärker 4 ein. Der zu untersuchende optische Verstärker 4 enthält einen Er+3-dotierten Lichtwellen leiter bei 1,48 µm Erregung, verstärkt das optische Signal C und gibt ein optisches Signal D aus.

Wie in Wellenform (i) in Fig. 2 gezeigt, ist der Takt von Puls B so gewählt, das er mit 1 µs signifikant kürzer ist als die spon tane Emissionslebensdauer des Er+3-dotierten Lichtwellenleiters (die bei einigen ms bis zu einigen zehnfachen hiervon liegt). Wie aus Wellenform (ii) in Fig. 2 ersehen werden kann, besteht das optische Pulssignal C aus einem Zeitintervall T1, während dessen die Lasererregung erfolgt, und einem Zeitintervall T2, während dessen keine Lasererregung erfolgt. Wie in Wellenform (iii) in Fig. 2 gezeigt, wird das optische Signal D mit einer Zeitverzögerung Ta ausgegeben, die von der Länge des Er+3- dotierten Lichtwellenleiters und weiteren Faktoren abhängt, die Verzögerungen in dem zu untersuchenden optischen Verstärker 4 verursachen. Während des Zeitintervalls T1 besteht das optische Signal D aus verstärktem Laserlicht und dem ASE-Licht, während im Zeitintervall T2 das optische Signal D nur aus dem ASE-Licht besteht. Mit anderen Worten, im Zeitintervall T1 setzt sich die elektrische Ausgangsleistung zusammen aus elektrischer Ausgangsleistung PAMP, die durch das verstärkte Laserlicht erzeugt wird, und aus der elektrischen Ausgangsleistung PASE vom ASE-Licht, d. h. Summe (PAMP+PASE), während die elektrische Leistung im Zeitintervall T2 nur aus der Leistung PASE besteht, die durch das ASE-Licht erzeugt wird. Ein optischer Schalter 5 moduliert das optische Signal D entsprechend eines Pulses G, der von dem Steuerabschnitt 3 ausgegeben wird, und gibt ein optisches Signal H aus. Ein optisch/elektrischer (O/E)- Wandlungsabschnitt 6 selektiert eine elektrische Ausgangslei stung P0 aus dem optischen Eingangssignal H und speist P0 in den Steuerabschnitt 3 ein.

Die Wirkungsweise des NF-Bestimmungsgeräts wird nachfolgend erklärt.

Wenn der Startknopf für die Messung gedrückt wird, schaltet der Steuerabschnitt die CW-Laserquelle 1 ein und erzeugt mittels ei ner Pulserzeugungsvorrichtung und einer optischen Pulserzeu gungsvorrichtung einen optischen Puls B, wie in Fig. 2 gezeigt, der auf den optischen Schalter 2 aufgegeben wird. Von jetzt an wird Puls B kontinuierlich auf den optischen Schalter 2 aufgegeben, der wiederum kontinuierlich ein optisches Pulssignal C (siehe Fig. 2) an den zu untersuchenden optischen Verstärker 4 ausgibt. Das Ergebnis ist, daß das optische Signal D kontinuierlich von dem zu untersuchenden Verstärker 4 ausgegeben wird. Der Steuerabschnitt 3 gibt anschließend ein Pulssignal G1, das durch Verzögerung von Puls B um 15,625 ns erzeugt wird, an den optischen Schalter 5 aus. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 veranschaulicht. An dieser Stelle befiehlt der Steuerabschnitt 3 seinem internen Speicher, das Ausgangssignal des O/E- Wandlungsabschnitts 6 zu speichern. Der Steuerabschnitt 3 gibt dann ein Pulssignal G2 (siehe Fig. 3) des durch Verzögerung des Pulssignals G1 um 15,625 ns erzeugt wird, an den optischen Schalter 5 aus und befiehlt nochmals seinem internen Speicher, das Ausgangssignal vom O/E-Wandlungsabschnitt 6 zu speichern. Diese Ereignissequenz (Verzögerung aller sukzessiven Signale um 15,625 ns und Ausgabe des verzögerten Signals an den optischen Schalter 5) wird solange fortgesetzt, bis ein Pulssignal G64 erzeugt wird. Desgleichen werden die Ausgangssignale vom Q/E- Wandlungsabschnitt 6 nacheinander im internen Speicher des Steuerabschnitts 3 gespeichert.

Die kumulierte Verzögerungszeit über die 64 Verzögerungsereig nisse beträgt 1 µs (15,625 ns × 64), mit anderen Worten, der optische Schalter 5 produziert nacheinander eine Reihe von 64 Pulswellen G, die jeweils eine minimale Verzögerungszeit von 1/64 eines Takts aufweisen und zusammen eine maximale Taktverzögerungszeit von 1 µs ergeben. Jedes der auf den optischen Schalter 5 aufgegebene Pulssignale G erzeugt eine entsprechende elektrische Ausgangsleistung. Die Werte der Ausgangsleistung PO des optischen Schalters 5 werden für jede Verzögerungszeit gemessen, und bilden die 64 sukzessiven Meßwerte, die in Fig. 4 gezeigt sind. Bezeichnet Tmax die Verzögerungszeit (gemessen bezüglich Puls B) eines Pulssignals G zur Bildung der maximalen elektrischen Ausgangsleistung und Tmin die Verzögerungszeit eines Pulssignals G zur Bildung der minimalen elektrischen Ausgangsleistung, wird durch Vergleich der Wellenformen (iv) und (v) in Fig. 2 ersichtlich, daß:

Tmax = Ta und daß
Tmin = Ta + T1.

Der oben ausgeführte Vorgang ermöglicht es, die Verzögerungszeit Ta für das optischen Signal D als Tmax bereitzustellen.

Als nächstes erzeugt der Steuerabschnitt 3 ein Pulssignal S1 wie durch die Wellenform (iii) in Fig. 5 gezeigt, mit einer Taktzeit von 1 µs, einer Pulsweite von (0,5-2Td) µs, dessen Anstieg gegenüber Puls B um (Tmax+Td) µs verzögert ist, wobei Td eine Anstiegsverzögerungszeit darstellt. Das Pulssignal S1 wird dann an den optischen Schalter 5 ausgegeben und der Wert der elektrischen Ausgangsleistung (mit P1 bezeichnet) des O/E- Wandlungsabschnitts 6 wird im internen Speicher gespeichert. Die Größe der Anstiegsverzögerungszeit Td ist signifikant kürzer als die Taktzeit von 1 µs des Pulssignals S1 und wird unter Berücksichtigung des Meßfehlers gewählt. Der Steuerabschnitt 3 gibt als nächstes ein Pulssignal S2 aus (siehe Wellenform (iv) in Fig. 5), das ein um 0,5 µs verzögertes Pulssignal S1 ist, und gibt ein Pulssignal S2 auf den optischen Schalter 5 aus. Der Wert der elektrischen Ausgangsleistung (mit P2 bezeichnet) des O/E-Wandlungsabschnitts 6 wird im internen Speicher gespeichert. Die Ausgangswerte P1 und P2 werden in Gleichung (2) für PAMP bzw. PASE eingesetzt und die Rauschzahl (NF) aus den Gleichungen (1) und (2) berechnet.

Es ist zu beachten, daß, obwohl es möglich ist, NF unter Verwendung der Maximum- und Minimumwerten, wie in Fig. 5 gezeigt, berechnet werden kann, ein solcher Vorgang die Möglichkeit enthält, daß die Rechenergebnisse Meßfehler enthalten.

Obwohl das NF-Bestimmungsverfahren und -gerät unter Bezugnahme auf die spezifischen Beispielausführung oben erklärt wurde, versteht es sich von selbst, daß weitere Modifikationen des Geräts möglich sind, daß weitere Schaltungskonfigurationen vorgenommen werden können, die von dem vorstehend erläuterten Prinzip des Phasenabgleichs der Eingangs- und Ausgangspulse umfaßt werden, unter Verwendung eines Synchronisierungspulses und eines kompensierenden Rückkopplungspulses von einem Steuerabschnitt zu einen optischen Verstärker, so daß die NF- Bestimmung ohne die Schwierigkeiten der Phasenverzögerung infolge der Laufzeit im Lichtwellenleiter ausgeführt werden kann.

Claims

1. Ein Verfahren zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkersystems, umfassend einen Seltenerdmetall- dotierten Lichtwellenleiter und eine CW-Laserquelle zur Bereitstellung atomarer Erregung, die dazu führt, daß Atome innerhalb des Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiters auf ein höheres Energieniveau angehoben werden, wobei das Verfahren aus folgenden Schritten besteht: Modulation der CW-Laserquelle mit einem ersten Puls, der einen signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome besitzt, um ein optisches Pulssignal für die Eingabe in einen optischen Verstärker, dessen Rauschzahl zu bestimmen ist, zu erzeugen; Synchronisierung eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem ersten Puls und Erzeugung eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls; Gewinnung einer maximalen elektrischen Ausgangsleistung und einer minimalen elektrischen Ausgangsleistung aus einer Reihe optischer Ausgangssignale, die durch den optischen Verstärker ausgegeben wurden, durch sukzessive Modulierung der optischen Ausgangssignale mit einem sukzessiven zweiten Puls; und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund der maximalen elektrischen Ausgangsleistung und minimalen elektrischen Ausgangsleistung.

2. Ein Verfahren zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkersystems, umfassend einen Seltenerdmetall- dotierten Lichtwellenleiter und eine CW-Laserquelle zur Bereitstellung atomarer Erregung, die dazu führt, daß Atome innerhalb des Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiters auf ein höheres Energieniveau angehoben werden, das aus folgenden Schritten besteht: Modulation der CW-Laserquelle mit einem ersten Puls, der einen signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome besitzt zur Erzeugung eines optischen Pulssignals für die Eingabe in einen optischen Verstärker, dessen Rauschzahl zu bestimmen ist; Synchronisierung eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem ersten Puls und Erzeugung eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls; Gewinnung einer maximalen elektrischen Ausgangsleistung und einer minimalen elektrischen Ausgangsleistung aus einer Reihe optischer Ausgangssignale, die durch den optischen Verstärker ausgegeben wurden, durch sukzessive Modulierung der optischen Ausgangssignale mit einem sukzessiven zweiten Puls; Selektieren eines dritten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der maximalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine erste elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen; Selektieren eines vierten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der minimalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine zweite elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen; und Bestimmung der Rauschzahl aufgrund der ersten elektrischen Ausgangsleistung und der zweiten elektrischen Ausgangsleistung.

3. Eine Gerät zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkersystems, umfassend einen Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiter und eine CW-Laserquelle zur Bereitstellung atomarer Erregung, die dazu führt, daß Atome innerhalb des Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiters auf ein höheres Energieniveau angehoben werden, bestehend aus:
einem Pulserzeugungsmittel zur Erzeugung eines ersten Pulses mit einem signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome, und eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls;
einem optischen Pulserzeugungsmittel zur kontinuierlichen Erzeugung eines optischen Pulssignals durch Modulation der CW- Laserquelle mit dem ersten Puls und Ausgabe des optischen Pulssignals an einen optischen Verstärker;
einem Modulationsmittel zur Modulation eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem zweiten Puls;
einem Meßmittel für die elektrische Leistung zum Messen eines Werts für die elektrische Ausgangsleistung, die durch das Modulationsmittel erzeugt wird; und
einem Steuermittel zum Speichern sukzessiv gemessener Werte der elektrischen Leistung zur Steuerung des Ausgabe des zweiten Pulses, der durch das Pulserzeugungsmittel erzeugt wird, sowie zur Berechnung der Rauschzahl aufgrund eines maximalen und minimalen Werts der gemessenen elektrischen Leistung.

4. Ein Gerät zur Bestimmung der Rauschzahl eines optischen Verstärkersystems, umfassend einen Seltenerdmetall-dotierten Lichtwellenleiter und eine CW-Laserquelle zur Bereitstellung atomarer Erregung, die dazu führt, daß Atome innerhalb des Seltenerdmetall-datierten Lichtwellenleiters auf ein höheres Energieniveau angehoben werden, bestehend aus:
einem Pulserzeugungsmittel zur Erzeugung eines ersten Pulses mit einem signifikant kürzeren Takt als die Lebensdauer der Atome, und zur Erzeugung eines zweiten Pulses mit einer größeren Phasendifferenz in bezug auf den ersten Puls;
einem optischen Pulserzeugungsmittel zur kontinuierlichen Erzeugung eines optischen Pulssignals durch Modulation der CW- Laserquelle mit dem ersten Puls und Ausgabe des optischen Pulssignals an einen optischen Verstärker;
einem Modulationsmittel zur Modulation eines optischen Ausgangssignals des optischen Verstärkers mit dem zweiten Puls oder mit einem Puls zur Bildung eines kleineren Abtastverhältnisses in bezug auf den zweiten Puls;
einem Meßmittel für die elektrische Leistung zum Messen eines Werts der elektrischen Ausgangsleistung, die durch das Modulationsmittel erzeugt wird; und
einem Steuermittel zum Speichern sukzessiv gemessener Werte der elektrische Leistung; Selektieren eines dritten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der maximalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine erste elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen; Selektieren eines vierten Pulses aus den zweiten Pulsen, der der minimalen elektrischen Ausgangsleistung ein kleines Abtastverhältnis verleiht, um eine zweite elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen, sowie Berechnung der Rauschzahl aufgrund der ersten elektrischen Ausgangsleistung und der zweiten elektrischen Ausgangsleistung.