DE69532178T2

DE69532178T2 - Verstärktes Telekommunikationssystem für Wellenlängenmultiplexübertragung mit Ausgleich der empfangenen Leistung

Info

Publication number: DE69532178T2
Application number: DE69532178T
Authority: DE
Inventors: Fausto Meli; Stefano Piciaccia
Original assignee: Cisco Systems International BV
Current assignee: Cisco Systems International BV
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2015-07-22
Also published as: EP0695049B1; IT1273676B; ITMI941573A0; ATE255302T1; HU218631B; CA2154641A1; HU9502215D0; ITMI941573A1; CZ192295A3; US5852510A; AU2718495A; NO952929D0; SK93895A3; EP0695049A1; PL309766A1; PE16097A1; PL178061B1; TW270265B; DE69532178D1; JPH08195721A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Telekommunikationssystem, das optische Verstärker einschließt die speziell für eine Wellenlängenmultiplexübertragung (im Folgenden als "WDM-Übertragung" bezeichnet) angepasst sind.
Bei einer WDM-Übertragung ist es notwendig, dass verschiedene Kanäle oder Übertragungssignale unabhängig voneinander über die gleiche Leitung, die aus einer optischen Faser besteht gesendet werden durch Multiplexen innerhalb des Bereichs der optischen Frequenzen; die übermittelten Kanäle können sowohl digital als auch analog sein und sind voneinander verschieden, da jeder von ihnen mit einer spezifischen Frequenz verknüpft ist.
Bei einer solchen Übertragung müssen die verschiedenen Kanäle grundsätzlich einander äquivalent sein, das heißt keiner von ihnen darf mehr oder weniger privilegiert sein in Bezug auf die anderen, was die Verhältnisse des Signalniveaus oder der Signalqualität betrifft.
In der Gegenwart von Verstärkern, speziell optischen Verstärkern, müssen sie grundsätzlich die gleiche Antwort auf alle übermittelten Kanäle besitzen; zusätzlich muss, um eine Übertragung einer großen Anzahl von Kanälen zu ermöglichen das Band, in dem der Verstärker wirken kann breit sein.
Optische Verstärker basieren auf den Eigenschaften eines fluoreszierenden Dotierungsmittels und speziell auf Erbium, das als das Dotierungsmittel in eine Seele einer optischen Faser eingeführt wird; tatsächlich zeigt Erbium, angeregt durch eine lichtpumpende Energieversorgung eine hohe Emission in dem Wellenlängenbereich, der dem Bereich einer minimalen Lichtdämpfung in optischen Fasern auf Siliziumoxidbasis entspricht.
Wenn eine Erbium-dotierte Faser, bei der Erbium einen angeregten Zustand erreicht hat, von einem Lichtsignal durchdrungen wird, das eine Wellenlänge besitzt, die einer solchen hohen Emission entspricht, verursacht das Signal einen Übergang von den angeregten Erbium-Atomen auf ein niedrigeres Niveau mit einer Lichtemission, die zu der Wellenlänge des Signals selbst stimuliert ist und erzeugt somit eine Signalverstärkung.
Ausgehend von dem angeregten Zustand findet auch spontan ein Abklingen der Erbium-Atomen statt, das eine Zufallsemission erzeugt, die ein " Hintergrundrauschen " ausbildet, welches die stimulierte Emission entsprechend dem verstärkten Signal überlappt.
Die Lichtemission, die durch die Zuführung lichtpumpender Energie an die "dotierte" oder aktive Faser erzeugt wird, kann bei verschiedenen Wellenlängen auftreten, die typisch für die Dotierungssubstanz sind und damit ein Fluoreszenzspektrum in der Faser verursachen.
Um die größte Verstärkung eines Signals durch eine Faser des obigen Typs zusammen mit einem hohen Signal/Rausch-Verhältnis geeignet für einen richtigen Empfang des Signals selbst zu erreichen, wird bei optischer Telekommunikation üblicherweise ein Signal verwendet, das durch einen Laser-Emitter erzeugt wird und eine Wellenlänge entsprechend des Maximums der Fluoreszenzspektrumskurve der Faser in dem geplanten Band, welche die verwendete Dotierungssubstanz beinhaltet oder des Emissionspeaks besitzt.
Erbium-dotierte Fasern besitzen andererseits ein Emissionsspektrum mit einem Peak von begrenzter Breite, dessen Eigenschaften variieren, abhängig von dem Glas-System, in welches Erbium als das Dotierungsmittel eingeführt wird und ein Spektralgebiet mit einer so hohen Intensität in einem Wellenlängenbereich benachbart zu dem obigen Peak innerhalb des Wellenlängenbereichs von Interesse, dass man die Verwendung von optischen Verstärkern zur Signalverstärkung in einem breiten Band für möglich hielt.
Bekannte Erbium-dotierte Fasern jedoch zeigen einen ungleichmäßigen Verlauf des Emissionsspektrums; dieser ungleichmäßige Verlauf beeinflusst die Möglichkeit eine einheitliche Verstärkung über das gesamte ausgewählte Band zu erreichen.
Um eine im Wesentlichen "flache" Verstärkungskurve, das bedeutet eine Verstärkung, die so konstant wie möglich bei verschiedenen Wellenlängen ist durch Eliminierung von Geräuschquellen, die von einer spontanen Emission herrühren zu erreichen, können Filterelemente verwendet werden wie diese, welche zum Beispiel in den Patenten EP 426,222 , EP 441,211 , EP 417,441 unter dem Namen desselben Anmelders beschrieben sind.
In solchen Patenten jedoch ist das Verhalten des Verstärkers in Anwesenheit eines Wellenlängenmultiplexbetriebs nicht beschrieben und zusätzlich ist ein Verhalten in der Gegenwart von mehreren Verstärkern, die in Kaskadenanordnung miteinander verbunden sind nicht in Betracht gezogen.
Das Emissionsspektrumsprofil hängt stark von den Dotierungsmitteln, die in der Faserseele vorhanden sind, um dessen Brechungsindex zu erhöhen ab, wie zum Beispiel im US-Patent 5,282,079 gezeigt, bei dem das Fluoreszenzspektrum einer Aluminiumoxid/Erbium-dotierten Faser zeigt, dass es einen weniger ausgeprägten Peak besitzt und zu niedrigeren Wellenlängen als das einer Germanium-Erbium-dotierten Faser (ein Maximum befindet sich bei etwa 1532 nm) verschoben ist; eine solche Faser besitzt ein numerische Apertur (NA) von 0,15.
In ECOC '93, ThC 12.1, Seite 1 bis 4 ist eine Faser für einen optischen Verstärker, dotiert mit Al und La offengelegt, die eine sehr geringe Ansprechempfindlichkeit auf Wasserstoff besitzt; die beschriebene Al-dotierte Faser besitzt eine numerische Apertur (NA) von 0,16 und die Al-La-dotierte Faser besitzt ein numerische Apertur (NA) von 0,30.
In ECOC '93, Tu 4, Seite 181 bis 184 sind optische Verstärker, die Erbium-dotierte Fasern besitzen offengelegt; Experimente, die mit Fasern ausgeführt wurden, deren Seelen mit Aluminium, Aluminium/Germanium und Lanthan/Aluminium dotiert sind, werden beschrieben und die besten Ergebnisse scheinen mit Al/La gemeinsam dotierten Fasern erreicht zu werden.
In Electronics Letters, 6. Juni 1991, Bd. 27, Nr. 12, Seite 1065 bis 1067 wird ausgeführt, dass bei optischen Verstärkern, die eine Erbium-dotierte Faser besitzen eine gemeinsame Dotierung mit Aluminiumoxid es ermöglicht ein größeres und flacheres Verstär kungsprofil zu erreichen; in dem Artikel sind Verstärker mit einer Aluminiumoxid-, Germanium- und Erbium-dotierten Faser im Vergleich mit Verstärkern mit einer Lanthan-, Germanium und Erbium-dotierten Faser beschrieben und es wird darin festgestellt, dass die größte Verstärkungsabflachung durch die Erstgenannte erhalten wird.
In ECOC '91, TuPS1-3, Seite 285 bis 288 wird eine Faser des Al₂O₃-SiO₂-Typs dotiert mit Er und La beschrieben, zu dem Zweck einen höheren Brechungsindex zu erhalten und die Bildung von Clustern, die Erbium-Ionen enthalten zu reduzieren. Die Fluoreszenz- und Absorptionsspektren der Er/La-dotierten Faser erwiesen sich als sehr ähnlich denen einer Erbium-dotierten Al₂O₃-SiO₂-Faser; eine numerische Apertur (NA) von 0,31 wurde erreicht und eine Erbium-Konzentration von 23*10¹⁸ cm^–3.
In ECOC '89, Post-Deadline Papers, PDA-8, Seite 33 bis 36, 10–14 September 1989 wird ein Experiment, durchgeführt mit 12 optischen Verstärkern, die in Kaskadenanordnung miteinander verbunden sind unter Verwendung einer Erbium-dotierten Faser offengelegt; eine einzelne Signalwellenlänge von 1,536 μm wurde verwendet und es wird ausgeführt, dass eine Signalwellenlängenregelung in der Größenordnung von 0,01 nm für einen gleichmäßigen Betrieb notwendig ist, in Anbetracht der Tatsache, dass BER (Bitfehlerquoten (Bit Error Rate))-Eigenschaften bei einem Wechsel der Signalwellenlänge schnell abklingen.
US-Patent 5,117,303 legt ein optisches Übertragungssystem offen, das hintereinander geschaltete optische Verstärker umfasst, die, basierend auf den dargelegten Berechnungen ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis ergeben, wenn sie in einer gesättigten Weise arbeiten.
Die beschriebenen Verstärker besitzen eine Erbium-dotierte Faser mit einer Al₂O₃-SiO₂-Seele und die Verwendung von Filtern ist vorgesehen; die berechnete Leistung wird bei einer einzelnen Wellenlänge erreicht und ein Zuführungssignal in einem breiten Wellenlängenband, welches die selbe Leistung bietet ist nicht vorgesehen.
US-Patent 5,111,334 beschreibt einen Mehrstufenverstärker, bei dem die Fasern in jeder Stufe unterschiedlich voneinander sind hinsichtlich Länge, Dotierungs- und Basismaterial, um eine maximale Verstärkung in einem breiten Wellenlängenbereich zu erhal ten. Es werden Vorkehrungen für die Verwendung einer großen Zahl von Stufen entsprechend der unterschiedlichen Signalwellenlängen getroffen, um eine niedrige Welligkeitsantwort zu erhalten.
Entsprechend diesem Patent wird keine Vorsorge getroffen für die Möglichkeit eine flache Verstärkung in einem breiten Wellenlängenband mit Signalen zu erreichen, die simultan durch eine Einfach-Typ-Faser mit der selben Wellenlänge der maximalen Verstärkung zugeführt werden durch Variation der Faserlänge.
In diesem Zusammenhang wird ausgeführt, dass die Erbium-dotierten Fasern eine einzelne Wellenlänge maximaler Verstärkung zeigen, die unabhängig von der Faserlänge ist; zusätzlich wird in diesem Patent das Problem der Ausführung einer Übertragung durch mehrere Verstärker in Kaskadenanordnung nicht behandelt.
In IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 4, Nr. 8, August 1992, Seite 920 bis 922, A. R. Chraplyvy et al. wird ein verstärktes WDM-System offengelegt, bei dem die Verstärkungsentzerrung durch Information ausgeführt wird, die durch Telemetrie geliefert wird. Bei diesem System wird eine Leistung hinsichtlich des Signal/Rausch-Verhältnisses (SNR) geliefert, indem sie durch eine iterative Signalanpassung bei der Emission entzerrt wird, basierend auf den Signalen bei dem Empfang; die Antwort-Information wird durch Telemetrie gegeben.
In JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Bd. 8, Nr. 9, September 1990, M. Maeda et al. werden die Effekte einer Mischung zwischen Signalen in einem Multiwellenlängensystem beschrieben, die von dem nichtlinearen Charakter der optischen Single-mode-Fasern herrühren; Leitungsverstärker, die in Kaskadenanordnung verbunden sind, sind nicht vorgesehen.
Das US-Patent Nr. 5,088,095 und ELECTRONICS LETTERS, 28. März 1991, Bd. 27, Nr. 7 von dem selben Autor beschreiben ein Verstärkungssteuerungsverfahren in einem Verstärker mit Erbium-dotierter Faser, bei dem der Verstärker in einer Laser-Schleifenkonfiguration angeordnet ist mit einer Rückkopplung einer Wellenlänge, die unterschiedlich von der des zu verstärkenden Signals ist.
Die Rückkopplungsschleife ist zur Verwendung unter den Betriebsbedingungen des Verstärkers vorgesehen und eine solche Anwendung ist nicht mit Auslegungskriterien der Verstärker verbunden.
In US-Patent 5,280,383 wird ein Zweistufenverstärker offengelegt, bei dem die erste Stufe bei Kleinsignal-Bedingungen arbeitet und die zweite Stufe unter Sättigungsbedingungen arbeitet und damit eine Verstärkungskompression liefert; es gibt eine Reduktion in der benötigten Pumpleistung.
In IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, Bd. E77-B, Nr. 4, April 1994, Seite 449 bis 453, Suyama et al. wird eine 2,5 Gb/s 4-Kanal-Wellenlängenmultiplex-(WDM)-Übertragung über 1060 km unter Verwendung von 18 Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFAs) beschrieben. Das Problem der Verringerung der Verstärkungsbandbreite in einem System mit verketteten EDFAs, das sich aus dem nicht einheitlichen spektralen Verstärkungsprofil der EDFAs ergibt wird angesprochen. Es wird gezeigt, dass eine Verringerung der Verstärkungsbandbreite durch geeignete Wahl einer Sättigungstiefe der EDFAs und durch Verwendung eines 1,53 um Filters zur Unterdrückung einer verstärkten Spontanemission (ASE) unterdrückt werden kann.
In IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 6, Nr. 2, Februar 1994, Seite 266 bis 269, Goldstein et al. wird eine Multiwellenlängenfortpflanzung in Lichtwellensystemen mit stark invertierten Faserverstärkern beschrieben. Es wird gezeigt, dass im Gegensatz zu Einzel-Kanal-Systemen, die einen gesättigten Betrieb bevorzugen, Multiwellenlängen-Erbium-dotierte-Faserverstärkerkaskaden grundlegende Leistungsvorteile bieten, wenn sie mit minimaler Sättigung bei sehr starken Inversionsniveaus betrieben werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine Kommunikation durch eine Wellenlängenmultiplexübertragung bei einer hohen Gesamtgeschwindigkeit über eine verstärkte optische Leitung implementiert werden kann, durch Anordnung von Einrichtungen in den übertragenden und empfangenden Stationen zur Ausführung einer Umwandlung der externen Signale auf mehreren Wellenlängen und Rückumwandlung derselben Signale so, dass sie Leistungsmerkmale zeigen werden, die für den Empfänger oder die Empfänger geeignet sind in Verbindung damit, dass die Lei tungsverstärker Struktur- und Betriebsleistungsmerkmale besitzen, die angepasst sind, um einheitliche Verstärkungsbedingungen für die unterschiedlichen Kanäle zu liefern.
Unter einem allgemeinen Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein optisches Multiwellenlängentelekommunikationssystem, das umfasst:
eine optische Signalssendestation, die optische Signalerzeugungsmittel für das gleichzeitige Erzeugen von wenigstens zwei optischen Übertragungssignalen mit zwei verschiedenen Wellenlängen in einem Band vorbestimmter Breite umfasst;
eine Empfangsstation zum Empfangen der optischen Übertragungssignale und die Trennmittel zum Trennen der optischen Übertragungssignale umfasst, die von der optischen Faser-Leitung empfangen wurden; und
eine optische Faser-Leitung, welche die Sende- und Empfangsstationen für gleichzeitiges Senden beider optischer Übertragungssignale von der Sendestation an die Empfangsstation verbindet, wobei die optische Faser-Leitung wenigstens zwei optische Leitungsverstärkerumfasst, die in Reihe und an die Sendestation und die Empfangsstation durch optische Fasern angeschlossen sind, wobei jeder der Leitungsverstärker eine Länge aktiver Faser, die mit Dotierungssubstanzen dotiert ist, die ein Seltenerd-Material einschließen und ein Pumpmittel umfasst, das an die aktive Faser zum Verstärken beider optischer Übertragungssignale gekoppelt ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der aktiven Faser wenigstens eines der Leitungsverstärker, die Leistung des Pumpmittels des wenigstens einen Leitungsverstärkers und die Dotierungssubstanzen so selektiert werden, dass die Differenz im optischen Signal/Rausch-Verhältnis zwischen den optischen Übertragungssignalen, die an der Empfangsstation empfangen werden, größer als 15 dB über eine 0,5 nm Bandbreite ist, wenn die optischen Übertragungssignale von der Sendestation an die Empfangsstation gleichzeitig übertragen werden und eine optische Leistung von wenigstens –16 dBm am Eingang der optischen Leitungsverstärker haben; und
die Länge der aktiven Faser des wenigstens einen optischen Leitungsverstärkers ist geringer als eine Länge derselben aktiven Faser, die maximale Verstärkung für die vom Pumpmittel gelieferte Pumpleistung bereitstellt, das an die aktive Faser des wenigstens einen der optischen Verstärker gekoppelt ist; und
die Länge des wenigstens einen der optischen Verstärker so ist, dass, wenn wenigstens eines der optischen Signale am Ausgang des wenigstens einen optischen Leitungsverstärkers zum Eingang des wenigstens einen der optischen Leitungsverstärker gespeist wird, der optische Signalausgang des wenigstens einen der optischen Leitungsverstärker zwei stabile Spitzenwerte bei zwei verschiedenen Wellenlängen innerhalb des Bandes bei einer vorbestimmten Leistungsabgabe des wenigstens einen der optischen Leitungsverstärker hat.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird das Multiwellenlängentelekommunikationssystem mit mehreren Wellenlängen dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstation umfasst:

– Empfangseinrichtung zum Empfang externer optischer Signale zumindest auf zwei unabhängigen Kanälen,
– Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der optischen Signale in eine elektronische Form,
– Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Übertragungssignalen bei unterschiedlichen Wellenlängen abhängig von der Zahl der unabhängigen Kanäle der externen Signale, die externe optische Signale reproduzieren, und
– Beförderungseinrichtung zur Beförderung der Signale an eine einzelne optische Faser-Leitung, und

– Trennungseinrichtung zur Abtrennung der übertragenen Signale von der einzelnen optischen Faser-Leitung,
– Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der empfangenen Signale in eine elektronische Form, und
– Trennungseinrichtung zur Ausführung einer abgetrennten Emission der empfangenen Signale.

Vorzugsweise erstreckt sich das vorgegebene Wellenlängenband über zumindest 20 nm.
Vorzugsweise umfasst die Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Übertragungssignalen eine Einrichtung zum Erzeugen von Signalen, bei zumindest vier unterschiedlichen Wellenlängen, die in dem vorgegebenen Wellenlängenband eingeschlossen sind.
Vorzugsweise befinden sich die Signale zwischen 1536 und 1555 nm.
Speziell umfasst die Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Übertragungssignalen für jedes der Übertragungssignale einen Laser mit kontinuierlicher Emission verknüpft mit einem externen Modulator; die Beförderungseinrichtung wiederum zur Beförderung der Signale an eine einzelne optische Faser-Leitung umfasst jeweils optische Kupplungen, die wellenlängenselektiv sind.
Zusätzlich und speziell umfasst die Trennungseinrichtung zur Abtrennung der Übertragungssignale von der einzelnen optischen Faser-Leitung der Empfangsstation für optische Signale entsprechenden Faserteiler und einen Bandpassfilter für jede Wellenlänge des Transmissionssignals.
Vorzugsweise umfassen die seltenerddotierten optischen Leitungsverstärker zumindest eine erbiumdotierte aktive Faser.
Mehr bevorzugt umfasst die aktive Faser Lanthan, Germanium und Aluminiumoxid als indexmodifizierende Dotierungsmittel.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen optischen Faser-Verstärker, der umfasst:
eine seltenerddotierte aktive Faser, die angepasst ist, um ein Ausgabelichtsignal in einem vorgegebenen Wellenlängenband zu emittieren, wenn sie mit einem Pump-Lichtsignal beliefert wird, das eine Pump-Wellenlänge besitzt, wobei das Signal eine vorgegebene Leistung besitzt;
Pump-Einrichtung zur Lieferung des Pump-Signals an die aktive Faser bei einer vorgegebenen Pump-Leistung;
dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Faser eine solche Länge besitzt, dass, wenn das Pump-Signal an die aktive Faser geliefert wird und ein Ausgabelichtsignal zu dem Eingang der aktiven Faser zurückgeführt wird stabile Lichtsignalemissionen bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb des Bandes bei der optischen Gesamtleistung des Ausgabelichtsignals auftreten.
Speziell ist die vorgegebene Leistung mit der Verstärker-Arbeitsleistung korreliert.
Bei einer Ausführung umfasst der optische Faser-Verstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung eine einzelne Verstärkungsstufe.
Alternativ umfasst der optische Faser-Verstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Verstärkungsstufen in Reihe geschaltet, von denen jede mit einer entsprechenden aktive Faser-Streck- und Pumpeinrichtung versehen ist und er ist dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Faser-Länge die Summe der Längen der aktive Faser-Dehnungen ist und die optische Pump-Leistung mit vorgegebenem Wert die Summe der optischen Leistungen ist, die durch die Pump-Einrichtungen den jeweiligen aktive Faser-Dehnungen zugeführt wird.
In diesem Fall ist speziell die aktive Faser-Länge die Faserlänge der zumindest einen Stufe, die bestimmt wird auf der Basis der Pump-Leistung, die der Stufe selbst zugeführt wird.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Länge der aktiven Faser in einem optischen Verstärker zum Betrieb in einem Multiwellenlängensystem, wobei der Verstärker einen Eingang und einen Ausgang, eine seltenerddotierte aktive Faser und eine Pump-Einrichtung zur Lieferung eines Pump-Lichtsignals mit vorgegebener Pump-Leistung an die aktive Faser umfasst und das Verfahren die Schritte umfasst:
optische Verbindung des Eingangs des optischen Verstärkers mit dem Ausgang des optischen Verstärkers;
Versorgung der aktiven Faser mit dem Pump-Signal aus der Pump-Einrichtung, um Lichtemission aus der aktiven Faser bei einer vorgegebenen Emissionsleistung hervorzunafen;
Steuerung des Spektralbereichs und der optischen Leistungen der Emission; und
Auswahl einer Länge für die aktive Faser so, dass die Emission zwei stabile Emissionspeaks bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb eines Bandes von Wellenlängen und bei einer vorgegeben Leistungen des optischen Signals an dem Ausgang zeigt.
Vorzugsweise wird es entsprechend des obigen Verfahrens geliefert, dass zwischen dem optisch verbundenen Ausgang und Eingang des Verstärkers eine optische Dämpfungseinrichtung mit einer regelbaren Dämpfung dazwischengeschaltet ist, wobei die Dämpfungseinrichtung so geregelt ist, dass sie eine solche Dämpfung des Emissionssignals zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers verursacht, dass die Leistung des Emissionssignals gleich dem vorgegebenen Wert ist. Speziell ist der vorgegebene Leistungswert des Emissionssignals mit der gelieferten Arbeitsleistung des Verstärkers verknüpft.
Speziell ist das Verfahren entsprechend der Erfindung in dem Fall, bei dem der Verstärker ein Zweistufen- oder Mehrstufenverstärker ist dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlänge von zumindest einer der Stufen ausgewählt wird.
Vorzugsweise ist in dem Fall, in dem der Verstärker ein Zweistufen- oder Mehrstufenverstärker ist das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst:

– Anordnung des Verstärkers so, dass die aktive Faser-Länge von zumindest einer Stufe bei einer Maximalverstärkung für die Pump-Leistung, die darauf angewandt wird ausgewählt wird;
– Verbinden des Ausgangs des Verstärkers mit dessen Eingang;
– Steuerung des Spektrums und der optischen Leistung des Emissionssignals des Verstärkers in Anwesenheit von den jeweiligen Pump-Leistungen, die jeder der Stufen zugeführt werden; und
– Auswahl einer aktive Faser-Länge von zumindest einer der Verstärkerstufen, bei der das Spektrum zwei stabile Emissionspeaks bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, bei einer vorgegebenen Leistung des Emissionssignals aufweist.

Mehr bevorzugt wird die aktive Faser-Länge der Verstärkerendstufe alleine ausgewählt.
Alternativ wird bei dem Verfahren entsprechend der Erfindung geliefert, dass in der Anwesenheit von speziellen Anwendungsanforderungen die Auswahl der aktive Faser-Länge individuell für alle Stufen ausgeführt wird, wobei jede von ihnen separat getestet wird.
Mehr Details werden aus der folgenden Beschreibung hervorgehen, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, bei denen:
1 ein Schaubild eines Multiwellenlängen-Telekommunikationssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
2 einen optischen Leitungsverstärker für eine Verwendung in dem System von 1 entsprechend einer ersten Anordnung zeigt;
3 einen optischen Leitungsverstärker für eine Verwendung in dem System von 1 entsprechend einer zweiten Anordnung zeigt;
4 einen optischen Verstärker zeigt, der mit einem Filter mit zwei Seelen versehen ist;
5 die experimentelle Anordnung zur Ermittlung der spektralen Emission von erbiumdotierten optischen Fasern zur Verwendung in optischen Verstärkern zeigt;
6 die spektralen Emissionsdiagramme der untereinander verglichenen Fasern zeigt;
7 die Leistungsniveaus der Signale zeigt, die dem Faserverstärkereingang in den Experimenten zugeführt werden, die ausgeführt wurden unter Verwendung eines Telekommunikationssystems entsprechend dem Schaubild aus 1;
8 bis 13 die Signalleistungsniveaus in den nachfolgenden Verstärkungsstufen bei einem Experiment zeigen, bei dem Verstärker entsprechend der Erfindung vervendet werden;
14 bis 18 die Signalleistungsniveaus in den nachfolgenden Verstärkungsstufen in einem Experiment zeigen, bei dem man Verstärker entsprechend der Erfindung mit einer aktiven Faser mit einer nicht optimalen Länge und Vorentzerrung verwendet;
19 bis 23 die Signalleistungsniveaus in den nachfolgenden Verstärkungsstufen bei einem Experiment zeigen, bei dem Verstärker entsprechend der bekannten Technik verwendet werden;
24 eine qualitative Darstellung der optimalen Auswahlbedingungen für eine aktive Faser-Länge in einem Leitungsverstärker ist;
25 ein Schaubild einer Vorrichtung zur Bestimmung der optisch aktive Faser-Länge in Leitungsverstärkern ist;
26 ein Emissionsspektrum der Vorrichtung, die in 25 gezeigt ist im Falle einer nicht ausreichenden Faserlänge ist;
27 ein Emissionsspektrum der Vorrichtung, die in 25 gezeigt ist im Falle einer optimalen Faserlänge ist;
28 das Emissionsspektrum der Vorrichtung, die in 25 gezeigt ist im Falle einer überlangen Faserlänge ist;
29 ein Schaubild einer Schnittstelleneinheit von der übertragenden Seite aus ist.
a) Beschreibung des Systems.
Wie in 1 gezeigt, wird ein optisches wellenlängenmultiplexendes Multikanal-Telekommunikationssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einigen ( vier in dem gezeigten Beispiel) optischen Ursprungs-Signalquellen 1a, 1b, 1c, 1d geliefert, wobei jedes der Signale, als "externes Signal" bezeichnet, seine eigenen Übertragungseigenschaften die Wellenlänge, Modulationstyp, Leistung besitzt. Signale, die durch solche Quellen erzeugt werden, werden einer Übertragungsstation 1 zugeführt, wobei jedes von ihnen an eine jeweilige Schnittstelleneinheit 2a, 2b, 2c, 2d gesandt wird, die eingerichtet ist, die externen optischen Ursprungssignale zu empfangen, sie zu erkennen und sie aufs Neue mit neuen Eigenschaften, die dem Übertragungssystem angepasst sind zu erzeugen.
Speziell erzeugen die Schnittstelleneinheiten jeweilige optische Arbeitssignale von Wellenlängen, die in dem nutzbaren Arbeitsband der in Reihe angeordneten Verstärker in dem System eingeschlossen sind.
In US- Patent 5,267,073 im Namen des selben Anwenders werden Schnittstelleneinheiten beschrieben, die speziell einen Übertragungsadapter, der ausgelegt ist, ein optisches Eingabesignal in eine auf die optische Übertragungsleitung angepasste Form umzuwandeln und einen Empfangsadapter, der ausgelegt ist, das übertragene Signal in eine für die Empfangseinheit geeignete Form zurückzuwandeln umfassen.
Zur Verwendung in dem System der vorliegenden Erfindung umfasst der Übertragungsadapter bevorzugt einen Laser vom externen Modulationstyp als den Laser zur Erzeugung eines Ausgabesignals.
Ein Schaubild einer Schnittstelleneinheit zur Übertragung eines Typs, der für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung angepasst ist, ist in 29 gezeigt, in der, aus Gründen der Übersichtlichkeit die optischen Verbindungen mit durchgehender Linie dargestellt sind, während die Verbindungen des elektrischen Typs mit gestrichelte Linie dargestellt sind.
Das optische Signal von einer der Quellen 1a, 1b, 1c, 1d , Quelle 1a wie zum Beispiel gezeigt, wird durch einen Fotodetektor (Fotodiode) 41 empfangen, der ein elektrisches Signal emittiert, das einem elektronischen Verstärker 42 zugeführt wird.
Das elektrische Ausgabesignal aus dem Verstärker 42 wird einer Pilotschaltung 43 eines allgemeinen durch 44 gekennzeichneten modulierten Laseremitters zugeführt, die angepasst ist ein optisches Signal der ausgewählten Wellenlänge zu erzeugen, das die Eingabesignalinformation enthält.
Passenderweise ist auch eine Zulassungsschaltung 45 eines Servicekanals mit der Pilotschaltung 43 verbunden.
Der modulierte Laseremitter umfasst einen Laser 46 und einen externen Modulator 47, zum Beispiel vom Mach-Zender-Typ, der durch das Ausgabesignal aus Schaltung 43 gesteuert wird.
Eine Schaltung 48 steuert die Emissionswellenlänge von Laser 46, hält sie konstant bei dem vorher ausgewählten Wert und kompensiert mögliche äußere Störungen wie Temperatur oder Ähnliches.
Schnittstelleneinheiten des obigen Typs zum Empfang sind in dem oben erwähnten Patent beschrieben und werden durch den Anmelder unter dem Handelsnamen TXT/E-EM vermarktet.
Die optischen Arbeitssignale werden deshalb einem Signalkombinator 3 zugeführt, der angepasst ist, die Arbeitssignale bei den Wellenlängen simultan in eine einzelne optische Ausgabefaser 4 zu senden.
Allgemein ist der Signalkombinator 3 eine optische Passivvorrichtung, durch welche die optischen Signale, die über jeweilige optische Fasern gesandt werden in einer einzigen Faser übereinendergelagert werden; Vorrichtungen dieses Typs bestehen zum Beispiel aus Kopplern aus thermisch vereinigten Fasern bei Planaren Optiken, Mikrooptiken und Ähnlichem.
Ein geeigneter Kombinator ist z. B. ein 1 × 4 SMTC-0104-1550-A-H-Typ zu beziehen von E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).
Durch Faser 4 werden Arbeitssignale im Folgenden als S1, S2, S3, S4 bezeichnet zu einem Leistungsverstärker 5 gesandt, der dessen Niveau anhebt, bis sie einen Wert erreichen, der ausreichend ist es ihnen zu ermöglichen sich über den nachfolgendenoptischen Faserteil zu bewegen, der vor dem Auftreten von neuen Verstärkereinheiten vorhanden ist, um damit ein ausreichendes Leistungsniveau am Ende aufrechtzuerhalten, um die benötigte Übertragungsqualität sicherzustellen.
Deshalb ist ein erster Teil 6a der optischen Leitung mit dem Leistungsverstärker 5 verbunden, dessen erster Teil üblicherweise aus einer optischen Single-mode-Faser eines Kernmantel-Typs besteht, die in ein geeignetes optisches Kabel, das einige zehn (oder hundert) Kilometer lang ist, zum Beispiel etwa 100 Kilometer lang eingeführt ist.
Auch wenn in einigen Fällen optische Fasern des dispersionsoptimierten Typs auch verwendet werden können, sind für Verbindungen des obigen Typs Fasern des Kernmantel-Typs allgemein zu bevorzugen, auf Grund der Tatsache, dass bei dispersionsoptimierten Fasern das mögliche Auftreten von nicht linearen Intermodulationseffkten zwischen nahe beieinanderliegenden Kanälen gefunden wurde und diese Effekte von großen Ausmaß sind, wenn die Entfernung zwischen den Kanälen sehr klein ist.
Am Ende des ersten Teils 6a der optischen Leitung ist ein erster Leitungsverstärker 7a vorhanden, der angepasst ist die Signale, die während ihrer Wegstrecke durch die Faser gedämpft wurden zu empfangen und sie auf ein ausreichendes Niveau zu verstärken, um sie einem zweiten optische Faser-Teil 6b zuzuführen, der dieselben Eigenschaften besitzt wie der vorausgehende.
Folgende Leitungsverstärker 7b, 7c , 7d und jeweilige optische Faserteile 6c, 6d, 6e decken die benötigte gesamte Übertragungsentfernung ab bis eine Empfangsstation 8 erreicht ist, wobei diese Station einen Vorverstärker 9 umfasst, der eingerichtet ist, um die Signale zu empfangen und sie zu verstärken, wobei er den Verlust zu kompensiert, der aus den folgenden demultiplexierenden Vorrichtungen resultiert, bis ein Leistungsniveau, das für die Empfindlichkeit der Empfangsvorrichtungen geeignet ist erreicht wird.
Von Vorverstärker 9 werden Signale an einen Demultiplexer 10 gesandt, durch dieselben Signale getrennt werden abhängig, von den jeweiligen Wellenlängen und dann zu den Schnittstelleneinheiten 10a, 10b, 10c, 10d gesandt werden, die eingerichtet sind, um die optischen Signale mit für das Übertragungssystem geeigneten Eigenschaften zu empfangen und sie entsprechend den optischen Ursprungseigenschaften oder anderen Eigenschaften, die in jedem Fall angepasst sind an die jeweiligen Empfangsvorrichtungen 11a, 11b, 11c, 11d wiederherzustellen.
Der Demultiplexer 10 ist eine Vorrichtung, die angepasst ist, um die optischen Signale unter mehreren Ausgabefasern zu verteilen, die einer Eingabefaser zugeführt wurden, indem er sie abhängig von den jeweiligen Wellenlängen trennt; ein solcher Demultiplexer kann aus einem Verteiler aus thermisch vereinigten Fasern bestehen, der das Eingabesignal in Signale auf mehrere Ausgabefasern zerlegt, speziell vier Fasern, wobei jedes Signal einem jeweiligen Bandpassfilter, der auf jede der Wellenlängen von Interesse zentriert ist zugeführt wird. Zum Beispiel kann eine Komponente ähnlich des schon beschriebenen Signalkombinators 3 vervendet werden, die in einer invertierten Anordnung in Kombination mit jeweiligen Bandpassfiltern montiert ist. Bandpassfilter des obigen Typs sind zum Beispiel von MICRON-OPTICS, INC., 2801 Buford Hwy, Suite 140, Atlanta, Georgia, US beziehbar; FFP-100 ist ein geeignetes Modell davon. Die beschriebene Anordnung liefert, speziell wenn man Übertragungen über etwa 500 km Entfernung bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit wie 2,5 Gbit/s betrachtet (mit vier gemultiplexten Wellenlängen erhält man eine Übertragungskapazität entsprechend 10 Gbit/s auf jeder individuellen Wellenlänge) zufriedenstellende Ergebnisse bei der Verwendung von vier Leitungsverstärkern, eines Leistungsverstärkers und eines Vorverstärkers. Bis an das Ende der vorliegenden Erfindung und für die obige Verwendung ist der Leistungsverstärker 5 zum Beispiel ein optischer Faserverstärker eines kommerziellen Typs, der die folgenden Eigenschaften besitzt:

Eingangsleistung –5 bis +2 dBm

Ausgabeleistung 13 dBm

Arbeitswellenlänge 1530–1560 nm
Der Leistungsverstärker ist frei von einem Sperrfilter.
Ein geeignetes Modell ist TPA/E-12, in den Handel gebracht von dem Anmelder. Der Leistungsverstärker verwendet eine Erbium-dotierte aktive optische Faser des Al/Ge/Er-Typs.
Mit "Leistungsverstärker" ist ein Verstärker gemeint, der unter Sättigungsbedingungen arbeitet, bei dem die Ausgabeleistung von der Pump-Leistung abhängt, wie im Detail in dem Europäischen Patent EP-439,867 beschrieben ist.
Bis an das Ende der vorliegenden Erfindung und für die obige Verwendung ist mit "Vorverstärker" ein Verstärker gemeint, der an das Ende der Leitung gesetzt ist und der in der Lage ist das Signal, das dem Empfänger zugeführt werden soll auf einen Wert zu erhöhen, der üblicherweise höher ist als die Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers selbst (zum Beispiel von –26 auf –11 dBm an dem Empfängereingang) während er gleichzeitig das niedrigst mögliche Rauschen einspeist und die Signalentzerrung aufrechterhält.
In dem beschriebenen Experiment wurde zur Herstellung des Vorverstärkers 9 ein Einstufenleitungsverstärker unter Verwendung derselben aktiven Faser wie bei den Verstärkern 7a–7c, die in dem Folgenden beschrieben sind, verwendet und er wurde in einer sich zusammen ausbreitenden Konfiguration montiert; für spezielle praktische Durchführungen kann ein Vorverstärker, der ausdrücklich für den speziellen Zweck ausgelegt ist gewählt werden.
Die Konfiguration des oben beschriebenen Übertragungssystems ist speziell angepasste, um die erwünschte Funktion zu liefern speziell für Wellenlängenmultiplexübertragung über mehr der Kanäle in der Anwesenheit einer speziellen Auswahl der Eigenschaften des Leitungsverstärkers, der ein Teil davon ist, speziell was die Fähigkeit zur Übertragung der ausgewählten Wellenlängen betrifft, ohne dass einige von ihnen in Hinsicht auf die anderen benachteiligt sind.
Speziell kann ein gleichmäßiges Verhalten für alle Kanäle sichergestellt werden bei einer Wellenlänge, die zwischen 1530 und 1560 nm eingeschlossen ist, in der Gegenwart von Verstärkern, die angepasst sind in Kaskadenanordnung zu arbeiten unter Verwen dung von Leitungsverstärkern, die in der Lage sind eine im wesentlicheneinheitliche (oder " flache ") Antwort bei den unterschiedlichen Wellenlängen zu liefern, wenn sie in Kaskadenanordnung arbeiten.
b) Leitungsverstärker
Für den obigen Zweck kann ein Verstärker, der für eine Verwendung als ein Leitungsverstärker vorgesehen ist entsprechend dem in 2 gezeigten Schaubild hergestellt werden und er umfasst eine Erbium-dotierte aktive Faser 12 und einen entsprechenden gepumpten Laser 13, der über einen frequenzselektiven Koppler 14 mit ihm verbunden ist; ein erster optischer Isolator 15 ist, dem Verlaufspfad des zu verstärkenden Signals folgend stromauf der Faser 12 angebracht, während ein zweiter optischer Isolator 16 stromab der aktiven Faser selbst angebracht ist.
Für eine Verwendung als Leitungsverstärker ist üblicherweise, wie gezeigt, (wenn auch nicht notwendigerweise) der frequenzselektive Koppler 14 stromab der aktiven Faser 12 angebracht, um ihn mit Pump-Energie gegenläufig zu dem Signal zu versorgen.
In einer speziellen Ausführung kann, wie in 3 gezeigt, der Leitungsverstärker entsprechend einer Zweistufen-Konfiguration hergestellt werden, basierend auf den speziellen Verwendungsanforderungen, wie im Folgenden beschrieben und dargestellt ist.
Bei einer solchen Ausführung umfasst der Leitungsverstärker eine erste Erbium-dotierte aktive Faser 17 und einen entsprechenden gepumpten Laser 18, der mit ihm über einen frequenzselektiven Koppler 19 verbunden ist; ein erster optischer Isolator 20 ist, dem Verlaufspfad des zu verstärkenden Signals folgend stromauf der Faser 17 angebracht, während ein zweiter optischer Isolator 21 stromab der aktiven Faser selbst angebracht ist.
Üblicherweise ist , wie gezeigt, (wenn auch nicht notwendigerweise) auch in dieser Konfiguration der gepumpte Laser 18 21 so verbunden, dass er Pump-Energie gegenläufig zu dem Signal zu liefert.
Der Verstärker umfasst weiterhin eine zweite Erbium-dotierte aktive Faser 22, die mit einem entsprechenden gepumpten Laser 23 über einen frequenzselektiven Koppler 24 verknüpft ist, der in dem gezeigten Beispiel auch für ein gegenläufiges Pumpen angeschlossen ist; dann befindet sich stromab der Faser 22 ein anderer optischer Isolator 25.
Die gepumpten Laser 13, oder 18, 23 sind vorzugsweise Laser vom Quantum Well-Typ und besitzen die folgenden Eigenschaften:

Emissionswellenlänge λ_p = 980 nm;
Maximale optische Ausgangsleistung P_u = 80 mW (für eine Zweistufen-Ausführung).
Laser des obigen Typs werden zum Beispiel hergestellt von:
LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).
Die frequenzselektiven Koppler 14, oder 19, 24 sind Koppler aus thermisch vereinigten Fasern, die aus Single-mode-Fasern bestehen bei einer Wellenlänge von 980 nm und innerhalb der Wellenlänge, eingeschlossen zwischen 1530 und 1560 nm, mit einer Variation von < 0,2 dB in der optischen Ausgangsleistung abhängig von der Polarisation.
Frequenzselektive Koppler des obigen Typs sind bekannt und verfügbar und werden zum Beispiel von GOULD Inc., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Burnie, M. D. (USA) und von SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road Torquay Devon, (GB) hergestellt.
Die optischen Isolatoren 15, 16 oder 20, 21, 25 sind optische Isolatoren eines Typs, der unabhängig von der Polarisation des Übertragungssignals ist, mit einer Isolierung größer als 35 dB und einem Reflexionsvermögen geringer als –50 dB.
Die verwendeten Isolatoren bestehen aus Modell MDL I-15 PIPT-A S/N 1016, zu beziehen von ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA.
Bei dem beschriebenen System sind die Leitungsverstärker für einen Betrieb bei einer optischen Gesamtausgangsleistung von etwa 14 dBm mit einer Verstärkung von etwa 30 dB vorgesehen.
b1) Verstärker mit einem zweiadrigen Filter (Vergleich)
Eine unterschiedliche Verstärker-Ausführung zur Verwendung als ein Leitungsverstärker ist in dem Schaubild in 4 gezeigt, wobei entsprechenden Elementen die gleichen Referenzzahlzeichen wie in 3 zugeordnet wurden.
Bei diesem Verstärker, dessen Komponenten die selben Eigenschaften wie oben beschrieben besitzen ist ein Sperrfilter 26 vorhanden, der aus einem optischen Faser-Teil mit zwei Seelen besteht, die optisch miteinander bei einer vorher ausgewählten Wellenlänge gekoppelt sind, wobei eine von ihnen koaxial mit den verbundenen optischen Fasern ist und die andere versetzt und an den Enden abgeschnitten, wie in den Patenten EP 441,211 und EP 417,441 beschrieben.
Die Faser ist so dimensioniert, dass sie in der versetzten Seele eine Wellenlänge (oder Wellenlängenband) entsprechend einem Teil des Emissionsspektrums des Verstärkers koppelt; das Abschneiden der versetzten Seele an den Enden ermöglicht es der dorthin übertragenen Wellenlänge in der Faserhülle zerstreut zu werden, so dass sie nicht länger wieder in die Hauptseele gekoppelt wird.
Bei der gezeigten Ausführung besaß der zweiadrige Filter 26 die folgenden Eigenschaften:

In die zweite Seele gekoppeltes Wellenlängenband BW (–3 dB ) = 8–10 nm

Filterlänge 35 mm
Der Filter war ausgelegt, um die maximale Dämpfung bei dem Emissionspeak der verwendeten aktiven Faser zu besitzen und es wurde darauf abgezielt, die Verstärkungskurve des individuell verwendeten Verstärkers flach zu machen.
Bei den hier im Folgenden beschriebenen Beispielen wurden Filter mit den folgenden Werten abwechselnd verwendet:

Dämpfung bei λ_s 1530 nm 5 dB oder

Dämpfung bei λ_s 1532 nm 11 dB
c) Beschreibung der aktiven Faser
Verschiedene Typen von Erbium-dotierten aktiven Fasern wurden für eine Verwendung in den oben beschriebenen Verstärkern hergestellt, wie detailliert dargelegt in der italienischen Patentanmeldung Nr. MI94A 000712 vom 14. April 1994 im Namen des selben Anmelders, dessen Inhalte hier im Folgenden zusammengefasst sind.
Tabelle 1
Wobei

Gew.-%: = (Duchschnitts-) Prozent-Gehalt an Gewicht des Oxids in der Seele mol% = (Duchschnitts-) Prozent-Gehalt an Molen des Oxids in der Seele
NA: = Numerische Appertur (n1² – n2²)^½
λ_c: = Grenzwellenlänge (LP11-Grenze)

Analysen der Zusammensetzungen wurden an einem Muster (vor dem Ziehen der Faser) mit einer Mikrosonde kombiniert mit einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt (SEM Hitachi).
Analysen wurden durchgeführt bei 1300-facher Vergrößerung an diskreten Punkten, die entlang eines Durchmessers verteilt und voneinander 200 μm getrennt waren.
Die beschriebenen Fasern wurden, der Technik des Vakuumplattierens in einer Quarzglasröhre folgend hergestellt.
Bei den beschriebenen Fasern wird die Einbettung von Germanium als das Dotierungsmittel in die SiO₂-Matrix in der Faserseele während des Syntheseschritts erhalten.
Die Einbettung von Erbium, Aluminiumoxid und Lanthan in die Faserseele wurde durch die "Lösungsdotierungs"-Technik erhalten, bei der eine wässrige Lösung des Dotierungsmittelchlorids in Kontakt mit dem Synthesematerial der Faserseele gebracht wird, während diese sich in einem partikelförmigen Zustand befindet, vor der Aushärtung der Vorform.
Mehr Details über die Lösungsdotierungs-Technik können zum Beispiel in US 5,282,078 gefunden werden.
c1) Experimentelle Tests mit aktiven Fasern
Die experimentelle Anordnung zur Bestimmung der spektralen Emission in den betrachten Fasern ist grafisch in 5 gezeigt, während die Graphen, welche die gemessene spektrale Emission der aktiven Fasern A, B, C, D darstellen in 6 gezeigt sind.
Eine Pump-Laserdiode 27 bei 980 nm wurde über einen frequenzselektiven Koppler 980/1550, gekennzeichnet durch 28, mit der zu testenden aktiven Faser 29 verbunden; die Faseremission wurde durch einen optischen Spektralanalysator 30 ermittelt.
Die Laserdiode besaß eine Leistung von etwa 60 mW (in der Faser 29). Die aktive Faser 29 war etwa 11 m lang.
Für unterschiedliche Erbiumgehalte in den Fasern und unterschiedlich verfügbare Pump-Leistung kann eine geeignete Länge für Messzwecke durch Austesten verschiedener Faserlängen experimentell bestimmt werden, um die Ausgangssignalleistung zu maximieren.
Der optische Spektralanalysator bestand aus Modell TQ 8345 hergestellt durch ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku-NS Bldg, 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo (JP).
Die Messung wurde durchgeführt, indem man die Faser bei 980 nm gepumpt hielt und das spontane Emissionsspektrum der Faser ermittelte.
Die erzielten Ergebnisse sind in 6 gezeigt, wobei Kurve 31 Faser A entspricht, Kurve 32 Faser B entspricht, Kurve 33 Faser C entspricht und Kurve 34 Faser D entspricht.
Wie man aus den Graphen sehen kann, besitzt die spektralen Emission der Fasern B, C, D einen Hauptpeak von großer Intensität mit einem Maximum bei etwa 1.532,5 nm und ein darauffolgendes Gebiet hoher Emission bei höheren Wellenlängen bis etwa 1560–1565 nm, in dem ein sehr verbreiteter sekundärer Peak eingeschlossen ist.
Ein Vergleich zwischen den Kurven 32 und 33 (jeweils Fasern B und C) zeigt, dass ein größerer Aluminiumoxid-Gehalt in der Faser das Niveau des Gebiets mit hoher Emission anhebt; der Ersatz von Germanium durch Lanthan (Faser D, Kurve 34) ermöglicht es, dass man in dem Bereich von 1535–1560 nm ein noch höheres Niveau erreicht.
Andererseits wurde bei allen Fasern B, C, D das Vorhandensein einer Absenkung in einer Zone d in dem Spektrum (lokalisiert etwa zwischen 1535 und 1540 nm) beobachtet, eingeschlossen zwischen dem Hauptemissionspeak und angrenzend daran und dem sekundären Emissionspeak; bei einer solchen Absenkung ist der Emissionswert mindestens um zwei dB niedriger als der Maximumemissionswert in den angrenzenden Gebieten (dies ist sowohl der Hauptpeak als auch der sekundäre Peak), wie in der Figur durch Bezugszeichen h nur für Kurve 32 gezeigt ist, aber auch bei den Kurven 33, 34 klar zu identifizieren ist.
Kurve 31 dagegen zeigt, dass unter den gezeigten experimentellen Bedingungen Faser A in Zone d keine bedeutende Absenkung in dem Spektrum zeigt (oder dort, wo eine Absenkung zur ermitteln ist, ist sie in jedem Fall niedriger als etwa 0,5 dB).
Kurve 31 zeigt auch, dass der Maximumemissionpeak bei Faser A sich bei niedrigeren Wellenlängen als bei den Fasern B, C, D befindet und bei etwa 1530 nm liegt und dass die Faser ein hohes Emissionsniveau bis nahe zu 1520 nm beibehält.
d) Multiwellenlängen-Übertragungstests
Unter Verwendung von Faser A wurden Verstärker mit der in 3 gezeigten Struktur hergestellt zur Verwendung als Leitungsverstärker in einem wie in 1 beschriebenen Telekommunikationssystem durch Einführung verschiedener Faserlängen (Experimente 1, 2); zu Vergleichszwecken wurden Verstärker mit Faser C in Kombination mit einem Filter (Struktur aus 3) getestet.
Bei den durchgeführten Experimenten war die erste aktive Faser 17 etwa 8 m lang; bei der zweiten aktiven Faser 22 wurden die Längen, die in der folgenden Tabelle dargestellt sind getestet.
Für die Experimente 2 und 3 wurde die gesamte aktive Faser-Länge bestimmt durch Herausfinden des besten Werts für einen Einzelverstärker entsprechend den Schritten 1, 2 der unten beschriebenen Instruktionsverfahren; für Experiment 1 wurde die Faserlänge der Leitungsverstärker bestimmt entsprechend den Schritten 1, 2, 3 der im Folgenden beschriebenen Instruktionsverfahren.
Das Spektrum der Signale, die in den Eingang des Leistungsverstärkers 5 bei den drei ausgeführten Experimenten eingegeben wurden ist in 7 gezeigt.
Experiment 1
8, 9, 10, 11, 12, 13 zeigen jeweils das Signalspektrum am Leitungsverstärker(7a)-Eingang (8), am Leitungsverstärker(7b)-Eingang (9), am Leitungsverstärker(7c)-Eingang (10), am Leitungsverstärker(7d)-Eingang (11), am Vorverstärker(9)-Eingang (12) und am Vorverstärker(9)-Ausgang (13).
Die optischen Signal/Rausch-Verhältnisse für die unterschiedlichen Kanäle (über ein optisches Band von 0,5 nm des Filters des Spektralanalysators) wurden am Vorverstärkereingang gemessen; die Resultate waren wie folgt:

Wellenlänge nm Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) dB

λ₁ 18,2

λ₂ 16, 3

λ₃ 16, 9

λ₄ 18,1
Man beachte, dass die Signal/Rausch-Verhältnisse so auftreten, dass sie sich um weniger als 2 dB zwischen den unterschiedlichen Kanälen unterscheiden und dass sie zusätzlich sehr hohe Werte besitzen; man sollte beachten, dass ein Signal/Rausch-Verhältnis von 13–14 dB schon genügt, um ein Fehlerniveau (BER) von 10^–12 (ein Referenzwert der normalerweise zum Vergleich der Übertragungssysteme übernommen wird) zu liefern.
Experiment 2
Experiment 2 wurde ausgeführt durch Anwendung einer Vorentzerrung auf die Signale durch jeweilige Dämpfer, die nicht in 1 gezeigt sind (die Faser der zweiten Stufe war nicht längenoptimiert) und das in 14 gezeigte Spektrum wurde am Leitungsverstärker(7a)-Eingang erhalten.
15, 16, 17, 18 repräsentieren jeweils das Signalspektrum am Leitungsverstärker(7a)-Eingang (15), am Leitungsverstärker(7b)-Eingang (16), am Leitungsverstärker(7c)-Eingang (17), am Leitungsverstärker(7d)-Eingang (18) und am Vorverstärker(9)-Eingang (18).
Der Vorentzerrer wandte eine anfängliche Maximalvorentzerrung von etwa 7 dB zwischen den unterschiedlichen Kanälen, wie in 14 gezeigt an; diese Vorentzerrung zielte darauf die Sättigungseffekte bei den kürzeren Wellenlängen, die bei Verstärkern in Kaskadenanordnung auftreten zu kompensieren.
Die Vorentzerrung wurde so ausgeführt, dass die optischen Signal/Rausch-Vehältnisse (SNR) an dem Vorverstärker(9)-Ausgang entzerrt wurden.
Bei den unterschiedlichen Verstärkungsstufen ist es möglich eine Erniedrigung in der Verstärkungskurve in dem Gebiet kürzerer Wellenlängen zu sehen, die von dem oben beschriebenen Sättigungsphänomen herrührt, wohingegen das optische Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) von jedem der Kanäle hoch bleibt (SNR ≥ 15 dB mit Δλ = 0,5 nm) bis zu dem Vorverstärker(9)-Eingang.
Dieses Verhalten scheint unter den beschriebenen experimentellen Bedingungen akzeptabel; da eine Vorentzerrrung der Signale genötigt wird, wird jedoch das System ansprechbar auf eine Eingabesignalvariation gemacht: speziell wenn eines von ihnen fehlen sollte, würde ein Missverhältnis auftreten auf Grund des Phänomens der Verstärkungskonkurrenz in den Leitungsverstärkerfasern auf Grund der Tatsache, dass sich der Effekt der homogenen Emission in den untersuchten Erbiumfasern durchsetzen würde.
Kurz, entsprechend des Verstärkungskonkurrenzphänomens zieht die Anwesenheit eines Signals bei einer gegebenen Wellenlänge in der Faser Pump-Energie zu den Signalen, die bei anderen Wellenlängen eingegeben werden ab und beeinflusst somit deren Verstärkung; wenn eines der Signale ausfällt, wird die verfügbare Leistung zwischen den anderen Signalen die dort vorhanden sind verteilt und damit die Verstärkung beeinflusst.
Dann ist, da die Vorentzerrung für die vier Kanäle zusammen ausgeführt wurde diese nicht länger gültig und kann ansteigende statt abfallende Effekte erzeugen, das Missverhältnis zwischen den unterschiedlichen Kanälen.
Außerdem wäre in Abwesenheit einer Vorentzerrung das Signal/Rausch-Verhältnis beim Empfang, für einige Kanäle wesentlich < 12 dB, nicht akzeptierbar gewesen.
Experiment 3
Experiment 3 wurde in der Abwesenheit einer Signalvorentzerrung durchgeführt mit einem Verstärker, der mit einem Sperrfilter versehen war, entsprechend dem, in 4 gezeigten Schaubild, wobei eine Faser des Typs C verwendet wurde.
19, 20, 21, 22, 23 zeigen jeweils das Signalspektrum an dem Leitungsverstärker(7a)-Eingang (19), am Leitungsverstärker(7b)-Eingang (20), am Leitungsverstärker(7c)-Eingang (21), am Leitungsverstärker(7d)-Eingang (22) und am Vorverstärker(9)-Eingang (23).
Am Vorverstärkereingang wurden die optischen Signal/Rausch-Verhältnisse für die unterschiedlichen Kanäle (über ein optisches Band von 0,5 nm des Filters des Spektralanalysators) gemessen; die Resultate waren wie folgt:

Wellenlänge Signal/Rausch-Verhältnis (SNR)

Nm dB

λ₁ 11,9

λ₂ 10,6

λ₃ 18,4

λ₄ 18,2
Wie man sehen kann, gibt es ein sehr großes Missverhältnis zwischen den Kanälen im Sinne des SNR, wobei sich der am meisten bevorzugte Kanal um mehr als 7 dB von dem am wenigsten bevorzugten Kanal unterscheidet und zusätzlich war bei zwei der Kanäle das Signal/Rausch-Verhältnis viel niedriger als der Wert von 14 dB und deshalb nicht ausreichend, um ein Fehler-Niveau (BER) von 10^–12 zu liefern; eine solche hohe Verzerrung könnte nicht durch eine Vorentzerrung kompensiert werden.
Aus den vorangegangenen Experimenten kann man sehen, dass Faser A von sich aus in der Lage ist, die Ausführung von Verstärkern, die geeignet für eine Wellenlängenmultiplexübertragung sind zu ermöglichen durch Vermeidung, dass eine oder mehrere Ka näle zu einem nicht akzeptierbaren Ausmaß benachteiligt sind, wohingegen Faser C nicht in der Lage ist dieselbe Funktion zu liefern.
Zusätzlich hat, wie man aus einem Vergleich zwischen Experiment 1 und Experiment 2 sehen kann die Längenvariation in der aktiven Faser, speziell der aktiven Faser der zweiten Verstärkerstufe, zu dem Erhalten von Verstärkern geführt, die in der Lage sind in Kaskadenanordnung unter im Wesentlichen einheitlichen Verstärkungsbedingungen bei den verschiedenen Wellenlängen zu arbeiten speziell bei der Abwesenheit von Benachteiligungen für Kanäle, die zwischen 1535 und 1540 nm eingeschlossen sind, ohne dass Vorentzerrungen oder externe Signalentzerrungseingriffe bei dem Empfang benötigt würden und somit ein optisches Signal/Rausch-Verhältnis von hohem Wert bieten.
Tatsächlich hat man bemerkt, dass es einen kritischen Längenwert gibt für die aktive Faser in dem Verstärker, der zur Wellenlängenmultiplexübertragung mit mehreren Verstärkern in Kaskadenanordnung versehen ist, bei welchem Wert man eine einheitliche Antwort für die unterschiedlichen Kanäle erhalten kann, wohingegen bei anderen Längenwerten der aktiven Faser eine oder mehrere der gelieferten Wellenlängen speziell an den Enden des erwünschten Arbeitsbandes Verstärkungsbeeinträchtigungen unterworfen zu sein scheinen; zusätzlich schien sich unerwarteterweise ein solcher kritischer Längenwert stark von dem bevorzugten Wert für einen Verstärker, der für eine Einfachverwendung ausgelegt ist zu unterscheiden.
e) Optimale Faserlänge in dem Verstärker
Die optimal verstärkende Faserlänge für einen Verstärker, der für eine Einfachverwendung vorgesehen ist, wird üblicherweise durch ein experimentelles Herausfinden der Länge bestimmt, bei der die maximale Ausgabeleistung (bei einer gegebenen Pump-Leistung) unter Kleinsignalbedingungen (das bedeutet in der Abwesenheit von Sättigungsphänomenen) auftritt.
Zum Beispiel gibt 24 die Wirkungsgrad-Kurve wieder, welche die Ausgabeleistung in Abhängigkeit von der Faserlänge der zweiten Stufe des Verstärkers in dem vorausgehend beschriebenen Beispiel zeigt; die Kurve wurde erhalten durch Experimentieren mit einer Einheit, die einen aktive Faser-Teil umfasst, von dem verschiedene Längen ausgetestet wurden, dem ein Eingabeleistungssignal von –20 dBm bei λ = 1557 nm, gepumpt mit einer Laserdiode mit einer Pump-Leistung von 80 mW (die selbe Pump-Leistung, wie sie an die entsprechende Stufe in dem Leitungsverstärker geliefert wurde) zugeführt wurde.
Wie man aus dieser Kurve ersehen kann, gibt es einen ziemlich weiten Bereich der Faserlänge, in dem ein hoher Leistungsausgabewert auftritt; ein geeigneter Längenwert innerhalb dieses Bereichs kann, nur als ein Hinweis, zwischen 15 und 20 m nachgewiesen werden.
Die Verwendung eines so ausgelegten Verstärkers ermöglicht es jedoch nicht, wie Experiment 2 und 3 zeigen, dass man in dem Fall von Kaskadenverstärkern in einem Multiwellenlängensystem ein zufriedenstellendes Verhalten erreicht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde jedoch herausgefunden, dass durch Auswahl eines anderen Längenwerts der aktiven Faser, speziell geringer als der Wert, der als der Beste für den Einfachverwendungs-Verstärker schien, die Ergebnisse stark verbessert werden und eine Multiwellenlängen-Kommunikation durchgeführt werden kann ohne Verwendung von Signalvorentzerrungen.
Zur Identifizierung der optimalen aktive Faser-Länge wird ein Test-Verstärker in die, in 25 gezeigte Experimentanordnung eingeführt.
Der Verstärker 35 wird in einen optischen Faser-Ring gebracht, der einen optischen Dämpfer 36, der eine regelbare Dämpfung bietet und einen Richtkoppler 37 mit einem 50/50 Teilungsverhältnis bei 1550 nm einschließt. Eine solche Anordnungen bildet einen Ringlaser, dessen Emission aus Zweig 38 von Koppler 37 entnommen wird.
Die Emission, die aus Zweig 38 entnommen wird, kann über eine entsprechende optische Faser 39 an ein Leistungsmessgerät und einen optischen Spektralanalysator 41 gesandt werden.
Der Test wird wie folgt durchgeführt.
Wenn die Testumgebung eingestellt ist, wird die Ausgabe von dem Koppler als erstes mit dem Leistungsmessgerät 40 verbunden; dann wird der Verstärker in Betrieb genommen (das heißt Pumpleistung wird an die jeweilige aktive Faser oder die aktiven Fasern geliefert) und die Dämpfung, die von dem regelbaren Dämpfer 36 geliefert wird, wird veranlasst sich schrittweise so weit zu ändern, bis ein Ausgabeleistungswert entsprechend dem Wert, für den der Verstärker vorgesehen ist, durch das Leistungsmessgerät 40 nachgewiesen wird.
Faser 39 wird dann mit dem Spektralanalysator 41 verbunden; das resultierende Spektrum für unterschiedliche Längen der aktiven Faser ist in den 26, 27, 28 gezeigt, bezogen auf Tests, die mit dem vorgehend beschrieben Leitungsverstärker für drei unterschiedliche Längen der Faser der zweiten Stufe, das heißt jeweils 10, 11, 12 m ausgeführt wurden. Als ein Ergebnis neigt, da Verluste, die in den Ring durch den Dämpfer 36 und den Kopper 37 eingeführt werden niedriger sind als die maximale Verstärkung der Faser des getesteten Verstärkers der Verstärker dazu zu oszillieren und bewirkt somit eine Laseremission in denjenigen spektralen Gebieten, die den maximalen Verstärkungswert enthalten.
Unterschiedliche Längenwerte der aktiven Faser verursachen, dass ein Gebiet ein anderes überragt.
In dem, in 26 gezeigten Fall (eine zu kurze Faser, etwa 10 m in dem Beispiel) besitzt das System eine stabile Emission mit einem Peak bei einer niedrigen Wellenlänge (λ = etwa 1531 nm); in dem, in 28 gezeigten Fall (eine zu lange Faser, etwa 12 m in dem Beispiel) besitzt das System eine stabile Emission mit einem Peak bei einer hohen Wellenlänge (λ = etwa 1557 nm).
Durch die Ausführung von verschiedenen Tests, beginnend zum Beispiel mit einer "langen" Faser und ihrer schrittweisen Verkürzung kann die, in 27 gezeigte Situation (entsprechend einer etwa 11 m langen aktiven Faser) erreicht werden, bei der das Emissionsspektrum zwei stabile Peaks, im Wesentlichen von der gleichen Höhe und beide bei einer niedrigen und einer hohen Wellenlänge aufweist.
Ein solcher Zustand entspricht einer Faserlänge, die angepasst ist, um eine Übertragung über mehrere Wellenlängen mit Verstärkern in Kaskadenanordnung sicherzustellen und die Entzerrung zwischen den unterschiedlichen Kanälen beizubehalten.
Mann bemerke, dass der Emissionszustand von zwei stabilen Peaks eintreten kann auch mit unterschiedlichen Werten der Faserlänge, aber man konnte beobachten, dass ein solcher Zustand eindeutig bestimmt ist für den Zweck der Bestimmung der optimalen Länge einer aktiven Faser in dem Verstärker für einen Kaskadenbetrieb über mehrere Wellenlängen, wenn die Betriebsbedingungen des Verstärkers selbst, speziell seine Ausgabeleistung, fixiert sind.
Wenn die Ausgangsleistung im Wesentlichen mit der Arbeitsleistung übereinstimmt, die an den Verstärker geliefert wird, ist die Faserlänge, welche die beiden stabilen Peaks verursacht, die geeignete für eine Anwendung in dem Kaskaden-Multiwellenlängensystem ist.
Eine Genauigkeit in der Bestimmung der Faserlänge in dem Bereich von etwa 0,5 m in dem Fall des vorausgehend erwähnten Fasertyps wird für die beschriebene Anwendung als genügend erachtet. Ähnliche Betrachtungen treffen für die Arbeitsleistung des Verstärkers zu.
Eine gebührende Rücksicht muss der Tatsache gezollt werden, dass, während der nutzbaren Lebenszeit des Verstärkers und des Systems, in das der Verstärker eingebracht ist Phänomene unterschiedlicher Natur die Leistung der Signale, die in den Verstärker oder die Verstärker eintreten reduzieren können, zum Beispiel als ein Ergebnis von Zunahmen bei der Dämpfung der übertragenen Signale, somit die Arbeitsleistung in den Leitungsverstärkern selbst reduzieren und somit deren Betriebseigenschaften und Endleistung an der Empfangsstation verändern.
Wenn zum Beispiel die Bestimmung der optimalen Faserlänge mit Bezug auf eine optische Eingangsleistung an den Verstärker von –16 dBm (oder größer), entsprechend einer Ausgangsleistung von etwa 14 dBm mit einer Gesamtverstärkung von etwa 30 dB durchgeführt wird, ist das beim Empfang erhaltene Signal/Rausch-Verhältnis besser als 15 dB, solange die Zustände in der Leitung unverändert bleiben; wenn die Eingangsleis tung an die Leitungsverstärker während der Lebenszeit des Übertragungssystems, zum Beispiel als ein Ergebnis von Abbauphänomenen in den optischen Fasern oder anderen Komponenten, zum Beispiel bis zu dem Wert von –18 dBm abnimmt, wird das Signal/Rausch-Verhältnis beim Empfang niedriger sein, obwohl noch größer als 13 dB ausreichend, einen BER- Wert von 10^–12 zu ergeben.
Man muss herausstellen, dass die Anwesenheit von einem oder mehreren Verstärkern in der Leitung, bei denen die optische Eingangsleistung niedriger als ein gegebener Wert ist die Systemleistung als Gesamtes beeinträchtigen kann und die Ursache eines lokalen Rauschinkrements sein kann, das Auswirkungen bis zur Empfangsstation besitzt.
Man bemerkt, dass die Länge, die in einem solchen Test herausgefunden wird weit niedriger liegt als die Länge, die als passend erscheinen würde im Falle von Tests auf der Basis der Analyse eines einzigen Verstärkers, der nur einmal von einem Signal passiert wird; in dem Beispiel war die mit Hilfe des zuletzt erwähnten Tests (etwa 11 m) ermittelte Faserlänge um etwa 30 Prozent niedriger als der Minimalwert, der aus dem reinen Herausfinden der Länge des maximalen Verstärkungsmaß (15–20 m) resultiert.
Es scheint, dass die besten Resultate, die unter Verwendung von Verstärkern mit einer Faserlänge, die wie oben spezifiziert bestimmt wurde erreicht wurden auf Grund der Tatsache, dass Wirkungsgradbestimmungen und Tests basierend auf einem einzigen Verstärker, der von einem optischen Signal in einem einzigen Durchgang passiert wird, nicht die Phänomene aufzeigen können, die auftreten, wenn das Signal durch mehrere Kaskadeneinheiten hindurchtritt, bei denen jede Signalverzerrung dazu neigt zunehmend mehr offensichtlich zu werden; der oben beschriebene Test dagegen ermöglicht die Bestimmung einer Faserlänge in dem Verstärker, der in der Lage ist einen entzerrten Betrieb beim Durchgang durch mehrere Verstärker zu erreichen.
Es wird gezeigt, dass die optimale aktive Faser-Länge in dem Verstärker für die Zwecke der vorliegenden Erfindung von verschiedenen Parametern abhängt, darunter der Erbiumgehalt in der Faser und die Leistung des Signals, das durch den Verstärker tritt; der oben beschriebene Test jedoch ermöglicht es, dass die optimale Faserlänge für die spezifische Struktur des Verstärkers, der untersucht wird herausgefunden wird und er möglicht deshalb die Einrichtung eines Wertes, bei dem die spezifischen Eigenschaften des Verstärkers schon in Rechnung gezogen sind.
Im Falle von Variationen bei den Verstärkereigenschaften wie zum Beispiel ein unterschiedlicher Erbiumgehalt in der Faser (üblicherweise identifiziert als eine Faserdämpfung bei der Signalwellenlänge) kann es notwendig sein, dass der Wert der optimalen Faserlänge für einen Kaskadenbetrieb in einem Multiwellenlängensystem wie beschreiben wieder verifiziert werden muss.
Eine Hypothese zu Interpretation des beobachteten Phänomens basiert auf der Tatsache, dass, herrührend von den Emissionseigenschaften von Erbium, niedrigere Wellenlängen (zum Beispiel 1530–1535 nm in einem Si/Ge/Al/La/Er-System) eine höhere Kleinsignalverstärkung zeigen, so dass ein Niedrigwellenlängen-λ_b-Signal nach einer relativ kurzen Faserlänge I₁ einen Leistungswert erreicht, der Sättigungszustände in dem Verstärker verursacht.
Solche Sättigungszustände (bei denen die Ausgabeleistung des Signals im Wesentlichen nicht mehr länger von seiner Eingabeleistung abhängt) werden in der Faser aufrechterhalten, bis die Pump-Leistung in der Faser bei einem genügend hohen Wert bleibt, das bedeutet bis zu einer Länge I₂, jenseits derer die Pump-Leistung in der Faser nicht ausreichend ist, um eine Verstärkung sicherzustellen und das Signal beginnt gedämpft zu sein auf Grund der drei Energieniveau-Natur des Emissionssystems von Erbium, das in die Faser als das Dotierungsmittel eingearbeitet ist.
Ein Signal bei einer hohen Wellenlänge λ_a dagegen arbeitet in einer Zone des Erbiumspektrums, in der eine geringere Verstärkung stattfindet, so dass es eine Sättigungsleistung nach einer Faserlänge I₃ erreicht, die größer ist als I₁.
In derselben Weise wie oben beschrieben wird der Sättigungszustand aufrechterhalten, bis zu einem Faserlängenwert I₄ größer als I₃.
Dann tritt der Zustand einer einheitlichen Antwort für die unterschiedlichen Kanäle (das heißt für alle unterschiedlichen Wellenlängen, die gemultiplext werden und dem Verstärker zugeführt werden) ein für eine Gesamtlänge von aktiver Faser in dem Verstärker (sowohl in dem Einstufen- und dem Mehrstufentyp), der ausreichend hoch ist, um es Signalen bei den höchsten Wellenlängen zu ermöglichen, dass sie schon die Maximalverstärkung erreicht haben aber nicht so hoch, um es den Signale bei den niedrigsten Wellenlängen zu ermöglichen mit der Dämpfung zu beginnen, auf Grund einer nicht ausreichenden Pump-Leistung in dem Endteil der Faser.
Die dazwischen liegenden Wellenlängen zwischen λ_b und λ_a werden ein Verhalten haben, das dazwischen eingeschlossen ist und deshalb ist die festgestellte Faserlänge auch für sie geeignet.
In den vorher beschriebenen Beispielen wird Bezug genommen auf Verstärker des Zweistufentyps; in den Beispielen wurde die optimale Faserlänge in dem Verstärker ausgewählt durch Festsetzen, basierend auf den obigen Betrachtungen zur Maximalverstärkung, der Länge der Faser, die in der ersten Stufe angewandt wird und dann Bestimmung der optimalen Faserlänge in dem Verstärker durch Modifizierung der Länge allein in der zweiten Stufe während eines Tests, bei dem der gesamte Verstärker (das heißt einschließlich der zwei Stufen und der verknüpften Pump-Einrichtung) mit dem Testring angeschlossen ist.
Die obigen Betrachtungen jedoch beziehen sich auch auf Einstufenverstärker, das heißt Verstärker, die einen einzigen aktive Faser-Teil mit den verknüpften Pump-Einrichtungen verwenden, für den die Auswahl der optimalen Länge bezüglich der einzigen Faser ausgeführt wird.
Während in dem Fall eines Mehrstufenverstärkers die Einrichtung der optimalen Faserlänge bevorzugt, für die beabsichtigten Zwecke, ausgeführt wird durch Testen des gesamten Verstärkers in der beschriebenen Experimentstruktur und durch Auswahl der Faserlänge voneinander einer der beiden Stufen allein, mehr bevorzugt die eine am Ausgang, ist es jedoch für einige Anwendungen auch möglich, der obigen Technik folgend, die Faserlänge von jeder Verstärkungsstufe oder eine oder mehrere von ihnen, die kritisch erscheinen, was das benötigte Übertragungsverhalten betrifft durch spezifische Tests bezüglich der Stufe oder den Stufen von Interesse, die separat getestet werden einzurichten.
Die Wahl zwischen Zweistufen/Mehrstufenverstärkern und Einstufenverstärkern kann getroffen werden auf Grund der speziellen Anforderungen der Anwendung, zum Beispiel in Verbindung mit dem Typ und der Leistung der angewandten Pump-Laser und den Betriebsbedingungen, die für sie ausgewählt sind.
Zum Beispiel kann die Anordnung, die zwei separat gepumpte Stufen liefert passend sein, wenn die Verwendung von zwei Pump-Lasern, die bei reduzierter Leistung arbeitengewünscht wird.
Alternativ kann bei Verstärkern, die relativ niedrige Pump-Leistungsniveaus erfordern oder wenn ein einzelner Pump-Laser bei einer hohen Leistungsemission (zum Beispiel 100 mW) verfügbar ist eine Anordnung eingeführt werden, die eine einzige Verstärkungsstufe liefert.
Als eine weitere Alternative kann ein zweiseitig pumpender Verstärker auch eingeführt werden.
Für alle Fälle kann, für einen Betrieb von mehreren Kaskadenverstärkern in einem Multiwellenlängensystem die aktive Faser-Länge passend ausgewählt werden, basierend auf den Kriterien, die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung definiert sind.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung scheint zusätzlich ein Übertragungssystem in Übereinstimmung mit der Erfindung speziell vorteilhaft zu sein für den Zweck der Herstellung einer optischen Verbindung von hoher Qualität, die unempfindlich gegenüber der Anzahl der übermittelten Kanäle ist.
Zusätzlich kann die Kanalzahl erhöht werden, ohne dass teure Eingriffe in die schon installierte Leitungsvorrichtung notwendig sind, durch eine bloße Anpassung der Übertragungs- und Empfangseinheiten daran.
Zum Beispiel ist es möglich, ein System entsprechend dem in 1 gezeigten Schaubild zu implementieren, das heißt, es umfasst die Schnittstelleneinheiten und Multiwellenlängen-Leitungsverstärker, durch anfängliche Lieferung eines einzigen Kanals mit einer Steigerung der Kosten im Bereich von 10% bezüglich einer Lösung des herkömmli chen Typs ohne eine Schnittstelleneinheit und ausgerüstet mit Verstärkern, die für einen Betrieb bei einer einzigen Wellenlänge vorgesehen sind.
Ein solches System jedoch kann hinterher zum Beispiel für eine Übertragung auf vier Kanälen, das heißt mit einer Übertragungskapazität multipliziert mit vier ausgebaut werden durch Hinzufügen der notwendigen Schnittstelleneinheiten nur bei den Übertragungs- und Empfangsstationen, was Kosten für den Ausbau in derselben Größenordnung wie die anfängliche Investition zur Folge haben wird; bei einem System des herkömmlichen Typs dagegen würde der selbe Typ von Ausbau eine neue Standleitung einschließlich entsprechender Verstärker und Kabel für jeden neuen beabsichtigten Kanal erfordern, was Kosten für einen Ausbau auf vier Kanäle entsprechend des etwa Vierfachen der Ausgangsinvestition mit sich bringen wird zusätzlich zu den Verlegungskosten für die neuen notwendigen Kabel und des Auftretens von Problemen, die mit der Notwendigkeit des Arbeitens entlang der gesamten Verbindungslinie verbunden sind.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung scheint tatsächlich der Teil des Systems, der die höchsten Kosten einschließt, vollkommen unempfindlich gegenüber der Anzahl von übermittelten Kanälen bei unterschiedlichen Wellenlängen zu sein und benötigt deshalb keine Aktualisierungen oder weitere Veränderungen, um größere Übertragungsanforderungen zu bewältigen, während die Verwendung der Schnittstelleneinheiten des beschriebenen Typs es ermöglicht, dass die geforderte Zahl von Kanälen mit den geeignetsten Eigenschaften für einen Betrieb in dem System der Leitung zugeführt werden.

Claims

Ein optisches Multiwellenlängen-Telekommunikationssystem umfassend: eine optische Signalsendestation (1), die optische Signalerzeugungsmittel für das gleichzeitige Erzeugen von wenigstens zwei optischen Übertragungssignalen mit zwei verschiedenen Wellenlängen in einem Band vorbestimmter Breite umfasst: eine Empfangsstation (8) zum Empfangen besagter optischen Übertragungssignale und die Trennmittel (10) zum Trennen besagter optischen Übertragungssignale umfasst, die ab besagter optischen Faserleitung empfangen wurden; und eine optische Fasereitung (6), die besagte Sende- und Empfangsstationen für gleichzeitiges Senden beider besagten Übertragungssignale ab besagter Sendestation an besagte Empfangsstation verbindet, wobei besagte optische Faserleitung wenigstens zwei optische Leitungsverstärker (7) umfasst, die in Reihe und an besagte Sendestation und besagte Empfangsstation durch optische Fasern angeschlossen sind, wobei jeder der besagten Leitungsverstärker eine Länge aktiver Faser (22, 17, 22), die mit Dotierungssubstanzen dotiert ist, die ein Seltenerdenmaterial einschließen, und ein Pumpmittel (13, 18, 23) umfasst, das an die aktive Faser zum Verstärken beider besagten optischen Übertragungssignale gekoppelt ist; die Länge der aktiven Faser wenigstens eines der besagten Leitungsverstärker, die Leistung des Pumpmittels des besagten wenigstens eines besagter Leitungsverstärker und besagte Dotierungssubstanzen so selektiert werden, dass die Differenz im optischen Signal-Rausch-Verhältnis zwischen besagten optischen Übertragungssignalen, die an besagter Empfangsstation empfangen werden, größer als 15 dB über eine 0,5 nm Bandbreite ist, wenn besagte optischen Übertragungssignale ab besagter Sendestation an besagte Empfangsstation übertragen werden und eine optische Leistung von wenigstens –16 dBm am Eingang der optischen Leitungsverstärker haben; dadurch gekennzeichnet, dass besagte Länge der aktiven Faser des besagtes wenigstens eines besagter optischen Leitungsverstärker weniger als eine Länge derselben aktiven Faser beträgt, die maximale Verstärkung für die vom Pumpmittel gelieferte Leistung bereitstellt, das an die aktive Faser des besagten wenigstens eines besagter optischen Verstärker gekoppelt ist; und besagte Länge des besagten wenigstens eines besagter optischen Verstärker so ist, dass, wenn wenigstens eins der optischen Signale am Ausgang des besagten wenigstens eines optischen Leitungsverstärkers zum Eingang des besagten wenigstens eines besagter optischen Leitungsverstärker gespeist wird, der optische Signalausgang des besagten wenigstens eines besagter optischen Leitungsverstärker zwei stabile Spitzenwerte bei zwei verschiedenen Wellenlängen innerhalb besagten Bands bei einer vorbestimmten Leistungsabgabe des besagten wenigstens eines besagter optischen Leitungsverstärker hat.
Das System des Anspruchs 1, worin besagte Sendestation weiter Empfangsmittel zum Empfangen externer optischer Signale über wenigstens zwei unabhängige Kanäle und Umwandlungsmittel zum Umwandeln besagter externer optischer Signale in elektrische Signale umfasst; worin besagtes Erzeugungsmittel besagter Sendesstation weiter optische Signalerzeugungsmittel umfasst, die durch besagte elektrische Signale gesteuert werden, um besagte optischen Übertragungssignale in Übereinstimmung mit besagten externen optischen Signalen bereitzustellen und eine Anzahl verschiedener Wellenlängen aufweist, wobei besagte Anzahl verschiedener Wellenlängen von der Anzahl besagter unabhängiger Kanäle abhängig ist, über die besagte externen optischen Signale an besagtem Empfangsmittel empfangen werden; und worin besagte Empfangsstation weiter Umwandlungsmittel zum Umwandeln besagter optischen, durch besagte Trennmittel getrennte, Übertragungssignale in elektrische Signale und weiter optische Signalerzeugungsmittel umfasst, die durch die zuletzt erwähnten besagten elektrischen Signale gesteuert werden.
Das System des Anspruchs 1, worin besagte vorbestimmte Breite des besagten Bandes wenigstens 20 nm ist.
Das System des Anspruchs 1, worin besagtes optisches Signal optische Signale mit wenigstens vier verschiedenen Wellenlängen in besagtem Band erzeugt bzw. generiert.
Das System des Anspruchs 4, worin besagte optische Übertragungssignale Wellenlängen zwischen 1536 und 1555 nm aufweisen.
Das System des Anspruchs 1, worin besagtes Erzeugungsmittel Laser mit kontinuierlicher Emission umfasst, die an Modulatoren zum Erzeugen besagter optischer Übertragungssignale gekoppelt sind.
Das System des Anspruchs 1, worin besagte Sendestation wellenlängenselektive Optokoppler zur Verbindung besagter optischer Signalerzeugungsmittel mit besagter optischer Faserleitung umfasst.
Das System des Anspruchs 1, worin besagtes Trennmittel einen Faserteiler und einen Bandfilter für jede der jeweiligen Wellenlängen der besagten optischen Übertragungssignale umfasst.
Das System des Anspruchs 1, worin jeder der besagten optischen Verstärker wenigstens eine mit Erbium dotierte aktive Faser umfasst.
Das System des Anspruchs 9, worin besagte Dotierungssubstanzen besagter wenigstens einer mit Erbium dotierten aktiven Faser wenigstens eine aus Lanthan, Germanium und Tonerde als Index-modifizierende Dotierungssubstanzen umfasst.
Ein faseroptischer Verstärker (7) umfassend: eine mit Seltenerde dotierte Faser (12, 17, 22), adaptiert ein Ausgangslichtsignal in einem vorbestimmten Wellenlängenband zu emittieren, wenn sie mit einem Pumplichtsignal mit Pumpwellenlänge gespeist wird, wobei besagtes Signal eine vorbestimmte Leistung hat; Pumpmittel (13, 18, 23) zur Lieferung besagten Pumpsignals mit einer vorbestimmten Pumpleistung an besagte aktive Faser; dadurch gekennzeichnet, dass besagte aktive Faser so eine Länge hat, dass, wenn besagtes Pumpsignal besagter aktiven Faser zugeführt wird und das Ausgangslichtsignal zum Eingang besagter aktiven Faser zurückgeführt wird, stabile Lichtsignalemissionen bei zwei verschiedenen Wellenlängen innerhalb besagten Bands bei der optischen Gesamtleistung des besagten Ausgangslichtsignals auftreten.
Der Verstärker des Anspruchs 11, worin besagte optische Gesamtausgangsleistung innerhalb des Betriebsleistungsbereichs des Verstärkers liegt.
Der Verstärker des Anspruchs 11, worin besagte aktive Faser, die an besagtes Pumpmittel gekoppelt ist, eine einzelne Verstärkungsstufe definiert.
Der Verstärker des Anspruchs 11, der wenigstens zwei in Reihe verbundene Verstärkungsstufen umfasst, worin jede der besagten Verstärkungsstufen eine Länge aktiver Faser und ein Pumpmittel umfasst, das Pumpleistung an besagte aktive Faser bereitstellt, und worin die Summe der Länge der aktiven Fasern der Verstärkungsstufe gleich der besagten Länge für die aktive Faser des Verstärkers ist und die Summe der besagten Stufenpumpleistungen für das Pumpmittel gleich besagter vorbestimmten Pumpleistung ist.
Der Verstärker des Anspruchs 14, worin besagte Länge der aktiven Faser gleich der Länge einer aktiven Faser von wenigstens einer der besagten Verstärkungsstufen ist und auf der Basis der Pumpleistung selektiert ist, die vom Pumpmittel besagter wenigstens einer Stufe der besagten Verstärkungsstufen geliefert wird.
Ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen Länge der aktiven Faser in einem optischen Verstärker zum Betrieb in einem multiplen Wellenlängensystem, worin besagter Verstärker einen Eingang und einen Ausgang, eine mit Seltenerde dotierte aktive Faser und Pumpmittel zur Lieferung eines Pumplichtsignals einer vorbestimmten Pumpleistung an besagte aktive Faser umfasst, und besagtes Verfahren folgende Schritte umfasst: optisches Verbinden des Eingangs des optischen Verstärkers mit dem Ausgang des optischen Verstärkers; Versorgen der aktiven Faser mit dem Pumpsignal ab besagtem Pumpmittel zum Bewirken von Lichtemission ab besagter aktiver Faser mit einer. vorbestimmten Emissionsleistung; Steuern des Spektralbereichs und der optischen Leistung besagter Emission; und Selektieren so einer Länge für besagte aktive Faser, dass die Emission zwei stabile Emissionsspitzen bei zwei verschiedenen Wellenlängen innerhalb eines Bands von Wellenlängen und mit einer vorbestimmten Leistung des optischen Signals bei besagter Leistung zeigt.
Das Verfahren nach Anspruch 16, das weiter folgende Schritte umfasst: Anschließen eines einstellbaren optischen Abschwächungsmittels zwischen dem Eingang und Ausgang des besagten Verstärkers; und Einstellen des Abschwächungsmittels, um die Leistung der Lichtemission auf eine Leistung abzuschwächen, die der besagten vorbestimmten Leistung gleicht.
Das Verfahren nach Anspruch 16, worin der Einstellschritt des Abschwächungsmittels zum Abschwächen der Emission auf besagte vorbestimmte Emissionsleistung mit der Ausgangsleistung des besagten Verstärkers in Beziehung gesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 16, worin besagter Verstärker wenigstens zwei in Reihe verbundene Stufen umfasst, worin jede der besagten Verstärkungsstufen eine Länge aktiver Faser umfasst, die eine vorbestimmte Länge und ein Pumpmittel hat, das der besagten aktiven Faser ein Pumplichtsignal mit einer vorbestimmten Pumpleistung bereitstellt, und worin die selektierte Länge der aktiven Faser in wenigstens einer der besagten Stufen verwendet wird.
Das Verfahren des Anspruchs 19, worin der Schritt des Selektierens der Länge der aktiven Faser weiter den Schritt des Selektierens der Länge der aktiven Faser von wenigstens einer Verstärkerstufe umfasst, um eine maximale Verstärkung für die Stufenpumpleistung bereitzustellen, die auf die aktive Faser der besagten wenigstens einen Verstärkerstufe angewandt wird; Koppeln des Ausgangs des Verstärkers an dessen Eingang; Steuern des Spektralbereichs und der optischen Leistung des Ausgangssignals des besagten Verstärkers auf der Basis der Stufenpumpleistungen, die den aktiven Fasern der betreffenden Verstärkungsstufen zugeführt werden, so dass das Ausgangssignal zwei stabile Emissionsspitzenwerte bei zwei verschiedenen Wellenlängen in einem Band von Wellenlängen aufweist.
Das Verfahren des Anspruchs 20, worin eine der besagten Stufen an den Ausgang der anderen der besagten Stufen angeschlossen ist, besagte selektierte Länge der aktiven Faser Teil der besagten einen besagter Stufen ist.
Das Verfahren des Anspruchs 16, worin besagter Verstärker wenigstens zwei Stufen hat, worin jede der besagten Verstärkungsstufen eine Länge aktiver Faserlänge und ein Stufenpumpmittel umfasst, das ein Stufenpumplichtsignal mit einer vorbestimmten Stufenpumpleistung an besagte Faser bereitstellt, und worin der Schritt des Selektierens der Länge der aktiven Fasern weiter den Schritt des Selektierens der Länge der aktiven Faser individuell für jede der Stufen umfasst.