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Dokumentenidentifikation DE69834382T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000944188
Titel Optische Verstärkungseinrichtung für Wellenlängenmultiplexsignale
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Shima, Michikazu, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 211, JP;
Nishimoto, Hiroshi, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 211, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69834382
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.09.1998
EP-Aktenzeichen 981171804
EP-Offenlegungsdatum 22.09.1999
EP date of grant 03.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse H04B 10/17(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04J 14/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Verstärkungsvorrichtung zum kollektiven Verstärken von wellenlängengemultiplextem Signallicht und insbesondere eine optische Verstärkungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Einfluss der Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung zu verringern.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Es existiert bereits eine herkömmliche optische Verstärkungsvorrichtung, die ausgebildet ist, Licht unter Verwendung einer mit Seltenerde-Elementen wie beispielsweise Erbium (Er) dotierten optischen Faser direkt zu verstärken. Im Falle dieser herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung, die eine mit Seltenerde dotierte optische Faser verwendet, hängt deren Verstärkung von der Wellenlänge des Lichtes ab. Deshalb tritt beim kollektiven Verstärken von wellenlängengemultiplextem Signallicht, das durch Wellenlängenmultiplexen von Signallicht mit mehreren Wellenlängen erhalten wurde, das Problem auf, dass die jeweils den Wellenlängen entsprechenden Verstärkungen voneinander abweichen. Bekanntlich ändert sich die Verstärkungsverzerrung bei mehreren Wellenlängen in einer optischen Verstärkungsvorrichtung je nach der Verstärkung der Vorrichtung. Um eine Veränderung der Verstärkungsverzerrung zu unterdrücken, wurde beispielsweise ein herkömmliches System zum Durchführen eines AGC-Vorganges (von engl. Automatic Gain Control bzw. automatische Verstärkungssteuerung) vorgeschlagen, um die Verstärkung der optischen Verstärkungsvorrichtung so zu steuern, dass sie konstant ist.

Eine derartige optische Verstärkungsvorrichtung ist beispielsweise eine optische Verstärkungsvorrichtung zum Wellenlängenmultiplexen wie in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8-248455 beschrieben, bei der es sich um eine frühere Anmeldung der vorliegenden Anmelderin handelt. Bei dieser herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung zum Wellenlängenmultiplexen sind zwei optische Verstärker, die einer AGC-Steuerung unterworfen wurden, kaskadiert, um dadurch die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der beiden optischen Verstärker auszugleichen. Ferner wurde beispielsweise in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 9-219696 eine optische Verstärkungsvorrichtung vorgeschlagen, die einen zweistufigen Aufbau in Form von zwei einer AGC-Steuerung unterworfenen optischen Verstärkern aufweist.

Jedoch erreicht die an die optische Verstärkungsvorrichtung gelieferte Anregungsenergie in jeder der vorgenannten herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtungen eine Grenze, wenn die Eingangslichtleistung erhöht wird, so dass eine Sättigung der herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung eintritt. Folglich kann keine dieser herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtungen einen normalen AGC-Vorgang ausführen. In einem solchen Fall wird aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der optischen Verstärkungsvorrichtung die Verstärkungsverzerrung zwischen den Wellenlängen des Ausgangslichtes erhöht. Dies führt zu einem Problem dahingehend, dass sich kein ausreichender Eingangsdynamikbereich der optischen Verstärkungsvorrichtung sicherstellen lässt.

Eine zweistufige optische Verstärkungsvorrichtung, die optische Verstärker 100 und 200 verwendet, welche mit AGC-Schaltungen 101 bzw. 201 versehen sind, ist beispielsweise in 8 gezeigt. Im übrigen wird in diesem Fall angenommen, dass ein variables optisches Dämpfungsglied 300 und eine dispersionskompensierende Faser (DCF von engl. Dispersion Compensation Fiber) 400 zwischen dem auf einer Vorstufe vorgesehenen optischen Verstärker 100 und dem auf einer Nachstufe vorgesehenen optischen Verstärker 200 vorgesehen ist und dass das variable optische Dämpfungsglied 300 mit einer ALC-Schaltung 301 (von engl. Automatic Level Control bzw. automatische Pegelsteuerung) versehen ist, um den Pegel des Ausgangssignallichts OUT konstant zu halten. Das Diagramm der 9 zeigt die Pegeländerung von Signallicht beim Durchlaufen von Komponenten dieser optischen Verstärkungsvorrichtung.

In 9 bezeichnen die Bezugszeichen S1 und S2 den Sättigungspegel der Ausgangslichtleistung des optischen Verstärkers 100 bzw. den Sättigungspegel der Ausgangslichtleistung des optischen Verstärkers 200. In diesem Fall wird eine von dem variablen optischen Dämpfungsglied 300 zu dämpfende Dämpfungsgröße von der ALC-Schaltung 301 derart gesteuert, dass die Ausgangslichtleistung des optischen Verstärkers 200 in der Nähe des Sättigungspegels S2 konstant wird. Die Verstärkung des optischen Verstärkers 100 wird von der AGC-Schaltung 101 auf einen konstanten Wert gesteuert. Infolgedessen ist die Steigung des Signallichtpegels zwischen dem Eingang und dem Ausgang des optischen Verstärkers 100 selbst dann konstant, wenn der Pegel des Eingangssignallichts IN in einem Bereich des Pegels von Pi(MIN) auf Pi(MAX) variiert. Daher tritt eine Sättigung des Ausgangslichts des optischen Verstärkers 100 ein, wenn sich, wie durch eine gestrichelte Linie in 9 angedeutet, der Maximalpegel Pi(MAX) des Eingangssignallichts IN erhöht. Um zu verhindern, dass sich die oben erwähnte Verstärkungsverzerrung zwischen den Wellenlängen erhöht, kann folglich nur der enge Eingangsdynamikbereich, der in 9 durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist, sichergestellt werden.

In GB-A-2 310 094 wird die optische Entzerrung und Verstärkung von Licht verschiedener Wellenlängen sowie eine optische Verstärkungseinheit mit drei in Reihe geschalteten optischen Verstärkungsfasern unterschiedlicher Wellenlängenverstärkungscharakteristika beschrieben. Die Fasern werden derart gepumpt, dass die optischen Pegel der jeweiligen Kanäle des Ausgangslichts gleich sein können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Probleme der herkömmlichen Vorrichtungen getätigt.

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine optische Verstärkungsvorrichtung bereitzustellen, die imstande ist, unter Verwendung eines breiten Eingangsdynamikbereichs eine Erhöhung der Verstärkungsverzerrung zwischen Wellenlängen von Ausgangssignallicht selbst dann zu verhindern, wenn Signallicht unterschiedlicher Wellenlänge kollektiv verstärkt wird.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine optische Verstärkungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine erste optische Verstärkungseinrichtung zum kollektiven Verstärken von wellenlängengemultiplextem Signallicht; und eine zweite optische Verstärkungseinrichtung, die mit der ersten optischen Verstärkungseinrichtung kaskadiert ist, zum Verstärken von Signallicht, das von der ersten optischen Verstärkungseinrichtung ausgegeben ist, wobei die optische Verstärkungsvorrichtung ferner umfasst: eine optische Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Signallicht, das in die erste optische Verstärkungseinrichtung eingegeben ist; eine optische Leistungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Leistungspegels von Signallicht, das von der optischen Dämpfungseinrichtung ausgegeben ist; und eine Pegelsteuereinrichtung zum Regulieren einer durch die optische Dämpfungseinrichtung gedämpften Dämpfungsgröße basierend auf einem Erfassungsergebnis der optischen Leistungserfassungseinrichtung und zum Steuern eines Leistungspegels von Signallicht, das in die erste optische Verstärkungseinrichtung eingegeben ist, derart, dass er niedriger ist, als ein Pegel, bei dem die erste optische Verstärkungseinrichtung in einen Sättigungszustand versetzt wird.

Bei einem derartigen Aufbau wird der Leistungspegel des in die erste optische Verstärkungseinrichtung eingegebenen Signallichts durch die optische Leistungserfassungseinrichtung erfasst. Basierend auf einem Erfassungsergebnis reguliert die Pegelsteuereinrichtung die Dämpfungsgröße durch die optische Dämpfungseinrichtung derart, dass der Leistungspegel des in die erste optische Verstärkungseinrichtung eingegebenen Signallichts niedriger ist, als der Pegel, bei dem die erste optische Verstärkungseinrichtung in den Sättigungszustand versetzt wird. Somit wird ein Signallicht mit einem hohen Leistungspegel, bei dem die erste optische Verstärkungseinrichtung zur Sättigung gelangt, in die erste optische Verstärkungseinrichtung eingegeben, nachdem es durch die optische Dämpfungseinrichtung gedämpft wurde. Folglich führt die erste optische Verstärkungseinrichtung einen Verstärkungsvorgang durch, ohne zur Sättigung zu gelangen.

Zudem kann die optische Verstärkungsvorrichtung mit mindestens einer optischen Zwischenverstärkungseinrichtung versehen werden, die zwischen der ersten und der zweiten optischen Verstärkungseinrichtung kaskadiert ist. Selbst bei einem zwei- oder mehrstufigen Aufbau umfassend die erste und zweite optische Verstärkungseinrichtung und die optische Zwischenverstärkungseinrichtung führt die erste optische Verstärkungseinrichtung Verstärkungsvorgänge durch, ohne zur Sättigung zu gelangen. Somit wird von jeder der optischen Verstärkungseinrichtungen wellenlängengemultiplextes Signallicht verstärkt.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt ein Blockdiagramm, das den Aufbau bzw. die Ausgestaltung einer ersten, nicht erfindungsgemäßen Anordnung darstellt;

2 zeigt ein Diagramm, das die Pegeländerung von Signallicht beim Durchlaufen von Komponenten einer optischen Verstärkungsvorrichtung gemäß der ersten Anordnung darstellt;

3 zeigt ein Blockdiagramm, das einen anderen Aufbau darstellt, der durch Ändern der Platzierung eines optischen Dämpfungsabschnittes in der ersten Anordnung erreicht wird;

4 zeigt ein Blockdiagramm, das noch einen anderen Aufbau darstellt, der durch Platzieren von optischen Dämpfungsabschnitten zwischen jeweiligen optischen Verstärkungsabschnitten in der ersten Anordnung erreicht wird;

5 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer zweiten, nicht erfindungsgemäßen Anordnung darstellt;

6 zeigt ein Blockdiagramm, das einen anderen Aufbau darstellt, der erhalten wird durch Platzieren von optischen Dämpfungsabschnitten zwischen den jeweiligen optischen Verstärkungsabschnitten in der zweiten Anordnung;

7 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;

8 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer herkömmlichen Verstärkungsvorrichtung darstellt; und

9 zeigt ein Diagramm, das die Pegeländerung von Signallicht beim Durchlaufen von Komponenten der herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung darstellt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.

1 zeigt ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer optischen Verstärkungsvorrichtung gemäß einer ersten Anordnung darstellt, die zwar nicht mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt, aber für das Verständnis derselben hilfreich ist.

Wie in 1 gezeigt, hat diese optische Verstärkungsvorrichtung einen dreistufigen Aufbau mit: einem optischen Verstärkungsabschnitt 1 zum konstanten Verstärken von beispielsweise einem wellenlängengemultiplexten Eingangssignallicht IN und zum Ausgeben des verstärkten Signallichts; einem optischen Verstärkungsabschnitt 3 zum Empfangen von Signallicht, das von dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 durch einen optischen Dämpfungsabschnitt 7 ausgegeben wird, zum konstanten Verstärken des empfangenen Signallichts und zum Ausgeben des verstärkten Signallichts; und einem optischen Verstärkungsabschnitt 5, der als eine zweite optische Verstärkungsvorrichtung dient, zum Empfangen des von dem optischen Verstärkungsabschnitt 3 ausgegebenen Signallichts durch eine dispersionskompensierende Faser (DCF) 8, zum konstanten Verstärken des empfangenen Signallichts und zum Ausgeben des verstärkten Signallichts. Im übrigen fungieren die optischen Verstärkungsabschnitte 1 und 3 in dieser Vorrichtung als eine erste optische Verstärkungsvorrichtung.

Im ersten optischen Verstärkungsabschnitt 1 wird beispielsweise das Eingangssignallicht IN durch einen optischen Koppler 10, einen optischen Isolator 11 und einen optischen Koppler 12 an eine Er-dotierte Faser (EDF) 13 gesendet. Der optische Koppler 10 teilt einen Teil des Eingangssignallichts IN in zwei Lichtbündel und sendet eines der Lichtbündel an den optischen Isolator 11 und sendet auch das andere Lichtbündel an einen Lichtempfänger (PD) 17, der später zu beschreiben sein wird. Der optische Isolator 11 überträgt Signallicht, das vom optischen Koppler 10 zum optischen Koppler 12 wandert, und blockiert Signallicht, das in die entgegengesetzte Richtung wandert. Der optische Koppler 12 führt das Signallicht von dem optischen Isolator 11 mit einem Anregungslicht, das von einer Anregungslichtquelle (LD) 20 ausgegeben wird (wie später beschrieben), zusammen und sendet das zusammengeführte Licht an die EDF 13. Ferner handelt es sich bei der EDF 13 um eine optische Faser, die mit Er und Aluminium (Al) dotiert ist und die durch das Anregungslicht von dem optischen Koppler 12 in einen Zustand der Besetzungsumkehr versetzt wird und das eingegebene Signal aufgrund der induzierten Ausgabefunktion verstärkt.

Ein von der EDF 13 ausgegebenes Signallicht wird durch einen optischen Isolator 14, ein optisches Filter 15 und einen optischen Koppler 16 an den optischen Dämpfungsabschnitt 7 ausgegeben. Der optische Isolator 14 überträgt, ähnlich dem optischen Isolator 11, nur Signallicht, das von der EDF 13 zu dem optischen Koppler 16 wandert. Bei dem optischen Filter 15 handelt es sich um ein Filter zum Korrigieren der Wellenlängenabhängigkeit der EDF 13. Der optische Koppler 16 teilt das von dem optischen Filter 15 ausgegebene Signallicht in zwei Lichtbündel und sendet eines der Lichtbündel an den optischen Dämpfungsabschnitt 7 und sendet auch das andere Lichtbündel an einen Lichtempfänger (PD) 18. Die Lichtempfänger 17 und 18 setzen das jeweils von den optischen Kopplern 10 und 16 geteilte Signallicht in ein elektrisches Signal um, um das elektrische Signal an die automatische Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC-Schaltung) 19 auszugeben, die als Verstärkungssteuerungsabschnitt dient. Ferner überwacht die AGC-Schaltung 19 die Eingangs- und Ausgangslichtpegel des optischen Verstärkungsabschnitts 1 basierend auf elektrischen Signalen, die jeweils von den Lichtempfängern 17 und 18 ausgesendet werden, um eine Anregungslichtquelle 20 derart zu steuern, dass die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts 1 konstant ist. Es ist wünschenswert, dass zum Verwirklichen eines rauscharmen optischen Verstärkungsabschnitts 1 eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 980 nm als Anregungslichtquelle 20 eingesetzt wird.

Der optische Verstärkungsabschnitt 3 weist einen Aufbau ähnlich dem des optischen Verstärkungsabschnitts 1 auf. Durch den optischen Dämpfungsabschnitt 7, der später zu beschreiben sein wird, wird ein Signallicht mit einer konstanten Leistung in den optischen Verstärkungsabschnitt 3 eingegeben.

Ferner ist die DCF 8 auf geeignete Weise dazu vorgesehen, die Dispersionscharakteristika eines mit dieser optischen Verstärkungsvorrichtung verbundenen Übertragungsweges zu kompensieren. Ist die Kompensierung der Dispersionscharakteristika nicht erforderlich, so kann in der Vorrichtung ein ortsfestes optisches Dämpfungsglied vorgesehen sein; alternativ kann das Ausgangssignallicht des optischen Verstärkungsabschnitts 3 direkt in den optischen Verstärkungsabschnitt 5 eingegeben werden.

Im optischen Verstärkungsabschnitt 5 wird das von der DCF 8 ausgegebene Signallicht durch einen optischen Koppler 50, ein optisches Filter 51, einen optischen Isolator 52 und einen optischen Koppler 53 an eine EDF 54 gesendet. Der optische Koppler 50 ist in der Vorrichtung vorgesehen, um – ähnlich dem optischen Koppler 10 – einen Teil des in den optischen Verstärkungsabschnitt 5 einzugebenden Signallichts durch einen Lichtempfänger 58 an eine AGC-Schaltung 60 zu senden. Das optische Filter 51 ist ein Filter zum Korrigieren der Wellenlängenabhängigkeit der EDF 54 und ist in dieser Anordnung auf einer Vorstufenseite der EDF 54 vorgesehen. Der optische Isolator 52 überträgt – ähnlich wie im Fall des optischen Isolators 14 – nur Signallicht, das vom optischen Filter 51 zum optischen Koppler 53 wandert. Der optische Koppler 53 führt ein vorwärtsgerichtetes Anregungslicht von einer Anregungslichtquelle 61 mit dem Signallicht von dem optischen Isolator 52 zusammen, um das resultierende Licht an die EDF 54 auszugeben. Die EDF 54 hat den gleichen Aufbau wie die EDF 13, wobei hier jedoch das von dem optischen Koppler 53 zusammengeführte vorwärtsgerichtete Anregungslicht und ein rückwärtsgerichtetes Anregungslicht von einer Anregungslichtquelle 62, das von einem optischen Koppler 55 zusammenzuführen ist, in die EDF 54 eingegeben werden, so dass ein Signallicht mit einer hohen Ausgangsleistung erhalten wird. Es ist wünschenswert, dass die Wellenlängen des vorwärts und rückwärts gerichteten Anregungslichts jeweils beispielsweise 1480 nm betragen, um einen optischen Verstärkungsabschnitt 5 mit einer hohen Ausgangsleistung zu realisieren.

Das von der EDF 54 ausgegebene Signallicht wird als Ausgangssignallicht OUT durch den optischen Koppler 55, einen optischen Isolator 56 und einen optischen Koppler 57 nach außen ausgegeben. Der optische Isolator 56 überträgt – ähnlich dem optischen Isolator 52 – nur Signallicht, das von dem optischen Koppler 55 zu dem optischen Koppler 57 wandert. Der optische Koppler 57 teilt das Signallicht von dem optischen Isolator 56 in zwei Lichtbündel und sendet eines der Lichtbündel nach außen und sendet auch das andere Lichtbündel an einen Lichtempfänger 59. Der Lichtempfänger 59 setzt einen durch den optischen Koppler 57 abgetrennten Teil des Signallichts in ein elektrisches Signal um, um das elektrische Signal sowohl an eine AGC-Schaltung 60 als auch an den optischen Dämpfungsabschnitt 7 auszugeben. Ferner überwacht die AGC-Schaltung 60, die als ein Verstärkungssteuerungsabschnitt dient, die Eingangs- und Ausgangslichtpegel des optischen Verstärkungsabschnitts 5 basierend auf elektrischen Signalen von jedem der Lichtempfänger 58 und 59, um die Leistung des von jeder der Anregungslichtquellen 61 und 62 ausgegebenen Anregungslichtes derart zu steuern, dass die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts 5 konstant ist.

Der optische Dämpfungsabschnitt 7 besteht aus: einem variablen optischen Dämpfungsglied 71, das als optische Dämpfungsvorrichtung fungiert; und einer automatischen Pegelsteuerungsschaltung (ALC-Schaltung) 72, die als Pegelsteuervorrichtung dient. Das von dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ausgegebene Signallicht wird in das variable optische Dämpfungsglied 71 eingegeben, das das Eingangssignallicht dann gemäß einem von der ALC-Schaltung 72 gesendeten Pegelsteuerungssignal dämpft und das gedämpfte Signallicht an den optischen Dämpfungsabschnitt 3 sendet. Die ALC-Schaltung 72 überwacht die Leistung des Ausgangssignallichts OUT basierend auf einem elektrischen Signal von dem Lichtempfänger 59 des optischen Verstärkungsabschnitts 5 und erzeugt ein Pegelsteuersignal zum Regulieren der von dem variablen optischen Dämpfungsglied 71 gedämpften Dämpfungsgröße, so dass der Leistungspegel des Ausgangssignallichts OUT konstant ist. Dieser Steuervorgang der ALC-Schaltung ähnelt einem durch die herkömmliche Verstärkungsvorrichtung mit zweistufigem Aufbau durchgeführten ALC-Vorgang.

Als nächstes wird nachfolgend ein Betrieb dieser Anordnung beschrieben.

2 zeigt ein Diagramm, das die Pegeländerung von Signallicht beim Durchlaufen von Komponenten der optischen Verstärkungsvorrichtung darstellt.

Wie in 2 gezeigt, wird davon ausgegangen, dass ein Leistungspegel Pi des Eingangssignallichts IN innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (zwischen Pi(MIN) und Pi(MAX)), der in einer Systementwurfsphase angenommen wird. Wird ein derartiges Eingangssignallicht IN an diese Vorrichtung gesendet, so wird das Eingangssignallicht IN zuerst von dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 verstärkt. In diesem optischen Verstärkungsabschnitt 1 wird der Betrieb der Anregungslichtquelle 20 durch die AGC-Schaltung 19 derart gesteuert, dass die Verstärkung selbst dann konstant ist, wenn sich der Leistungspegel Pi des Eingangssignallichts IN ändert. Folglich ist die Steigung des Signallichtpegels zwischen dem Eingang und dem Ausgang des optischen Verstärkungsabschnitts 1 konstant, ungeachtet des Leistungspegels Pi des Eingangssignallichts IN. Ferner kann infolge der dreistufigen Gestaltung des optischen Verstärkungsabschnitts die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts 1 im Vergleich zur Verstärkung des optischen Vorstufen-Verstärkungsabschnitts der herkömmlichen zweistufigen optischen Verstärkungsvorrichtung klein eingestellt werden. So kann nämlich die Verstärkung der herkömmlichen Vorrichtung, die durch den optischen Vorstufen-Verstärkungsabschnitt erhalten wird, durch die zwei Verstärkungsabschnitte 1 und 3 der Anordnung erlangt werden. Somit kann die von der ersten Stufe des optischen Verstärkungsabschnitts 1 zu erhaltende Verstärkung reduziert werden. Folglich wird die Steigung des Signallichtpegels im optischen Verstärkungsabschnitt 1 gering. Somit erhöht sich die Toleranz der maximalen Eingangssignallichtleistung Pi(MAX) solange, bis der Pegel des Ausgangssignallichts des optischen Verstärkungsabschnitts 1 den Sättigungspegel erreicht.

Das in dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ohne Sättigung konstant verstärkte Signallicht wird nach Dämpfung durch das variable optische Dämpfungsglied 71 des optischen Dämpfungsabschnitts 7 an den optischen Verstärkungsabschnitt 3 gesendet. Im optischen Dämpfungsabschnitt 7 wird die von dem variablen optischen Dämpfungsglied 71 gedämpfte Dämpfungsgröße derart gesteuert, dass der Leistungspegel Po des Ausgangssignallichts OUT aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 5 des optischen Endstufen-Verstärkungsabschnitts 5 konstant ist. Somit wird der Leistungspegel des in den optischen Verstärkungsabschnitt 3 eingegebenen Signallichts derart gesteuert, dass er konstant ist. Der Leistungspegel des in den optischen Verstärkungsabschnitt 3 eingegebenen Signallichts wird so eingestellt, dass er verhindert, dass das aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 3 ausgegebene Licht einen Sättigungspegel erreicht und dass er im Hinblick auf eine Rauschzahl nicht zu niedrig ist.

Ähnlich dem Fall des Betriebs des optischen Verstärkungsabschnitts 1 wird das Eingangssignallicht im optischen Verstärkungsabschnitt 3 ohne Sättigung konstant verstärkt, und dieses verstärkte Signallicht wird dann an die DCF 8 gesendet. Im übrigen wird die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts 3 so eingestellt, dass ein Ausgangslichtpegel erhalten wird, bei dem kein Einfluss nichtlinearer Effekte in der DCF 8 auftritt. Das von dem optischen Verstärkungsabschnitt 3 ausgegebene Signallicht erfährt durch Durchlaufen der DCF 8 eine Dispersionskompensation und wird dann an den optischen Verstärkungsabschnitt 5 gesendet. Zudem weist die DCF 8 eine konstante Einfügungsdämpfung auf, so dass der Leistungspegel des Signallichts nach Durchlaufen der DCF 8 um einen gewissen Betrag sinkt.

Ähnlich wie in dem Fall des Betriebs des optischen Nachstufen-Verstärkungsabschnitts der herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung mit zweistufigem Aufbau wird das an den optischen Verstärkungsabschnitt 5 gesendete Signallicht konstant verstärkt, unmittelbar bevor sein Pegel den Sättigungspegel des optischen Verstärkungsabschnitts 5 erreicht. Dann wird das verstärkte Signal als Ausgangssignallicht OUT von diesem ausgegeben. Ein Teil dieses Ausgangssignallichts OUT wird von dem optischen Verstärkungsabschnitt 5 geteilt und dann von dem Lichtempfänger 59 in ein elektrisches Signal umgesetzt. Dieses elektrische Signal wird dann sowohl an die AGC-Schaltung 60 als auch an die ALC-Schaltung 72 gesendet.

Auf diese Weise besteht der optische Verstärkungsabschnitt gemäß der ersten Anordnung aus drei Stufen, in denen die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts 1 auf einen niedrigen Wert eingestellt wird; die durch den optischen Vorstufen-Verstärkungsabschnitt der herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung mit zweistufigem Aufbau erhaltene Verstärkung wird durch die beiden optischen Verstärkungsabschnitte 1 und 3 der Anordnung erlangt. Dies ermöglicht es dem optischen Verstärkungsabschnitt 1, einen AGC-Vorgang durchzuführen, ohne zur Sättigung zu gelangen, selbst wenn das Eingangssignallicht IN einen Leistungspegel aufweist, der höher ist, als die von der herkömmlichen optischen Verstärkungsvorrichtung behandelten Leistungspegel. Folglich kann der Eingangsdynamikbereich der optischen Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erweitert werden.

Der optische Dämpfungsabschnitt 7 ist in der ersten Anordnung zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 3 vorgesehen. Ferner ist die DCF 8 zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 3 und 5 vorgesehen. Die Anordnung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die DCF 8 zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 3 vorgesehen sein und der optische Dämpfungsabschnitt 7 kann zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 3 und 5 vorgesehen sein, wie in 3 gezeigt. Zudem ist es in diesem Fall notwendig, dass die Verstärkung jedes der beiden optischen Verstärkungsabschnitte 1 und 3 derart eingestellt wird, dass der optische Verstärkungsabschnitt 3 nicht im Bereich des Leistungspegels des Eingangssignallichts IN zur Sättigung gelangt. Bei einem derartigen Aufbau kann trotz der Erhöhung der Rauschzahl der gesamten optischen Verstärkungsvorrichtung der Pegel des Ausgangssignallichts, das aus dieser ausgegeben wird, auf einen höheren Pegel eingestellt werden.

Ferner kann der Aufbau, wie in 4 dargestellt, beispielsweise derart sein, dass zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten jeweils zwei optische Dämpfungsabschnitte 7 vorgesehen sind und die zwei optischen Dämpfungsabschnitte 7 eine Steuerung des Leistungspegels des Ausgangssignallichts auf einen konstanten Wert durchführen. Im Grunde genommen ähnelt der ALC-Vorgang in diesem Fall dem vorstehend erwähnten ALC-Vorgang, allerdings gilt zu berücksichtigen, dass keiner der beiden optischen Verstärkungsabschnitte 3 und 5 zur Sättigung gelangt, wenn die Verteilung der Dämpfungsgröße in den optischen Dämpfungsabschnitten 7 eingestellt wird, und dass die Dämpfungsgröße in dem optischen Nachstufen-Dämpfungsabschnitt 7 vorzugsweise erhöht wird und der andere, in der Vorstufe vorgesehene optische Dämpfungsabschnitt 7 einen Fehlbetrag der Dämpfungsgröße, der in dem optischen Nachstufen-Dämpfungsabschnitt 7 verursacht wird, ausgleicht. Somit hat dieser Aufbau durch ein vorzugsweises Erhöhen der Dämpfungsgröße im optischen Nachstufen-Dämpfungsabschnitt 7 einen vorteilhaften Effekt dahingehend, dass die Rauschzahl auf einen noch kleineren Wert reduziert wird.

Ferner wurde in der vorstehenden Beschreibung der ersten Anordnung eine optische Verstärkungsvorrichtung beschrieben, die anstelle des herkömmlichen zweistufigen Aufbaus einen dreistufigen Aufbau verwendet. Jedoch ist die Anordnung nicht auf die Vorrichtung mit dreistufigem Aufbau beschränkt. Die Vorrichtung der Anordnung kann vier oder mehr Stufen (nämlich vier oder mehr optische Verstärkungsabschnitte) verwenden, solange die Vorrichtung den Eingangsdynamikbereich dadurch erweitert, dass ein optischer Verstärkungsabschnitt der herkömmlichen Vorrichtung, in dem der Eingangsdynamikbereich so eng sein sollte, dass seine Sättigung verhindert wird, in eine Vielzahl von optischen Verstärkungsabschnitten aufgeteilt wird, um die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnitts der ersten Stufe auf einen niedrigen Wert einzustellen.

Als nächstes wird nachfolgend eine nicht erfindungsgemäße Anordnung beschrieben.

5 zeigt ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer anderen optischen Verstärkungsvorrichtung gemäß der zweiten Anordnung darstellt.

In dieser Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen identische Komponenten der ersten Anordnung.

Wie in 5 gezeigt, ist diese optische Verstärkungsvorrichtung aufgebaut durch Vorsehen eines optischen Dämpfungsabschnitts 7' in der vorderen Stufe des optischen Verstärkungsabschnitts 1 einer zweistufigen Struktur, in der die optischen Verstärkungsabschnitte 1 und 5 über die DCF 8 miteinander verbunden sind. Der optische Dämpfungsabschnitt 7' besteht aus: einem variablen optischen Dämpfungsglied (ATT) 71', das als optische Dämpfungsvorrichtung dient; und einer ALC-Steuerschaltung 72', die ähnlich dem optischen Dämpfungsabschnitt 7 der Anordnung als Pegelsteuervorrichtung fungiert. Im Grunde genommen ähnelt ein in diesem optischen Dämpfungsabschnitt 7' durchzuführender ALC-Vorgang dem ALC-Vorgang, der im optischen Dämpfungsabschnitt 7 durchgeführt wird. Der charakteristische Aspekt dieser Ausführungsform besteht darin, dass der optische Dämpfungsabschnitt 7' derart in der vorderen Stufe des optischen Verstärkungsabschnittes 1 angeordnet ist, dass er eine Sättigung des optischen Verstärkungsabschnittes 1 selbst dann verhindert, wenn ein Signallicht mit einer hohen Leistung in die Vorrichtung eingegeben wird.

Wie oben beschrieben, gelangt der Pegel des von dem optischen Verstärkungsabschnitts 1 ausgegebenen Signallichts zur Sättigung, wenn der Leistungspegel des in den optischen Verstärkungsabschnitt 1 eingegebenen Signallichts ansteigt und einen bestimmten Pegel überschreitet. Wenn der Pegel des aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ausgegebenen Lichts den Sättigungspegel erreicht, wird das Ausgangslicht durch die DCF 8 und den optischen Verstärkungsabschnitt 5 als Ausgangssignallicht OUT dieser Vorrichtung ausgegeben. Bei dem Leistungspegel Po dieses Ausgangssignallichts handelt es sich um einen vorgegebenen Pegel, da die Einfügungsdämpfung der DCF 8 konstant ist und die Verstärkung des optischen Verstärkungsabschnittes 5 konstant ist. In dieser Anordnung wird angenommen, dass ein solcher Pegel des Ausgangssignallichts OUT den Sättigungspegel des Ausgangslichts darstellt.

Wird der ALC-Vorgang im optischen Dämpfungsabschnitt 7' ähnlich wie im Fall der ersten Anordnung durchgeführt, und zwar durch Anordnen des optischen Dämpfungsabschnittes 7' in der vorderen Stufe des optischen Verstärkungsabschnitts 1, wie oben beschrieben, so kann die Sättigung des optischen Verstärkungsabschnitts 1 dadurch verhindert werden, dass der Leistungspegel Po des Ausgangssignallichts OUT, welcher durch die ALC-Steuerungsschaltung 72' gesteuert wird, niedriger eingestellt wird als der vorgenannte Sättigungspegel. So wird nämlich selbst dann, wenn der Leistungspegel des Eingangssignallichts IN steigt, die Dämpfungsgröße des optischen Dämpfungsgliedes 71' erhöht, so dass der Leistungspegel Po des Ausgangssignallichts OUT geringer ist als der Sättigungspegel des Ausgangslichts. Somit wird ein derartiges Signallicht, das dazu führen würde, dass das aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ausgegebene Licht den Sättigungspegel erreicht, überhaupt nicht in den optischen Verstärkungsabschnitt 1 eingegeben.

Auf diese Weise kann in der optischen Verstärkungsvorrichtung gemäß der zweiten Anordnung unter Verwendung der in der zweistufigen Struktur vorgesehenen optischen Verstärkungsabschnitte der Eingangsdynamikbereich dadurch noch zusätzlich erweitert werden, dass der optische Dämpfungsabschnitt 7' in der vorderen Stufe des optischen Verstärkungsabschnitts 1 angeordnet wird. Im übrigen wird bei einem derartigen Aufbau der Pegel des in den optischen Nachstufen-Verstärkungsabschnitt 5 eingegebenen Signallichts niedrig im Vergleich zu dem Fall der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dies führt zu einer Verschlechterung der Rauschzahl der gesamten optischen Verstärkungsvorrichtung. Daher ist die Anwendung des Aufbaus der zweiten Anordnung auf eine optische Verstärkungsvorrichtung, die in einem System verwendet wird, bei dem hinsichtlich der Regulierung der Rauscheigenschaften ein relativ breiter Spielraum besteht, aus Kostengründen vorteilhaft, denn der Eingangsdynamikbereich wird erweitert, ohne dabei die Anzahl der Stufen der optischen Verstärkungsabschnitte zu erhöhen.

Zusätzlich ist es möglich, obwohl die DCF 8 in der zweiten Anordnung zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 5 vorgesehen ist, die DCF 8 nur dann vorzusehen, wenn eine Dispersionkompensation durchgeführt werden muss. Für den Fall, dass eine Dispersionkompensation nicht zwingend erforderlich ist, kann in der Vorrichtung anstelle der DCF 8 ein ortsfestes optisches Dämpfungsglied vorgesehen werden, und alternativ kann das aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ausgegebene Signallicht direkt in den optischen Verstärkungsabschnitt 5 eingegeben werden. Ferner kann der optische Dämpfungsabschnitt 7', wie in 6 gezeigt, zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 5 vorgesehen sein, so dass zwei optische Dämpfungsabschnitte 7' einen Vorgang zur Steuerung des Pegels des Ausgangssignallichts auf einen konstanten Wert durchführen. Der ALC-Vorgang ähnelt in diesem Fall dem ALC-Vorgang in dem oben in Bezug auf 4 beschriebenen Fall.

Als nächstes wird nachfolgend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

7 zeigt ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer optischen Verstärkungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen identische Komponenten der ersten Anordnung.

Wie in 7 gezeigt, sind bei der vorliegenden Vorrichtung ein variables optisches Dämpfungsglied (ATT) 91 und ein optischer Leistungsüberwacher 92, der als optische Leistungserfassungsvorrichtung dient, in der vorderen Stufe des optischen Verstärkungsabschnitts 1 der zweistufigen Struktur mit den zwei optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 5 vorgesehen. Ferner ist ein optischer Dämpfungsabschnitt 7, der dem optischen Dämpfungsabschnitt 7 der ersten Anordnung ähnelt, zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 5 vorgesehen. Das variable optische Dämpfungsglied 91 dämpft das Eingangssignallicht IN gemäß dem von dem optischen Leistungsüberwacher 92 erfassten optischen Leistungspegel, so dass die in den optischen Verstärkungsabschnitt 1 einzugebende Signallichtleistung nicht den Sättigungspegel erreicht. In dieser Ausführungsform funktioniert das variable optische Dämpfungsglied 91 als erste optische Dämpfungsvorrichtung und als erste Pegelsteuervorrichtung. Überdies fungieren das variable optische Dämpfungsglied 71 und die ALC-Schaltung 72 des optischen Dämpfungsabschnitts 7 als zweite optische Dämpfungsvorrichtung bzw. als zweite Pegelsteuervorrichtung.

In der derart aufgebauten optischen Verstärkungsvorrichtung wird der Leistungspegel des in den optischen Verstärkungsabschnitt 1 durch das variable optische Dämpfungsglied 91 eingegebene Signallicht von dem optischen Leistungsüberwacher 92 überwacht. Für den Fall, dass Signallicht mit einem hohen Leistungspegel, durch den der optische Verstärkungsabschnitt 1 zur Sättigung gelangt, eingegeben wird, wird die Dämpfungsgröße des variablen optischen Dämpfungsgliedes 91 derart gesteuert, dass ein Signallicht mit einem Leistungspegel, der niedriger ist als der Sättigungspegel, in den optischen Verstärkungsabschnitt 1 eingegeben. Ferner arbeitet der optische Dämpfungsabschnitt 7 basierend auf dem Pegel des aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 1 ausgegebenen Lichts. Folglich wird der Pegel des aus der optischen Verstärkungsvorrichtung ausgegebenen Lichts auf einem konstanten Pegel gehalten.

Wie oben angegeben, werden gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Rauscheigenschaften im Vergleich zur ersten Ausführungsform verschlechtert; doch kann der Eingangsdynamikbereich, ähnlich wie im Fall der zweiten Anordnung, selbst dann erweitert werden, wenn Signallicht mit einem den angenommenen Pegel überschreitenden Leistungspegel in die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingegeben wird, da das Auftreten einer Verstärkungsverzerrung verhindert werden kann.

Obwohl durch Vorsehen des optischen Dämpfungsabschnittes 7 zwischen den optischen Verstärkungsabschnitten 1 und 5 in der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein ALC-Vorgang durchgeführt wird, ist im übrigen der Steuervorgang durch die ALC-Schaltung nicht unbedingt erforderlich. Dies liegt daran, dass die optischen Verstärkungsabschnitte 1 und 5 mit konstanter Verstärkung arbeiten und somit der Pegel des aus dem optischen Verstärkungsabschnitt 5 ausgegebenen Lichts durch Ausführen einer Pegelregulierung auf der Eingangsseite nahezu konstant ist. Es versteht sich von selbst, dass die Genauigkeit der Steuerung des Ausgangslichtpegels der Vorrichtung durch Vorsehen der ALC-Schaltung in der Vorrichtung verbessert wird.

Ferner wurde in der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung mit zweistufigem Aufbau beschrieben, in der die optischen Verstärkungsabschnitte jeweils in den zwei Stufen vorgesehen sind. Der Eingangsdynamikbereich kann jedoch, ähnlich wie im Fall der vorgenannten Ausführungsformen, durch Anordnen eines optischen Dämpfungsabschnitts 7' oder einer Gruppe aus dem variablen optischen Dämpfungsglied 71 und dem optischen Leistungsüberwacher 92 in der vorderen Stufe des in der ersten Stufe vorgesehenen optischen Verstärkungsabschnitts selbst dann erweitert werden, wenn die Vorrichtung einen drei- oder mehrstufigen Aufbau aufweist, in dem drei oder mehr optische Verstärkungsabschnitte vorgesehen sind.


Anspruch[de]
Optische Verstärkungsvorrichtung, umfassend:

eine erste optische Verstärkungseinrichtung (1) zum kollektiven Verstärken von wellenlängengemultiplextem Signallicht; und eine zweite optische Verstärkungseinrichtung (5), die mit der ersten optischen Verstärkungseinrichtung (1) kaskadiert ist, zum Verstärken von Signallicht, das von der ersten optischen Verstärkungseinrichtung ausgegeben ist,

wobei die optische Verstärkungsvorrichtung ferner umfasst:

eine optische Dämpfungseinrichtung (91) zum Dämpfen von Signallicht, das in die erste optische Verstärkungseinrichtung (1) eingegeben ist;

eine optische Leistungserfassungseinrichtung (92) zum Erfassen eines Leistungspegels von Signallicht, das von der optischen Dämpfungseinrichtung (91) ausgegeben ist; und

eine Pegelsteuereinrichtung zum Regulieren einer durch die optische Dämpfungseinrichtung (91) gedämpften Dämpfungsgröße basierend auf einem Erfassungsergebnis der optischen Leistungserfassungseinrichtung (92) und zum Steuern eines Leistungspegels von Signallicht, das in die erste optische Verstärkungseinrichtung (1) eingegeben ist, derart, dass er niedriger ist als ein Pegel, bei dem die erste optische Verstärkungseinrichtung (1) in einen Sättigungszustand versetzt wird.
Optische Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner umfasst:

eine optische Zwischenverstärkungseinrichtung, die zwischen die erste und die zweite optische Verstärkungseinrichtung kaskadiert ist.






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