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Dokumentenidentifikation DE10040226B4 09.03.2006
Titel Optischer Verstärker und optische Verstärkeranordnung mit reduzierter Kreuzphasenmodulation
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Krummrich, Peter, Dr., 81379 München, DE
DE-Anmeldedatum 17.08.2000
DE-Aktenzeichen 10040226
Offenlegungstag 04.04.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse H01S 3/067(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse G02F 1/39(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      H04B 10/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      H04B 10/16(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen optischen Verstärker mit einer mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierten aktiven Faser bzw. eine optische Verstärkeranordnung mit mehreren kaskadierten optischen Verstärkerstufen, welche jeweils eine mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierte aktive Faser aufweisen.

In optischen Übertragungssystemen zur Übertragung von optischen Signalen mit hohen Kanaldatenraten treten Signalverzerrungen durch nichtlineare Effekte in den optischen Fasern bzw. Übertragungsfasern auf. Speziell der nichtlineare Effekt der Kreuzphasenmodulation (XPM) kann die Übertragungseigenschaften bei optischen Übertragungssystemen mit vielen Kanälen, insbesondere Wavelentgh Division Multiplexing (WDM) Kanälen, deutlich verschlechtern. Die aktiven Fasern der optischen Verstärker sind in Vergleich zu den Übertragungsfasern der optischen Streckenabschnitte kurz und tragen somit nur zu einem Bruchteil zur Gesamtlänge des optischen Übertragungssystems bei, wodurch nur ein geringer Teil der im gesamten optischen Übertragungssystem auftretenden Kreuzphasenmodulationsbeiträge auf diese zurückzuführen sein dürfte. Jedoch können aufgrund der hohen Signalpegel in den optischen Verstärkern bzw. optischen Verstärkeranordnungen und in deren aktiven Fasern sowie deren kleine Modenfelddurchmesser trotzdem zu einer spürbaren Systemverschlechterung durch die dort erzeugten Kreuzphasenmodulationsbeiträge führen – siehe hierzu insbesondere M.Shtaif, M.Eiselt: "Nonlinearities in Erbium-doped Fiber Ampliiers", Conference on Optical Amplifiers and their Applications (1999), June 9-11, Nara, Japan, FC2, pp.270-272.

Maßgebend für die Systemverschlechterungen durch die Kreuzphasenmodulation, insbesondere bei hohen Signalpegeln, ist die Faserlänge, in der zwei WDM-Kanäle einen Schlupf von mindestens einer Bitlänge erfahren. Diese Länge wird beispielsweise in M.Shtaif, M.Eiselt: "Nonlinearities in Erbium-doped Fiber Ampliiers", Conference on Optical Amplifiers and their Applications (1999), June 9-11, Nara, Japan, FC2, pp.270-272, als "walk-off length" bezeichnet. Die "walk-off length" und somit auch der Einfluß der Kreuzphasenmodulation sinkt mit steigender Dispersion.

In den bislang realisierten optischen Übertragungssystemen, insbesondere WDM-Übertragungssystemen, treten die Systemverschlechterung aufgrund der Kreuzphasenmodulation in den optischen Verstärkern bzw. Verstärkeranordnungen durch die bei der Übertragung von optischen Signalen verwendeten niedrigen Signalpegel bzw. großen Kanalabstände nur schwach in Erscheinung. Bei derzeit realisierten bzw. handelsüblichen optischen Verstärkern bzw. Verstärkeranordnungen sind deshalb keine Maßnahmen zur Reduktion der Kreuzphasenmodulation in den optischen Verstärkern vorgesehen. Jedoch werden die durch die optischen Verstärker hervorgerufenen Kreuzphasenmodulationsbeiträge und somit Systemverschlechterungen in zukünftigen optischen Übertragungssystemen aufgrund der steigenden Anzahl von zur Übertragung erforderlichen WDM-Kanälen und hierdurch verringerten Kanalabständen zunehmen.

Des Weiteren weisen speziell für die Nutzung des L-Übertragungsbandes entwickelte optische Faserverstärker bzw. Verstärkeranordnungen, insbesondere Erbium-dotierte Faserverstärker, längere aktive Fasern auf als die optischen Verstärker, welche für das C-Übertragungsband konzipiert sind. Aus den genannten Gründen kommt der Reduktion der Kreuzphasenmodulation in optischen Verstärkern, insbesondere für zukünftige optische Übertragungssysteme, eine enorme Bedeutung zu.

Weiterhin sei auf den Patent Abstract of Japan No. 11204859 A verwiesen. In diesem ist ein Optical Fiber Amplifier respektive optischen Faserverstärker offenbart, dessen Ziel eine Verstärkung mit geringem Rauschen und großer Bandbreite ist. Dies wird dadurch erreicht, dass ein optischer Faserverstärker, welcher gewöhnlich mit so genannten seltenen Erden angereichert respektive dotiert sowie in Parallel- oder Reihenschaltung aufgebaut ist, hier Fluor-, Tellur-, Chalcon- oder Quarz-Verbindungen aufweist. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verstärkung durch zwei hintereinander geschaltete optische Fasern, die durch einen Isolator getrennt sind und bei der in Übertragungsrichtung des Lichtes die erste optische Faser Chalcon- oder Tellurverbindungen und die zweite optische Faser des optischen Faserverstärkers Fluorverbindungen aufweist.

Ferner sei auf das Buch „Optoelektronik" von Dirk Jansen, erschienen im Vieweg Verlag, Braunschweig, 1993, Seiten 175 bis 179 verwiesen, in dem die Grundlagen zu Dispersion und Bandbreite erläutert sind. Insbesondere sind die verschiedenen Dispersionsarten und deren Einfluss auf die Bandbreite bzw. das Bandbreite-Entfernungs-Produkt beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den in der aktiven Faser eines optischen Verstärkers bzw. einer optischen Verstärkeranordnung sich ausbildenden nichtlinearen Effekt der Kreuzphasenmodulation zu reduzieren. Die Aufgabe wird ausgehend von einem optischen Verstärker gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Verstärkers mit einer mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierten aktiven Faser ist darin zu sehen, daß die aktive Faser zur Reduzierung der Kreuzphasenmodulation des optischen Verstärkers mindestens zwei aktive Faserabschnitte aufweist, die einen negativen und einen positiven Dispersionskoeffizienten aufweisen und den aktiven Faserabschnitten betragsmäßig unterschiedlich hohe Dispersionskoeffizienten zugewiesen werden, wobei jeweils der aktive Faserabschnitt einen betragsmäßig hohen Dispersionskoeffizienten aufweist, in dem das zu verstärkende optische Übertragungssignal einen hohen Signalpegel annimmt. Dies führt zu einem starken Schlupf der Kanäle. Aufgrund des starken Schlupfes zwischen den Kanälen bzw. WDM-Kanälen wird der nichtlineare Effekt der Kreuzphasenmodulation in der aktiven Faser erheblich reduziert. Damit jedoch die hohen Dispersionkoeffizienten der aktiven Fasern nicht ihrerseits zu Signalverzerrungen innerhalb des optischen Übertragungssignals führen, wird erfindungsgemäß dem aktiven Faserabschnitt der aktiven Faser, in dem hohe Signalpegel auftreten – üblicherweise der letzte Teil der aktiven Faser – ein betragsmäßig hoher, d.h. hoher positiver oder negativer Dispersionskoeffizient zugewiesen.

Vorteilhaft werden die Längen der einzelnen aktiven Faserabschnitte unter Berücksichtigung der in den aktiven Faserabschnitten vorliegenden Dispersionskoeffizienten derart berechnet, daß die Gesamtdispersion des Verstärkers einen möglichst geringen Wert annimmt bzw. der optische Verstärker eine Gesamtdispersion von zumindest nahezu null aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausbildungen des erfindungsgemäßen optischen Verstärkers, insbesondere eine optische Verstärkeranordnung mit mehreren kaskadierten optischen Verstärkerstufen, sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand zweier Prinzipschaltbilder und einen Diagramm näher erläutert.

1 zeigt beispielhaft in einem Prinzipschaltbild einen optischen Verstärker mit einem ersten und zweiten aktiven Faserabschnitt,

2 zeigt beispielhaft in einem Diagramm die Dispersionskoeffizienten des ersten und zweiten aktiven Faserabschnitts entlang der aktiven Faser und

3 zeigt beispielhaft in einem weiteren Prinzipschaltbild eine optische Verstärkeranordnung mit mehreren kaskadierten optischen Verstärkerstufen.

In 1 ist beispielsweise ein optischer Verstärker OV mit einer mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierten aktiven Faser AF, insbesondere Erbium ER3+ dotierten aktiven Faser AF, dargestellt, dessen aktive Faser AF zur Reduzierung der Kreuzphasenmodulation des optischen Verstärkers in zwei aktive Faserabschnitte AF1, AF2, insbesondere einen ersten Faserabschnitt AF1 sowie einen zweiten aktiven Faserabschnitt AF2, aufgeteilt ist. Des Weiteren weist der optische Verstärker OV einen Eingang I, einen ersten Koppelpunkt KP1, eine erste Pumpquelle PQ1, einen optischen Isolator OI, einen zweiten Koppelpunkt KP2, sowie eine zweite Pumpquelle PQ2 und einen Ausgang 0 auf. Der Eingang I des optischen Verstärkers OV ist mit dem Eingang des ersten Koppelpunktes KP1 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang der aktiven Faser AF bzw. an den Eingang des ersten aktiven Faserabschnittes AF angeschlossen ist. An den Pumpeingang des ersten Koppelpunktes KP1 ist die erste Pumpquelle PQ1 angeschlossen. Der Ausgang des ersten aktiven Faserabschnittes AF1, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Länge von ca. 20 m aufweist, ist mit dem Eingang des optischen Isolators OI verbunden, dessen Ausgang an den Eingang des zweiten aktiven Faserabschnittes AF2 geführt ist. Der zweite aktive Faserabschnitt AF2 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Länge von 10 m auf. Der Ausgang des zweiten aktiven Faserabschnittes AF2 ist an den Eingang des zweiten Koppelpunktes KP2 geführt, dessen Ausgang an den Ausgang 0 des optischen Verstärkers OV angeschlossen ist. Der Pumpeingang des zweiten Koppelpunktes KP2 ist an die zweite Pumpquelle PQ2 angeschlossen.

Zur Verstärkung des optischen Übertragungssignales OS bzw. optischen Signales OS werden in der ersten Pumpquelle PQ1 bzw. in der zweiten Pumpquelle PQ2 ein erstes und zweites Pumpsignal PS1, PS2 erzeugt. Das erste Pumpsignal PS1, in 1 beispielsweise eine Wellenlänge von 980 nm aufweisend, wird über den ersten Koppelpunkt KP1 in Übertragungsrichtung UER in die aktive Faser AF bzw. in den ersten aktiven Faserabschnitt AF1 eingekoppelt. Das vom Eingang I des optischen Verstärkers OV zum ersten Koppelpunkt KP1 übertragene optische Signal OS wird in die aktive Faser AF bzw. den ersten aktiven Faserabschnitt AF1 eingekoppelt und erfährt aufgrund des zusätzlich eingekoppelten optischen ersten Pumpsignals PS1 eine Verstärkung. Das derartig verstärkte optische Übertragungssignal bzw. Signal OS wird vom Ausgang des ersten aktiven Faserabschnittes AF1 über den optischen Isolator OI zum Eingang des zweiten aktiven Faserabschnittes AF2 übertragen.

Der zweite aktive Faserabschnitt AF2 bzw. die aktive Faser AF2 wird mit Hilfe des zweiten Pumpsignales PS2 in Gegenübertragungsrichtung GER gepumpt. Hierzu wird das in der zweiten Pumpquelle PQ2 erzeugte zweite Pumpsignal PS2, beispielsweise eine Wellenlänge von 1480 nm aufweisend, über den zweiten Koppelpunkt KP2 in Gegenübertragungsrichtung GER in die aktive Faser AF bzw. in dem zweiten aktiven Faserabschnitt AF2 eingespeist. Das die den zweiten aktiven Faserabschnitt AF2 durchlaufende optische Signal OS erfährt aufgrund des eingekoppelten zweiten Pumpsignales PS2 eine weitere Verstärkung und wird an den Ausgang des zweiten aktiven Faserabschnittes AF2 bzw. der aktiven Faser AF übertragen. Vom Ausgang des zweiten aktiven Faserabschnittes AF2 wird das optische Signal OS über den zweiten Koppelpunkt KP2 zum Ausgang 0 des optischen Verstärkers OV gesteuert.

Die erfindungsgemäßen negativen bzw. positiven Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 des ersten bzw. des zweiten aktiven Faserabschnittes AF1, AF2 sind in einem Diagramm in 2 beispielhaft dargestellt. Das Diagramm weist eine horizontale und eine vertikale Achse auf, wobei an der horizontalen Achse die Ortsvariable z beispielsweise in Meter (m) angetragen wird und an der vertikalen Achse der Dispersionskoeffizient D in ps/nm/km angetragen wird. Der erste aktive Faserabschnitt AF1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten negativen Dispersionskoeffizienten DK1 von beispielsweise – 100 ps/nm/km auf und erstreckt sich über eine Länge von ca. 20 m. Der zweite aktive Faserabschnitt AF2 weist einen zweiten positiven Dispersionskoeffizienten DK2 von beispielsweise 200 ps/nm/km auf und ist ca. 10 m lang. Daraus ergibt sich eine Gesamtlänge der aktiven Faser AF von ca. 30 m. Der durch den ersten Faserabschnitt AF1 im optischen Verstärker OV hervorgerufene Dispersionsbeitrag ist im Diagramm als strichliert markierte erste Fläche dargestellt, welche sich aus dem zwischen der horizontalen Achse, der vertikalen Achse und der den Dispersionskoeffizientenverlauf anzeigenden Kurve eingeschlossen wird. Hierbei ist der erste, durch den ersten aktiven Faserabschnitt AF1 hervorgerufene Dispersionsbeitrag DB1 negativ. Der zweite ebenfalls strichliert dargestellte Dispersionsbeitrag DB2 wird durch den zweiten aktiven Faserabschnitt AF2 hervorgerufen und stellt den von der horizontalen Achse z und der den Dispersionskoeffizientenverlauf anzeigenden Kurve eingeschlossenen zweiten Flächeninhalt dar, der ebenfalls in 2 strichliert markiert dargestellt ist. Der zweite Dispersionsbeitrag DB2 ist positiv. In Summe ergibt sich somit eine Gesamtdispersion des optischen Verstärkers OV von zumindest nahezu 0.

Aus dem in 2 dargestellten Diagramm ist unter anderem ersichtlich, daß jeweils dem aktiven Faserabschnitt AF2 ein betragsmäßig hoher Dispersionskoeffizient zugewiesen wird, in dem das zu verstärkende optische Übertragungssignal OS einen hohen Signalpegel annimmt. Insbesondere im zweiten aktiven Faserabschnitt AF2 ist der Signalpegel des optischen Übertragungssignals OS höher als im ersten aktiven Faserabschnitt AF1, zumal das optische Übertragungssignal OS eine Vorverstärkung durch den ersten aktiven Faserabschnitt AF1 erfährt.

Des Weiteren ist erkennbar, daß entlang der aktiven Faser AF die aktiven Faserabschnitte AF1, AF2, insbesondere der erste und zweite aktive Faserabschnitt AF1, AF2, abwechselnd einen negativen oder positiven Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 annehmen, d.h. insbesondere in dem in 2 dargestellten Diagramm wird deutlich, daß der erste aktive Faserabschnitt AF1 einen ersten Dispersionskoeffizienten DK1 von – 100 ps/nm/km aufweist und der zweite aktive Faserabschnitt AF2 einen zweiten Dispersionskoeffizienten DK2 von 200 ps/nm/km aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Verteilung der Dispersionseigenschaften der aktiven Faser AF mit Hilfe der aktiven Faserabschnitte AF1, AF2 kann die im optischen Verstärker OV auftretende bzw. hervorgerufene Kreuzphasenmodulation reduziert werden. Maßgebend für diesen technischen Effekt ist der folgende physikalische Zusammenhang: Die Kreuzphasenmodulation nimmt mit steigender "walk-off length" zu, wobei unter der "walk-off length" die Faserlänge zu verstehen ist, in der zwei optische WDM-Kanäle einen Schlupf von mindestens einer Bitlänge erfahren. Mit anderen Worten: die "walk-off length" und damit auch der Einfluß der Kreuzphasenmodulation innerhalb des optischen Verstärkers OV sinken mit steigender Dispersion bzw. mit einem hohem Dispersionsbeitrag. Aufgrund der im erfindungsgemäßen optischen Verstärker OV in mehrere aktive Faserabschnitte AF1, AF2 aufgeteilten aktiven Faser AF mit unterschiedlich hohen Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 wird ein starker Schlupf nur in den aktiven Faserabschnitten AF1, AF2 erzeugt, in denen hohe Signalpegel auftreten. Durch diesen starken Schlupf wird der Beitrag des jeweiligen aktiven Faserabschnitts AF1, AF2 zur gesamten Kreuzphasenmodulation des optischen Verstärkers OV deutlich verringert. Hierzu sind erfindungsgemäß an den Stellen der aktiven Faser AF, an denen hohe Signalpegel des optischen Übertragungssignals OS auftreten, hohe Dispersionskoeffizienten vorzusehen.

Die hierdurch erzeugten hohen Dispersionsbeiträge innerhalb des optischen Verstärkers OV sind, um die Gesamtdispersion des optischen Verstärkers OV niedrig zu halten, wiederum durch entgegengesetze Vorzeichen aufweisende hohe Dispersionsbeiträge durch die weiteren aktiven Faserabschnitte AF1 zu kompensieren. Hierbei werden die Längen der einzelnen aktiven Faserabschnitte AF1, AF2 und die Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 der einzelnen Faserabschnitte AF1, AF2 so ausgewählt, daß die Gesamtdispersion des optischen Verstärkers OV einen möglichst geringen Wert aufweist bzw. sich zu nahezu 0 ergibt.

Bei der mit Hilfe von 1 und 2 dargestellten Ausführung der Erfindung ist der erste aktive Faserabschnitt AF1 als Vorverstärker realisiert, der das optische Signal OS möglichst rauscharm bis zu einen Signalpegel mittleren Niveaus verstärkt. Der zweite aktive Faserabschnitt AF2 arbeitet als Leistungsverstärker, der eine Anhebung des Signalpegels des bereits vorverstärkten optischen Signals OS auf einen hohen Ausgangspegel ermöglicht.

In 3 ist beispielhaft die erfindungsgemäße optische Verstärkeranordnung OVA mit mehreren kaskadierten optischen Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 dargestellt, welche jeweils eine mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierte aktive Faser AF1, AF2, AF3, AF4 aufweisen. Die optische Verstärkeranordnung OVA weist insbesondere eine erste, zweite, dritte und vierte Verstärkerstufe VS1 bis VS4 auf, wobei durchaus weniger bzw. weitere Verstärkerstufen VS für die erfindungsgemäße optische Verstärkeranordnung OVA angeordnet sein können.

Die optische Verstärkeranordnung OVA weist einen Eingang I und einen Ausgang O auf, wobei der Eingang I gleichzeitig der Eingang der ersten optischen Verstärkerstufe VS1 und der Ausgang O der Ausgang der vierten optischen Verstärkerstufe VS4 ist. Die erste optische Verstärkerstufe VS1 weist einen ersten optischen Isolator OI1, einen ersten Einkoppelpunkt EKP1, eine erste Pumpquelle PQ1, eine erste aktive Faser AF1 sowie einen zweiten optischen Isolator OI2 auf. Der Eingang des ersten optischen Isolators OI1 ist an den Eingang der optischen Verstärkeranordnung OVA angeschlossen. Des Weiteren ist der Ausgang des ersten optischen Isolators OI1 an den Eingang des ersten Einkoppelpunktes EKP1 angeschlossen, dessen Ausgang an den Eingang der ersten aktiven Faser AF1 geführt ist. An den Einkoppeleingang des ersten Einkoppelpunktes EKP1 ist die erste Pumpquelle PQ1 angeschlossen. Der Ausgang der ersten aktiven Faser AF1, insbesondere eine Erbium-dotierte Faser, ist mit dem Eingang des zweiten optischen Isolators OI2 verbunden. Der Ausgang des zweiten optischen Isolators ist an die zweite optische Verstärkerstufe VS2 bzw. an deren Eingang geführt.

Die zweite optische Verstärkerstufe VS2 weist ein erstes optisches Filter V1, eine zweite aktive Faser AF2 eine zweite aktive Faser AF2, einen zweiten Einkoppelpunkt EKP2 sowie eine zweite Pumpquelle PQ2 und einen dritten optischen Isolator OI3 auf. Der Eingang der zweiten optischen Verstärkerstufe VS2 ist an den Eingang des ersten optischen Filters F1 geführt und der Ausgang des ersten optischen Filters F1 ist mit dem Eingang der zweiten aktiven Faser AF2, beispielsweise eine Erbium-dotierte Faser, verbunden. An den Ausgang der zweiten aktiven Faser AF2 ist der Eingang des zweiten Einkoppelpunktes EKP2 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem dritten optischen Isolator bzw. dessen Eingang OI3 verbunden ist. Des Weiteren ist der Einkoppeleingang des zweiten Einkoppelpunktes EKP2 mit der zweiten Pumpquelle PQ2 verbunden. Der Ausgang des dritten optischen Isolators OI3 ist an den Ausgang der zweiten Verstärkerstufe VS2 geführt. An die zweite optische Verstärkerstufe VS2 ist die dritte optische Verstärkerstufe VS3 angeschaltet.

Die dritte optische Verstärkerstufe VS3 weist einen vierten optischen Isolator OI4, einen dritten Einkoppelpunkt EKP3, eine dritte Pumpquelle PQ3 sowie eine dritte aktive Faser AF3 und ein zweites optisches Filter F2 auf. Der Eingang der dritten optischen Verstärkerstufe VS3 ist mit dem Eingang des vierten optischen Isolators OI4 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang des dritten Einkoppelpunktes EKP3 geführt ist. Der Ausgang des dritten Einkoppelpunktes EKP3 ist mit dem Eingang der dritten aktiven Faser AF3 verbunden und dessen Einkoppeleingang ist an die dritte Pumpquelle PQ3 angeschlossen. Der Ausgang der dritten aktiven Faser AF3 ist mit dem Eingang des zweiten optischen Filters F2 verbunden, dessen Ausgang an den Ausgang der dritten optischen Verstärkerstufe VS3 geführt ist. Im Anschluß an die dritte optische Verstärkerstufe VS3 ist die vierte optische Verstärkerstufe VS4 angeschaltet.

Die vierte optische Verstärkerstufe VS4 weist einen vierten Einkoppelpunkt EKP4, eine vierte Pumpquelle PQ4, eine vierte aktive Faser AF4, einen fünften Einkoppelpunkt EKP5 sowie eine fünfte Pumpquelle PQ5 und einen fünften optischen Isolator OI5 auf. Der Eingang des vierten Einkoppelpunktes EKP4 ist zugleich der Eingang der vierten optischen Verstärkerstufe VS4 und der Ausgang des vierten Einkoppelpunktes EKP4 ist an den Eingang der vierten aktiven Faser AF4 angeschlossen. Der Einkoppeleingang des vierten Einkoppelpunktes EKP ist mit der vierten Pumpquelle PQ4 verbunden. Der Ausgang der vierten aktiven Faser AF4 ist mit dem Eingang des fünften Einkoppelpunktes EKP5 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang des fünften optischen Isolators OI5 angeschlossen ist. Der Einkoppeleingang des fünften Einkoppelpunktes IKP5 ist mit der fünften Pumpquelle PQ5 verbunden. Der Ausgang des fünften optischen Isolators OI5 und zugleich der Ausgang der vierten optischen Verstärkerstufe VS4 ist mit dem Ausgang O der optischen Verstärkeranordnung OVA verbunden.

Analog zu 1 wird in 3 bzw. in der in 3 dargestellten optischen Verstärkeranordnung OVA ein optisches Signal OS am Eingang I der optischen Verstärkeranordnung OVA eingekoppelt und über die erste, zweite, dritte und vierte optische Verstärkerstufe zum Ausgang O der optischen Verstärkeranordnung OVA übertragen. Hierbei erfährt das optische Signal OS in den jeweiligen Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 unterschiedliche Verstärkungen und erfindungsgemäß unterschiedliche Dispersionsbeiträge. Die aktiven Fasern AF1, AF2, AF3, AF4 der optischen Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 weisen zur Reduzierung der Kreuzphasenmodulation der gesamten optischen Verstärkeranordnung OVA betragsmäßig unterschiedliche, negative und positive Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 auf. Beispielsweise können die aktiven Fasern AF1, AF2, AF3, AF4 entlang der optischen Verstärkeranordnung OVA abwechselnd einen positiven oder negativen Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 annehmen, wobei durchaus auch einzelne Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 einen nahezu den Wert Null aufweisenden Dispersionskoeffizienten DK1, DK2 annehmen, d.h. entscheidend für die erfindungsgemäße Reduzierung der Kreuzphasenmodulation innerhalb der Verstärkeranordnung OVA ist, daß die aktiven Fasern AF1 bis AF4 der optischen Verstärkerstufen VS1 bis VS4 einen hohen, positiven oder negativen Dispersionskoeffizienten aufweisen, in denen das optische Signal OS einen hohen Signalpegel annimmt.

Das am Eingang der optischen Verstärkeranordnung OVA eingekoppelte optische Signal OS wird in der ersten optischen Verstärkerstufe VS1 über den ersten optischen Isolator OI1 zum ersten Einkoppelpunkt EKP1 übertragen und schließlich in die erste aktive Faser AF1 eingekoppelt. Zusätzlich wird ein erstes, in der ersten Pumpquelle PQ1 erzeugtes Pumpsignal PS1, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 980 nm, über den ersten Einkoppelpunkt EKP1 in Übertragungsrichtung UER in die erste aktive Faser AF1 eingespeist. Hierdurch erfährt das optische Signal OS eine Verstärkung beim Durchlaufen der ersten aktiven Faser AF1 und das verstärkte optische Signal OS wird über den zweiten optischen Isolator OI2 an den Ausgang der ersten Verstärkerstufe VS1 bzw. Eingang der zweiten Verstärkerstufe VS2 übertragen. Mit Hilfe des in der zweiten optischen Verstärkerstufe VS2 angeordneten ersten optischen Filters F1 wird das Gewinnspektrum des vorverstärkten optischen Signales OS eingeebnet und für eine weitere Verstärkung der zweiten aktiven Faser AF2 zugeführt. Die zweite aktive Faser AF2 wird mit Hilfe eines in der zweiten Pumpquelle PQ2 erzeugten zweiten Pumpsignales PS2, welches über den zweiten Einkoppelpunkt EKP2 in Gegenübertragungsrichtung GER in die zweite aktive Faser AF2 eingekoppelt wird, gepumpt. Das derartig verstärkte optische Signal OS wird vom Ausgang der zweiten aktiven Faser AF2 über den zweiten Einkoppelpunkt EKP2 und über den dritten optischen Isolator OI3 an den Ausgang der zweiten optischen Verstärkerstufe VS2 übertragen bzw. an den Eingang der dritten optischen Verstärkerstufe VS3 übermittelt.

In der dritten optischen Verstärkerstufe VS3 wird das optische Signal OS nach Durchlaufen des vierten optischen Isolators OI4 über den dritten Einkoppelpunkt EKP3 in die dritte aktive Faser AF3 zur Verstärkung eingekoppelt. Analog zur ersten optischen Verstärkerstufe VS1, wird die dritte aktive Faser AF3 mit Hilfe des in der dritten Pumpquelle PQ3 erzeugten dritten Pumpsignales PS3 über den dritten Einkoppelpunkt EKP3 in die dritte aktive Faser F3 eingekoppelten Pumpsignales verstärkt. Die Wellenlänge des dritten optischen Pumpsignales PS3 liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich von 980 nm. Das mit Hilfe der dritten aktiven Faser AF3 und des dritten optischen Pumpsignales PS3 verstärkte optische Signal OS wird mit Hilfe des zweiten optischen Filters erneut gefiltert, d.h. das Gewinnspektrum des optischen Signales OS wird erneut eingeebnet. Das am Ausgang des zweiten optischen Filters F2 anliegende eingeebnete optische Signal OS wird an die vierte optische Verstärkerstufe VS4 übertragen. Die vierte optische Verstärkerstufe VS4 ist als Hochleistungs- bzw. Leistungsverstärkungsstufe aufgebaut, d.h. die vierte aktive Faser AF4 wird sowohl in Übertragungsrichtung UER als auch in Gegenübertragungsrichtung GER gepumpt. Hierzu wird ein in der vierten Pumpquelle PQ4 erzeugtes viertes Pumpsignal PS4 über den vierten Einkoppelpunkt EKP4 in Übertragungsrichtung UER in die vierte aktive Faser AE4 eingekoppelt. Des Weiteren wird ein in der fünften Pumpquelle PQ5 erzeugtes fünftes Pumpsignal PS5 über den fünften Einkoppelpunkt EKP5 in Gegenübertragungsrichtung GER in die vierte aktive Faser AF4 eingespeist. Das über den vierten Einkoppelpunkt EKP4 in die vierte aktive Faser AF 4 eingespeiste optische Übertragungssignal OS erfährt nun eine Verstärkung mit Hilfe des vierten und fünften Pumpsignales PS4, PS5 und wird nach Verlassen der vierten aktiven Faser AF4 über den fünften Einkoppelpunkt EKP5 und über den fünften optischen Isolator OI5 an den Ausgang O der vierten optischen Verstärkerstufe bzw. der optischen Verstärkeranordnung OVA übertragen.

Die dargestellte optische Verstärkeranordnung weist beispielhaft mehrere optische Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 auf, wobei zusätzlich noch Dispersionskompensationseinheiten bzw. variabel einstellbare Dämpfungsglieder zwischen den einzelnen Verstärkerstufen VS1, VS2, VS3, VS4 angeordnet sein können – in 2 nicht dargestellt.

Die zur Realisierung der Erfindung erforderlichen betragsmäßig hohen Dispersionskoeffizienten der aktiven Fasern AF1 bis AF4 können beispielsweise mit Hilfe von hinsichtlich des Kerndurchmessers und der Brechzahlsprünge optimierter optischen Ein- oder Mehrstufenfasern realisiert werden.

Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Aufteilung der aktiven Faser AF eines optischen Verstärkers OV in mehrere aktive Faserabschnitte AF1, AF2, welche mindestens einen negativen und positiven Dispersionskoeffizienten aufweisen, auch für die aktiven Fasern AF1 bis AF4 der optischen Verstärkeranordnung OVA möglich, d.h. beispielsweise die erste aktive Faser AF1 der ersten Verstärkerstufe VS1 kann aus mehreren, unterschiedliche Dispersionskoeffizienten aufweisende aktive Faserabschnitte aufgebaut werden.


Anspruch[de]
  1. Optischer Verstärker mit einer mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierten aktiven Faser (AF), die mindestens zwei aktive Faserabschnitte (AF1, AF2) aufweist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß zur Reduzierung der Kreuzphasenmodulation des optischen Verstärkers die zwei aktiven Faserabschnitte (AF1, AF2) mindestens einen negativen und mindestens einen positiven Dispersionskoeffizienten (DK1, DK2) aufweisen und

    daß die Dispersionskoeffizienten (DK1, DK2) der aktiven Faserabschnitte (AF1, AF2) unterschiedlich hohe Beträge aufweisen, wobei jeweils der aktive Faserabschnitt (AF2) einen betragsmäßig hohen Dispersionskoeffizienten (DK2) aufweist, in dem das zu verstärkende optische Übertragungssignal (OS) einen hohen Signalpegel annimmt.
  2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Verstärker (OV) eine Gesamtdispersion von zumindest nahezu null aufweist.
  3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der aktiven Faser (AF) die aktiven Faserabschnitte (AF1, AF2) abwechselnd einen positiven oder negativen Dispersionskoeffizienten (DK1, DK2) annehmen.
  4. Optische Verstärkeranordnung mit mehreren kaskadierten optischen Verstärkerstufen (VS1 bis VS4), welche jeweils eine mit Ionen von Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotierte aktive Faser (AF1 bis AF4) aufweisen,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß mindestens zwei der aktiven Fasern (AF1 bis AF2) der optischen Verstärkerstufen (VS1 bis VS4) zur Reduzierung der Kreuzphasenmodulation der optischen Verstärkeranordnung (OVA) mindestens einen negativen und positiven Dispersionskoeffizienten (DK1, DK2) aufweisen und

    daß die Dispersionskoeffizienten der aktiven Fasern (AF1 bis AF4) der optischen Verstärkeranordnungen (OVA) unterschiedlich hohe Beträge aufweisen, wobei jeweils die aktive Faser (AF4) der optischen Verstärkerstufe einen betragsmäßig hohen Dispersionskoeffizienten aufweist, in der das zu verstärkende optische Übertragungssignal (OS) einen hohen Signalpegel annimmt.
  5. Optische Verstärkeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verstärkeranordnung (OAV) eine Gesamtdispersion von zumindest nahezu null aufweist.
  6. Optische Verstärkeranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der optischen Verstärkeranordnung (OAV) die aktiven Fasern (AF1 bis AF4) der optischen Verstärkerstufen (VS1 bis VS4) abwechselnd einen positiven oder negativen Dispersionskoeffizienten annehmen.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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