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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker, dessen
verstärkendes
Medium eine Seltenerd-dotierte Lichtleitfaser ist. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen Lichtleitfaser-Verstärker, in
welchem eine optische Verstärkung
unter Erhaltung einer Polarisation eines Signallichts durchgeführt wird, um
die Ausbeute verbessern und Rauschen reduzieren zu können.
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Beschreibung
des betreffenden Fachgebiets
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Als
optischer Verstärker,
der eine Lichtleitfaser verwendet, findet ein Lichtleitfaser-Verstärker breite Verwendung,
dessen verstärkendes
Medium eine Erbium-dotierte Lichtleitfaser (im Folgenden kurz EDF
genannt) ist.
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Wenn
dieser optische Verstärker
in Kombination mit einer optischen Einheit verwendet wird, die eine hohe
Polarisationsabhängigkeit
aufweist, wie etwa ein optischer Modulator, so ist der Polarisationszustand
des Lichts, das in einen solchen optischen Modulator eingegeben
wird oder aus diesem austritt, ein wichtiger Faktor. Bei dieser
Art eines optischen Verstärkers
wird linear polarisiertes Licht als Eingangslicht oder als Ausgangslicht
verwendet und ein polarisationserhaltender optischer Verstärker wird
zum Zweck der Polarisationserhaltung des Signallichts verwendet.
Ein solcher polansationserhaltender optischer Verstärker ist
in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung, erste Veröffentlichung,
Nr. H7-142798 und in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, erste
Veröffentlichung,
Nr. H11-112065 beschrieben.
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In 6 ist
eine Struktur eines herkömmlichen
Lichtleitfaser-Verstärkers
gezeigt. In 6 zeigt Bezugszeichen 1 eine
Signallichtquelle. Die Signallichtquelle 1 ist mit einem
Lichtübertragungsweg 2 verbunden. Dieser
Lichtübertragungsweg 2 ist
mit einer Eingangsöffnung
eines ersten optischen Isolators 3a verbunden. An einer
Ausgangsöffnung
des ersten optischen Isolators 3a ist ein Ende einer EDF 4 als
verstärkendes
Medium angeschlossen.
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Ein
anderes Ende der EDF 4 ist mit einer Eingangsöffnung eines
Wellenlängenteilung-Multiplex-Kopplers 5 (im
Folgenden als WDM-Koppler 5 bezeichnet) verbunden. Mit
einer anderen Eingangsöffnung
des WDM-Kopplers 5 ist eine Pumplichtquelle 6 verbunden.
Mit einer Ausgangsöffnung
des WDM-Kopplers 5 ist eine
Eingangsöffnung
eines zweiten optischen Isolators 3b verbunden. Die Ausgangsöffnung des
zweiten optischen Isolators 3b ist mit einem optischen Übertragungsweg 2 verbunden.
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In
einem Lichtleitfaser-Verstärker
werden Pumplicht von der Pumplichtquelle 6 sowie das Signallicht von
der Signallichtquelle 1 durch den WDM-Koppler 5 gemischt
und der EDF 4 eingegeben und eine optische Verstärkung wird
dann ausgeführt.
Ein solches verstärktes
Signallicht wird an den Lichtübertragungsweg 2 ausgegeben.
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Werden
eine polansationserhaltende optische Einheit und eine polansationserhaltende
Lichtleitfaser für
eine einen solchen Lichtleitfaser-Verstärker bildende optische Einheit
und eine diese optischen Einheiten verbindende Lichtleitfaser verwendet,
so kann eine Lichtverstärkung
durchgeführt
werden, während
die Polarisation beibehalten wird.
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Da
jedoch in diesem Lichtleitfaser-Verstärker eine verstärkte spontane Emission,
die von Erbium emittiert wird, mit welchem die EDF 4 dotiert
ist, in der Lichtleitfaser übertragen
wird, wird auch die verstärkte
spontane Emission verstärkt.
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Wenn
sich eine Besetzungsinversion an einem hinteren Ende, an welchem
ein Signallicht auf die EDF 4 fällt, aufgrund der verstärkten spontanen
Emission verschlechtert, so wird die Ausbeute des Signallichts gesättigt, so
dass es schwierig ist, eine hohe Ausbeute zu erreichen. Da ferner
eine Pumplichtenergie zum Verstärken
der verstärkten
spontanen Emission verwendet wird, verschlechtert sich die Pumpeffizienz.
Ferner wird die Besetzungsinversion an einem Ende, an welchem Signallicht
einfällt,
verschlechtert und das Rauschmaß verschlechtert
sich.
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Außerdem besteht
ein Problem darin, dass sich der Polarisationsgrad des Signallichts
aufgrund von Polarisations-Kreuzkopplung/Übersprechen (cross talk) verschlechtert,
welche verursacht wird, wenn die Anzahl der optischen Einheiten,
die den optischen Verstärker
bilden, und die Anzahl an Schmelzspleißverbindungen dieser optischen
Einheiten zunehmen.
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Bei
dieser Art eines optischen Verstärkers
ist es kein Problem, wenn der Polarisationszustand des eingegebenen
Signallichts ideal linear polarisiertes Licht ist. Tritt jedoch
eine Polarisationskomponente auf, in welcher eine gegenüber dieser
Polarisationsrichtung orthogonale Richtung enthalten ist, so wird
diese unbenötigte
orthogonale Lichtkomponente verstärkt, so dass eine unbenötigte Polarisationslichtkomponente
in dem Ausgangssignallicht enthalten ist. Das bedeutet, dass der
Anteil an Licht, das von linear polarisiertem Licht zu einer orthogonalen
Komponente desselben hin abweicht, bei einfallendem linear polarisiertem
Licht (ein solches Verhältnis
wird im Folgenden kurz „Kreuzkopplung" genannt) zunimmt
und das Leistungsvermögen
des polarisationserhaltenden optischen Verstärkers verschlechtert wird.
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Der
Artikel „High-power
single polarization EDFA with wavelength-multiplexed pumps" von F. Hakimi et
al., CLEO 1998, Band 6, Seite 287 offenbart einen Verstärker gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme
entstanden und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Lichtleitfaser-Verstärker
bereitzustellen, welcher eine Ausbeute verbessern und ein Rauschmaß reduzieren
kann, und zwar unter Beibehalten der Polarisation des Signallichts
und dessen Verstärkung.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen
Verstärker
bereitzustellen, bei welchem Licht mit einer unbenötigten Polarisationskomponente
nicht in dem Signallicht enthalten sein sollte.
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Die
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Ein
polarisationserhaltender Lichtleitfaser-Verstärker kann umfassen: Ein verstärkendes
Medium, welches eine Seltenerd-dotierte, polarisationserhaltende
Lichtleitfaser ist, eine Pumplichtquelle, welche die Seltenerd-dotierte
Lichtleitfaser anregt, eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, wobei die Seltenerd-dotierte Lichtleitfasern
in mehreren Stufen, wie etwa in zwei Stufen oder mehr verbunden
sind, wobei die Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, welche linear polarisiertes Licht einer langsamen
Axialrichtungskomponente, die eine Polarisationskomponente ist,
deren Übertragungsgeschwindigkeit
bei Übertragung
durch die polarisationserhaltende Lichtleitfaser langsam ist, oder
einer schnellen Axialrichtungskomponente, die die langsame Axialrichtungskomponente
orthogonal schneidet, und die eine Polarisationskomponente mit schneller Übertragungsgeschwindigkeit
ist, überträgt, in wenigstens
einem Verbindungsbereich in der Seltenerd-dotierten Lichtleitfaser
angeordnet ist.
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Der
polarisationserhaltende Lichtleitfaser-Verstärker kann eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht umfassen, weiche ein Polarisator ist.
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Der
polarisationserhaltende Lichtleitfaser-Verstärker kann eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht umfassen, welcher ein polarisationsabhängiger,
polarisationserhaltender optischer Isolator ist, der linear polarisiertes
Licht in der langsamen Axialrichtung oder in der schnellen Axialrichtung
hindurch lässt
und ein linear polarisiertes Licht, deren Polarisationskomponente
orthogonal zu dem vorstehenden durchgelassenen linear polarisierten
Licht ist, nicht hindurch lässt.
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Der
polarisationserhaltende Lichtleitfaser-Verstärker kann eine Seltenerddotierte
Lichtleitfaser umfassen, welche eine Erbium-dotierte Lichtleitfaser
ist.
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Der
polarisationserhaltende Lichtleitfaser-Verstärker kann optische Einheiten
umfassen, wie etwa eine Seltenerd-dotierte Lichtleitfaser, eine
Pumplichtquelle und eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, welche durch eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser
verbunden sind.
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Der
optische Verstärker
kann umfassen: ein verstärkendes
Medium, welches aus einer polarisationserhaltenden Lichtleitfaser
hergestellt ist, deren Kern mit einem Seltenerd-Element dotiert
ist, eine Pumplichtquelle, welche die polarisationserhaltende Lichtleitfaser
anregt, eine erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, welche mit einem Eingang der polarisationserhaltenden
Lichtleitfaser verbunden ist, eine zweite Übertragungseinheit für linear
polarisiertes Licht, welche mit einem Ausgang der polarisationserhaltenden Lichtleitfaser
verbunden ist, wobei die erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht linear polarisiertes Licht entweder einer langsamen
Axialrichtungskomponente, die eine Polarisationskomponente ist,
deren Übertragungsgeschwindigkeit
bei Übertragung
durch die polarisationserhaltende Lichtleitfaser langsam ist, oder
einer schnellen Axialrichtungskomponente, welche sich mit der langsamen
Axialrichtungskomponente orthogonal schneidet und welche eine Polarisationskomponente
mit schneller Übertragungsgeschwindigkeit
ist, überträgt, wobei
die zweite Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht nahezu die gleichen optischen Eigenschaften
aufweist wie die erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht und nur linear polarisiertes Licht überträgt, das
durch die erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht übertragen
wird. Durch den Einsatz einer solchen Struktur ist es möglich, eine
optische Verstärkung
durchzuführen,
während
der Zustand des linear polarisierten Lichts des Signallichts erhalten
bleibt und während
verhindert wird, dass Licht, wie etwa eine unbenötigte Polarisationskomponente,
verstärkt
wird.
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In
dem optischen Verstärker
kann die polarisationserhaltende Lichtleitfaser mit Erbium dotiert
sein.
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In
dem optischen Verstärker
können
optische Einheiten, wie etwa ein verstärkendes Medium, eine Pumplichtquelle
und eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, durch eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser
verbunden sein.
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In
dem optischen Verstärker
kann eine erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht oder/und eine zweite Übertragungseinheit für linear
polarisiertes Licht ein Polarisator sein.
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In
dem optischen Verstärker
kann eine erste Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht oder eine zweite Übertragungseinheit für linear
polarisiertes Licht ein polarisationsabhängiger optischer Isolator sein,
welcher nur eine Art des linear polarisierten Lichts überträgt und welcher
linear polarisiertes Licht, das aus einer Polarisationskomponente
gebildet ist, die orthogonal zu dem vorstehenden, übertragenen
linear polarisierten Licht verläuft,
nicht überträgt.
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In
dem optischen Verstärker
kann ein Pumpverfahren, welches eine Pumplichtquelle verwendet,
beispielsweise irgendeines der folgenden Pumpverfahren einsetzen:
Ein vorwärts
gerichtetes Pumpverfahren, in welchem ein gepumptes Licht in einer
selben Richtung einfällt
und gepumpt wird, wie die Übertragungsrichtung des
Signallichts, oder ein rückwärts gerichtetes
Pumpverfahren, in welchem ein angeregtes Licht in einer entgegengesetzten
Richtung zur Übertragungsrichtung
des Signallichts einfällt
und gepumpt wird, oder ein unilaterales Pumpverfahren, in welchem
ein angeregtes Licht in sowohl die gleiche als auch in die entgegengesetzte
Richtung wie das Signallicht einfällt und angeregt wird.
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In
dem optischen Verstärker
kann wenigstens ein polarisationserhaltender optischer Teilungskoppler einen
Teil eines Eingangslichts oder eines Ausgangslichts als überwachtes
Licht an einem Eingang einer ersten Übertragungseinheit für linear
polarisiertes Licht oder an einem Ausgang einer zweiten Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht aufteilen. Gemäß einer solchen Struktur ist
es möglich,
eine optische Verstärkung
durchzuführen,
während
der Polarisationszustand des Eingangslichts und des Ausgangslichts überwacht wird
und die optische Leistung stabil gehalten wird, und das verstärkte Licht
auszugeben, deren linear polarisiertes Licht erhalten bleibt.
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In
dem optischen Verstärker
kann eine Länge
einer Erbium-dotierten, polarisationserhaltenden Lichtleitfaser
320 m oder weniger betragen.
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In
dem optischen Verstärker
kann eine Erbium-dotierte, polarisationserhaltende Lichtleitfaser
zwei Spannungseinwirkungsabschnitte aufweisen, welche in einem Mantel
angeordnet sind, der außerhalb
eines Kerns angeordnet ist, so dass er gegenüber dem Kern symmetrisch ist.
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Wie
oben erläutert
wurde, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Anordnen einer Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, welche ein Polarisator oder ein polarisationsabhängiger,
polarisationserhaltender optischer Isolator ist, zwischen zwei EDFs,
möglich,
die Intensität
der verstärkten
spontanen Emission zu begrenzen und zu verhindern, dass sich die
Besetzungsinversion jeder EDF an einem Signallichteinfallsende verschlechtert.
Daher ist es möglich,
einen polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärker zu realisieren,
der eine Verschlechterung des Rauschmaßes verhindern kann.
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Da
es ferner möglich
ist, die Leistung der verstärkten
spontanen Emission, die auf die EDF einfällt, um 50% zu reduzieren,
ist es möglich,
die Leistung des angeregten Lichts, welche für das Verstärken der verstärkten spontanen
Emission verbraucht wird, zu reduzieren. Somit ist es möglich, einen
polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärker zu realisieren, der das
Signallicht effizient verstärken
kann.
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Ferner
ist es möglich,
einen polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärker zu
realisieren, welcher eine Polarisationskreuzkopplung verbessert,
die erzeugt wird, wenn sich das Signallicht durch optische Einheiten
und verbundene Punkte einer jeden den optischen Verstärker bildenden
optischen Einheit ausbreitet.
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Da
ferner die Lichtverstärkung
unter Erhaltung des linear polarisierten Lichtzustands des Signallichts unter
Verwendung eines Polarisators oder eines polarisationsabhängigen optischen
Isolators durchgeführt wird,
ist es somit möglich,
einen optischen Verstärker
zu realisieren, der die Verstärkung
von Licht, das eine Polarisationskomponente aufweist, verhindern
kann, und das verstärkte
Licht, dessen linear polarisierter Lichtzustand erhalten ist, auszugeben.
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Durch
Ausführen
der Lichtverstärkung,
während
die Leistung des eingegebenen Lichts und des ausgegebenen Lichts über einen polarisationserhaltenden
optischen Teilungskoppler überwacht
wird, ist es außerdem
möglich,
einen optischen Verstärker
zu realisieren, der das verstärkte
Licht, dessen linear polarisierter Lichtzustand erhalten ist, ausgeben
kann, während
die optische Leistung stabil aufrechterhalten werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel eines polarisationserhaltenden
Lichtleitfaser-Verstärkers der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel eines polarisationserhaltenden
Lichtleitfaser-Verstärkers
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel eines optischen Verstärkers zeigt,
der einen Polarisator als Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht verwendet.
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4 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel eines optischen Verstärkers zeigt,
welcher einen polarisationsabhängigen
optischen Isolator als Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht verwendet.
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5 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel eines optischen Verstärkers zeigt,
der eine optische Verstärkung
unter Überwachung
des eingehenden Lichts und des ausgehenden Lichts unter Verwendung
eines Teilungskopplers durchführt.
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6 ist
eine Ansicht, welche einen herkömmlichen
Lichtleitfaser-Verstärker zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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Erste Ausführungsform.
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1 zeigt
ein Beispiel eines polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärkers der
vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine Signallichtquelle. Die Signallichtquelle 1 ist
mit einem Lichtübertragungsweg 2 verbunden.
Der Lichtübertragungsweg 2 ist
mit einer Eingangsöffnung
eines ersten optischen Isolators 3a verbunden. Ein Eingangsende
eines ersten WDM-Kopplers 5a ist mit einer Ausgangsöffnung eines
ersten optischen Isolators 3a verbunden. Eine erste Pumplichtquelle 6a,
wie etwa eine Laserdiode, ist mit einem anderen Eingangsende des
ersten WDM-Kopplers 5a verbunden. Ein Ende einer ersten EDF 4a als
verstärkendes
Medium ist mit einem Ausgangsende des ersten WDM-Kopplers 5a verbunden.
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Das
andere Ende der ersten EDF 4a ist mit einem Polarisator 7 verbunden,
welcher eine Übertragungseinheit
für linear
polansiertes Licht ist. Der Polarisator 7 ist mit einem
Ende einer zweiten EDF 4b verbunden. Das andere Ende der
zweiten EDF 4b ist mit einer Eingangsöffnung des zweiten WDM-Kopplers 5b verbunden.
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Eine
zweite Pumplichtquelle 6b, wie etwa eine Laserdiode, ist
mit einer anderen Eingangsöffnung
des zweiten WDM-Kopplers 5b verbunden. Eine Eingangsöffnung des
zweiten optischen Isolators 3b ist mit einer Ausgangsöffnung des
zweiten WDM-Kopplers 5b verbunden. Eine Ausgangsöffnung des
zweiten optischen Isolators 3b ist mit einem Lichtübertragungsweg 2 verbunden.
In diesem Beispiel ist jede optische Einheit durch ein Schmelzspleißverfahren
verbunden.
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Ein
Polarisator 7 ist aus einem Glasprisma oder einer Glasplatte
hergestellt, dessen/deren Reflexion um den Polarisationswinkel genutzt
werden kann, und dient dazu, linear polarisiertes Licht nur in einer
Polarisationsachsrichtung zu übertragen.
In diesem Beispiel wird ein Polarisator 7 als Übertragungseinheit
für linear polarisiertes
Licht verwendet, um linear polarisiertes Licht entweder einer langsamen
Axialrichtungskomponente, welche eine Polarisationskomponente ist,
deren Übertragungsgeschwindigkeit
bei Übertragung
in der polarisationserhaltenden Lichtleitfaser langsam ist, oder
einer schnellen Axialrichtungskomponente, welche die langsame Axialrichtungskomponente
orthogonal schneidet und eine Polarisationskomponente mit schneller Übertragungsgeschwindigkeit
ist, zu übertragen.
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Ein
polarisationserhaltender WDM-Koppler wird als erster WDM-Koppler 5a und
als zweiter WDM-Koppler 5b verwendet. Ferner wird eine
polarisationserhaltende Lichtleitfaser zum Verbinden einer Erbium-dotierten
Lichtleitfaser und jeder optischen Einheit verwendet.
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Als
erster optischer Isolator 3a und als zweiter optischer
Isolator 3b sollte vorzugsweise ein polarisationsabhängiger,
polarisationserhaltender optischer Isolator verwendet werden. Der
polarisationsabhängige, polarisationserhaltende
optische Isolator ist ein optischer Isolator mit einer solchen optischen
Eigenschaft, dass nur ein linear polarisiertes Licht übertragen
wird und ein linear polarisiertes Licht, das aus einer zum übertragenen
linear polarisierten Licht orthogonalen Polarisationskomponente
gebildet ist, blockiert wird.
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Als
nächstes
wird ein Betrieb des polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärkers dieses
Beispiels erläutert.
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Ein
von einer Signallichtquelle 1 ausgesendetes Signallicht
ist ein linear polarisiertes Licht und das Signallicht fällt in einer
Richtung ein, entweder in einer langsamen Axialrichtung oder in
einer zur langsamen Axialrichtung orthogonalen schnellen Axialrichtung.
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Das
von dem ersten optischen Isolator 3a übertragene Signallicht wird
in einem ersten WDM-Koppler 5a mit einem Pumplicht gemischt,
das von einer ersten Pumplichtquelle 6a ausgesendet wird,
und fällt
auf eine erste EDF 4a. In der ersten EDF 4a wird
das Signallicht verstärkt,
wobei der polarisierte Lichtzustand des Signallichts erhalten bleibt.
Zusammen mit dieser Verstärkung
wird eine spontane Emission verstärkt, welche von dem Erbium
emittiert wird.
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Dabei
wird die verstärkte
spontane Emission von einem aussendenden Ende der ersten EDF 4a mit dem
verstärkten
Signallicht ausgesendet und fällt
auf einen Polarisator 7a.
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Ein
Polarisator 7 ist so angeordnet, dass er nur eine Polarisationskomponente überträgt, die
parallel mit dem Signallicht ist. Von dem Licht, welches auf den
Polarisator 7 einfällt,
kann ein Licht mit einer Polarisationskomponente, die orthogonal
zum Signallicht ist, nicht durch den Polarisator 7 hindurch übertragen
werden. Von der verstärkten
spontanen Emission wird daher eine das Signallicht orthogonal schneidende
Polarisationskomponente blockiert. Es ist somit möglich, die
Leistung der verstärkten
spontanen Emission um nahezu 50% zu reduzieren, während die
Intensität
des Signallichts erhalten bleibt.
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Das
verstärkte
Signallicht, welches mit der reduzierten verstärkten spontanen Emission einhergeht, fällt auf
die zweite EDF 4b ein. In der zweiten EDF 4b wird
das Signallicht, das mit dem von der zweiten Pumplichtquelle 6b ausgesendeten
Pumplicht gemischt wird, durch den zweiten WDM-Koppler 5b verstärkt. In
der zweiten EDF 4b sowie auch in der ersten EDF 4a wird
das Signallicht verstärkt
und die verstärkte
spontane Emission wird verstärkt.
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Von
der verstärkten
spontanen Emission, welche durch Erbium erzeugt wird, wird dabei
die verstärkte spontane
Emission, welche in entgegengesetzte Richtung entgegen dem Signallicht übertragen
wird und verstärkt
wird, von dem Signallichteingangsende der zweiten EDF 4b aus
ausgesendet und durch den Polarisator 7 übertragen.
In dem Polarisator 7 wird von der verstärkten spontanen Emission aufgrund
der Blockierung der Polarisationskomponente, welche das Signallicht
orthogonal schneidet, die Leistung der verstärkten spontanen Emission, die
auf die erste EDF 4a einfällt, um nahezu 50% reduziert.
Wie erwähnt,
ist es durch das Anordnen eines Polarisators 7 zwischen
der ersten EDF 4a und der zweiten EDF 4b möglich, die
Leistung der verstärkten
spontanen Emission am Signallichteinfallsende der EDF 4a zu
begrenzen und eine Verschlechterung der Besetzungsinversion zu verhindern.
Dementsprechend ist es möglich,
eine Verschlechterung des Rauschmaßes zu verhindern. Das Rauschmaß wird als
ein Verhältnis
zwischen einer Signalverstärkung
und der Leistung der verstärkten
spontanen Emission beschrieben. In diesem Beispiel eines polarisationserhaltenden
Lichtleitfaser-Verstärkers, in
welchem ein Polarisator 7 verwendet wird, liegt das Rauschmaß bei 4,9
dB. Im Gegensatz dazu liegt in einem Fall, in welchem ein Polarisator 7 nicht
verwendet wird, das Rauschmaß bei 7,0
dB. Das heißt,
dass das Rauschmaß durch
Einfügen
des Polarisators 7 verbessert wird.
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Da
es ferner durch Einfügen
des Polarisators 7 möglich
ist, die Leistung der verstärkten
spontanen Emission, welche auf die erste EDF 4a und die
zweite EDF 4b einfällt,
um nahezu 50% zu reduzieren, ist es möglich, die Pumplichtleistung,
welche zum Verstärken
der verstärkten
spontanen Emission verwendet wird, zu reduzieren und das Signallicht
effizient zu verstärken.
In einem Beispiel eines polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärkers, der
einen Polarisator 7 verwendet, liegt eine zum Erhalten
einer Signalausbeute/-verstärkung von
20 dB notwendige Pumplichtleistung, wenn die Leistung des eingehenden
Signallichts bei –2
dBm liegt, bei 126 mW. Im Gegensatz dazu muss die Pumplichtleistung
in einem Fall, in welchem der Polarisator 7 nicht eingefügt ist,
150 mW betragen. Das heißt,
dass durch das Einfügen
eines Polarisators 7 eine Verbesserung der Anregungseffizienz
beobachtet wird.
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Ferner
weist das Signallicht durch eine Polarisationskreuzkopplung, welche
beim Durchlaufen von optischen Einheiten, wie etwa optischen Isolatoren 3a, 3b,
WDM-Kopplern 5a, 5b und EDFs 4a, 4b und
den verbundenen Punkten dieser optischen Einheiten, auftritt, eine
Polarisation auf, welche orthogonal zur Polarisationsrichtung des
Signallichts ist. Eine Polarisationskreuzkopplung ist ein Leistungsverhältnis von
polarisiertem Licht, das von dem einfallenden linear polarisierten
Licht abweicht, zu dem einfallenden linear polarisierten Licht,
wenn linear polarisiertes Licht auf die optische Einheit einfällt. Durch
das Einfügen
eines Polarisators 7 ist es möglich, die orthogonale Komponente
zu reduzieren und den Polarisationsgrad zu verbessern.
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In
diesem Beispiel des polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärkers, der
einen Polarisator 7 verwendet, liegt eine Polarisationskreuzkopplung
bei –25
dB. Im Gegensatz dazu liegt die Kreuzkopplung in einem Fall, in
welchem ein Polarisator 7 nicht eingefügt ist, bei –15 dB.
Das bedeutet, dass durch Einfügen
eines Polarisators 7 eine Verbesserung der Polarisationskreuzkopplung
beobachtet wird.
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In
der vorstehenden Erläuterung
sind die EDFs in zwei Stufen verbunden. Wenn die EDFs in mehreren Stufen
verbunden sind, etwa in mehr als zwei Stufen oder in mehr Stufen,
so können
Polarisatoren je nach Notwendigkeit zwischen EDF-Stufen angeordnet
werden.
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Ferner
kann anstelle eines Polarisators ein polarisationsabhängiger,
polarisationserhaltender optischer Isolator zwischen den EDF-Stufen
angeordnet werden, um Licht nur in Übertragungsrichtung des Signallichts
zu übertragen.
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In 2 ist
ein Beispiel eines polarisationserhaltenden Lichtleitfaser-Verstärkers gezeigt,
in welchem ein polarisationsabhängiger,
polarisationserhaltender optischer Isolator zwischen den EDF-Stufen angeordnet ist.
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In 2 zeigt
ein Bezugszeichen 8 einen polarisationsabhängigen,
polarisationserhaltenden optischen Isolator und der polarisationsabhängige, polarisationserhaltende
optische Isolator ist zwischen der ersten EDF 4a und der
zweiten EDF 4b angeordnet. Wenn der polarisationsabhängige, polarisationserhaltende optische
Isolator 8 verwendet wird, so kann die verstärkte spontane
Emission, welche von dem Signallichteingangsende der zweiten EDF 4b ausgesendet
und zu der ersten EDF 4a gesendet wird, und zwar nicht
nur eine zur Polarisationskomponente des Signallichts orthogonale
Komponente, sondern außerdem
eine zur Polarisationskomponente des Signallichts parallele Lichtkomponente,
blockiert werden. Dementsprechend ist es möglich, das Rauschmaß und die
Anregungseffizienz weiter zu verbessern.
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In
der obigen Erläuterung
sind die EDFs in zwei Stufen verbunden. Wenn die EDFs in mehreren
Stufen, etwa in zwei Stufen oder in mehreren Stufen, verbunden sind,
so ist es möglich,
den polarisationsabhängigen,
polarisationserhaltenden optischen Isolator je nach Notwendigkeit
zwischen den EDF-Stufen anzuordnen.
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Beispiel
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Die
Aufgabe des Beispielverstärkers
ist es, eine Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht mit einem Eingang und einem Ausgang des optischen
Verstärkers
zu verbinden, um irgendein linear polarisiertes Licht zwischen einer
langsamen Axialrichtung, in der die Ausbreitungsgeschwindigkeit
des Lichts gering ist, und einer schnellen Axialrichtung, die die
langsame Axialrichtung orthogonal schneidet und die eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit
des Lichts aufweist, zu übertragen
und die Polarisationskomponente, die orthogonal zu dem linear polarisierten
Licht des Eingangssignallichts ist, zu blockieren und eine Verstärkung des
Lichts mit unbenötigter
Polarisationskomponente zu verhindern.
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Als Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht, die in diesem Beispiel verwendet wird, kann
ein Polarisator, ein polarisationsabhängiger optischer Isolator und
dergleichen verwendet werden.
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Zunächst wird
als Beispiel eines optischen Verstärkers ein optischer Isolator
erläutert,
der einen Polarsator als Linearpolarisations-Übertragungseinheit verwendet.
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In 3 ist
eine Struktur eines Beispiels des optischen Verstärkers gezeigt.
In 3 zeigt ein Bezugszeichen 2 einen Lichtübertragungsweg.
Der Lichtübertragungsweg 2 ist
mit einer Eingangsöffnung
eines ersten optischen Isolators 13a verbunden. Ein erster
Polarisator 17a ist mit einer Ausgangsöffnung des ersten optischen
Isolators 13a verbunden. Der erste Polarsator 17a ist
mit einer Eingangsöffnung
eines WDM-Kopplers 10 verbunden. Eine Pumplichtquelle 16,
wie etwa eine Laserdiode, ist mit einer anderen Eingangsöffnung des WDM-Kopplers 10 verbunden.
Eine Ausgangsöffnung
des WDM-Kopplers 10 ist mit einem Ende einer EDF 14 als
verstärkendes
Medium verbunden. Das andere Ende der EDF 14 ist mit einer
Eingangsöffnung
des zweiten optischen Isolators 13b verbunden. Ein zweiter
Polarsator 17b ist mit einer Ausgangsöffnung des zweiten optischen
Isolators 13b verbunden. Der zweite Polarisator 17b ist
mit einem Lichtübertragungsweg 2 verbunden. In
der vorliegenden Ausführungsform
ist jede optische Einheit durch ein Schmelzspleißverfahren verbunden. In einem
optischen Verstärker
des Beispiels kann von dem Signallicht, das von dem Lichtübertragungsweg 2 aus
gesendet wird, nur ein linear polarisiertes Licht in jeder Axialrichtung,
und zwar der langsamen Axialrichtung oder der schnellen Axialrichtung,
durch den ersten Polarsator 17a übertragen werden. Der Polarsator 17a ist
aus einem Polarisationsprisma oder einer Glasplatte hergestellt,
dessen/deren Reflexion um dessen/deren Polarisationswinkel genutzt
werden kann, und dient dazu, linear polarisiertes Licht in einer
Polarisationsachsrichtung zu übertragen.
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Auf
diese Weise wird das Signallicht, dessen linear polarisierter Lichtzustand
erhalten bleibt, in dem WDM-Koppler 10 mit dem von der
Pumplichtquelle 16 ausgesendeten Pumplicht gekoppelt und
an die DF 14 ausgegeben, wird hier optisch verstärkt und
wird von dem anderen Ende der EDF 14 an den zweiten Polarisator 17a ausgegeben.
Da nur linear polarisiertes Licht, das sich durch den ersten Polarisator 17a ausbreitet, durch
den zweiten Polarisator 17b übertragen wird, breitet sich
in dem zweiten Polarisator 17b nur eine Polarisation in
der verstärkten
Polarisationsrichtung durch den zweiten Polarisator 17b hindurch
aus und wird an den Lichtübertragungsweg 2 ausgegeben.
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Da
gemäß dem Lichtleitfaser-Verstärker des
Beispiels eine optische Verstärkung
unter Verwendung eines Polarisators ausgeführt wird und ein linear polarisierter
Lichtzustand des Signallichts erhalten bleibt, ist es möglich, einen
optischen Verstärker
zu realisieren, in welchem vermieden wird, dass ein Licht mit einer
unbenötigten
Polarisationskomponente verstärkt
wird, und in welchem das verstärkte
Licht, dessen linear polarisierter Lichtzustand erhalten bleibt,
ausgegeben werden kann.
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Als
nächstes
wird als ein zweites Beispiel ein optischer Verstärker beschrieben,
der einen polarisationsabhängigen
optischen Isolator als Übertragungseinheit
für linear
polarisiertes Licht verwendet. Der polarisationsabhängige optische
Isolator überträgt eine
bestimmte Polarisationsaxialrichtung, überträgt jedoch nicht ein linear
polarisiertes Licht, welches eine in einer zur Polarisationsachse
orthogonalen Richtung ausgerichtete Polarisationskomponente aufweist.
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In 4 ist
ein optischer Verstärker
dieses Beispiels gezeigt. In 4 zeigt
ein Bezugszeichen 2 einen Lichtübertragungsweg. Der Lichtübertragungsweg 2 ist
mit einer Eingangsöffnung
eines ersten polarisationsabhängigen
optischen Isolators 11a verbunden. Die Ausgangsöffnung des
ersten optischen Isolators 11a ist mit einer Eingangsöffnung eines
WDM-Kopplers 10 verbunden. Eine Pumplichtquelle 5 ist
mit der anderen Eingangsöffnung
des WDM-Kopplers 10 verbunden. Eine Ausgangsöffnung des
WDM-Kopplers 10 ist mit einem Ende einer EDF 14 als
verstärkendes
Medium verbunden. Das andere Ende der EDF 14 ist mit einer
Eingangsöffnung
eines zweiten polarisationsabhängigen
optischen Isolators 11b verbunden. Eine Ausgangsöffnung des zweiten
polarisationsabhängigen
optischen Isolators 11b ist mit dem Lichtübertragungsweg 2 verbunden.
In diesem Beispiel ist jede optische Einheit durch ein Schmelzspleißverfahren
verbunden.
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In
diesem Beispiel des optischen Verstärkers kann von dem Signallicht,
das von dem Signallichtweg 2 aus gesendet wird, nur ein
linear polarisiertes Licht in nur einer Axialrichtung, der langsamen
Axialrichtung oder der schnellen Axialrichtung, durch den ersten
polarisationsabhängigen
optischen Isolator 11a übertragen werden.
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Auf
diese Weise wird das Signallicht, dessen linear polarisierter Lichtzustand
erhalten bleibt, in dem WDM-Koppler 10 mit dem von der
Pumplichtquelle 16 ausgesendeten Pumplicht gemischt, der
EDF 14 eingegeben, hier optisch verstärkt und von dem anderen Ende
der EDF 14 zu dem zweiten polarisationsabhängigen optischen
Isolator 11b ausgegeben. In dem zweiten polarisationsabhängigen optischen
Isolator 11b kann – da nur
ein linear polarisiertes Licht, das durch den ersten polarisationsabhängigen optischen
Isolator 11a übertragen
wurde, durch diesen übertragen
wird – nur
eine Polarisation in der verstärkten
Polarisationsrichtung durch den zweiten polarisationsabhängigen optischen
Isolator 11b übertragen
und an den Lichtübertragungsweg 2 ausgegeben
werden.
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Da
gemäß dem optischen
Verstärker
dieses Beispiels eine optische Verstärkung unter Verwendung eines
polarisationsabhängigen
optischen Isolators und unter Erhalt eines linear polarisierten
Lichtzustands des Signallichts ausgeführt wird, ist es möglich, einen
optischen Verstärker
zu realisieren, in welchem verhindert wird, dass ein Licht mit einer
unbenötigten Polarisationskomponente
verstärkt
wird, und in welchem ein verstärktes
Licht, dessen linear polarisierter Zustand erhalten bleibt, ausgegeben
werden kann.
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Als
nächstes
wird als ein drittes Beispiel ein optischer Verstärker beschrieben,
welcher einen Teilungskoppler verwendet und die Leistung des Eingangslichts
und des Ausgangslichts überwacht
und eine optische Verstärkung
durchführt.
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In 5 ist
ein optischer Verstärker
dieses Beispiels gezeigt. In 5 zeigt
ein Bezugszeichen 2 einen Lichtübertragungsweg. Der Lichtübertragungsweg 2 ist
mit einer Eingangsöffnung
eines polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8a verbunden.
Ein erster optischer Detektor 9a ist mit der anderen Ausgangsöffnung des
ersten polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8a verbunden.
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Eine
Eingangsöffnung
des ersten polarisationserhaltenden optischen Isolators 11a ist
mit der anderen Ausgangsöffnung
des ersten polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8a verbunden.
Eine Ausgangsöffnung
des ersten optischen Isolators 11a ist mit einer Eingangsöffnung des
WDM-Kopplers 10 verbunden. Eine Pumplichtquelle 16 ist
mit der anderen Eingangsöffnung
des WDM-Kopplers 10 verbunden. Eine Ausgangsöffnung des
WDM-Kopplers 10 ist mit einem Ende einer EDF 14 als
verstärkendes
Medium verbunden.
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Das
andere Ende der EDF 14 ist mit einer Eingangsöffnung eines
zweiten polarisationsabhängigen optischen
Isolators 11b verbunden. Eine Ausgangsöffnung des zweiten polarisationsabhängigen optischen Isolators 11b ist
mit einer Eingangsöffnung
des zweiten polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8b verbunden.
Ein zweiter optischer Detektor 9b ist mit einer Ausgangsöffnung des
zweiten polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8b verbunden.
Die andere Ausgangsöffnung
des zweiten polarisationserhaltenden optischen Teilungskopplers 8b ist
mit dem Lichtübertragungsweg 2 verbunden.
In diesem Beispiel ist jede optische Einheit durch ein Schmelzspleißverfahren
verbunden.
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Wenngleich ähnlich wie
beim obigen zweiten Beispiel ein linear polarisierter Lichtzustand
erhalten bleibt und ein verstärktes
Signallicht durch die polarisationsabhängigen optischen Isolatoren 11a und 11b ausgegeben
wird, so werden in einem optischen Verstärker dieses Beispiels die Leistungen
des Eingangslichts und des Ausgangslichts durch den ersten optischen
Detektor 9a und den zweiten optischen Detektor 9b über die
polarisationserhaltenden optischen Teilungskoppler 8a und 8b überwacht.
Da in diesem Beispiel ein optischer Teilungskoppler vom polarisationserhaltenden
Typ ist, bleibt eine Polarisation des zu überwachenden Eingangslichts
und Ausgangslichts erhalten.
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In
einem Fall, in welchem ein nicht-polarisationserhaltender optischer
Teilungskoppler verwendet wird, ändert
sich aufgrund eines von der Polarisation abhängigen Verlusts die Leistung
des zu überwachenden Lichts,
das auf den optischen Detektor einfällt, oder die Empfindlichkeit
des optischen Detektors unterscheidet sich gemäß dem Polarisationszustand.
Daher ist es nicht möglich,
die Leistung des Lichts stabil zu überwachen. In einem optischen
Verstärker
dieses Beispiels ist es durch Überwachen über einen
polarisationserhaltenden optischen Teilungskoppler möglich, Einflüsse auf
einen Verlust, abhängig
von der Polarisation und der Empfindlichkeit des Detektors zu entfernen.
Somit ist es möglich,
die Leistung des Lichts stabil zu überwachen.
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Gemäß eines
Lichtleitfaser-Verstärkers
dieses Beispiels ist es durch Ausführen einer optischen Verstärkung unter Überwachung
der Leistung des Eingangslichts und des Ausgangslichts über einen
polarisationserhaltenden optischen Teilungskoppler möglich, einen
optischen Verstärker
zu realisieren, der das verstärkte
Licht, dessen linear polarisierter Lichtzustand erhalten bleibt,
ausgeben kann, während
die Lichtleistung stabil beibehalten wird.
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Die
Länge einer
Erbium-dotierten polarisationserhaltenden optischen Faser sollte
vorzugsweise 320 m oder kürzer
sein. Ferner sollte eine Erbium-dotierte, polarisationserhaltende
Lichtleitfaser eine Faser sein, welche zwei Belastungseinleitungsabschnitte
(im Folgenden als PANDA-Faser bezeichnet) aufweist, die symmetrisch
zu einem Kern in einem Mantel angeordnet sind, der sich außerhalb
des Kerns befindet.
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Ein
praktischer Wert für
die Kreuzkopplung der PANDA-Faser liegt bei –25 dB/100 m oder weniger. Andererseits
ist allgemein eine Kreuzkopplung der polarisationserhaltenden optischen
Einheit auf –20
dB oder weniger begrenzt. Die Länge
einer Faser, deren Kreuzkopplungsniveau –20 dB entspricht, liegt bei
320 m. Wird daher eine Erbium-dotierte PANDA-Faser als optische
Verstärkungseinheit
verwendet, so sollte die Länge
der PANDA-Faser vorzugsweise 320 m oder weniger betragen.
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Auch
wenn für
eine polarisationserhaltende Lichtleitfaser ferner eine Bow-tie-Faser oder eine Faser mit
elliptischem Kern genannt werden kann, so ist eine PANDA-Faser allgemein
bekannt. Wird eine PANDA-Faser durch ein Schmelzspleißverfahren
verbunden, so ist es aufgrund der Tatsache, dass eine Einstellung
der Polarisationsachse optisch, unter horizontaler Betrachtung der
Faser, durchgeführt
wird, möglich,
eine Schmelzspleißverbindung
der PANDA-Faser,
wie etwa einer Leitfaser (engl: lead fiber), für verschiedene optische Einheiten
auf einfache Weise und mit geringem Verlust durchzuführen, indem
eine Seltenerd-dotierte Lichtleitfaser vom PANDA-Typ verwendet wird.
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In
den vorstehenden Beispielen eines optischen Verstärkers sollte
die Lichtleitfaser, welche jede optische Einheit verbindet, vorzugsweise
eine polansationserhaltende Lichtleitfaser sein.
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Betreffend
ein optisches Verstärkungsmedium
wurde als Beispiel ein Fall erläutert,
in welchem eine EDF verwendet wurde. Ein optisches Verstärkungsmedium
ist jedoch nicht auf eine EDF beschränkt und es kann eine andere
Seltenerd-dotierte Lichtleitfaser mit optischer Verstärkungsfunktion verwendet
werden.
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Betreffend
das Pumpverfahren ist ferner in 3, 4 und 5 ein
vorwärts
gerichtetes Pumpverfahren erläutert,
in welchem ein Pumplicht in der gleichen Richtung einfällt, wie
die Durchtrittsrichtung des Signallichts, und angeregt wird. Pumpverfahren
sind jedoch nicht auf einen solchen Fall beschränkt und es kann außerdem möglicherweise
ein rückwärts gerichtetes
Pumpverfahren eingesetzt werden, in welchem ein Pumplicht in einer
entgegengesetzten Richtung zu einer Durchtrittsrichtung des Signallichts
einfällt
und angeregt wird; darüber
hinaus ein zweiseitiges Pumpverfahren, in welchem ein Pumplicht
sowohl in einer Signallicht-Durchtrittsrichtung als auch in einer
entgegengesetzten Richtung zur Signallicht-Durchtrittsrichtung einfällt, und
das Erbium pumpt.
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Ferner
sind ein Isolator, ein Polarisator und ein WDM-Koppler nicht auf
den Fall beschränkt,
dass diese als individuelle Einheiten eingebaut sind. Das heißt, dass
es möglich
ist, diese Einheiten in einer Einheit zu vereinigen und als optisches
Verbindungsmodul zu montieren.
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Experimentelles
Beispiel
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Ein
experimentelles Beispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden
gezeigt. Ein optischer Verstärker
mit einer in 4 gezeigten Struktur ist unter
Verwendung eines polarisationsabhängigen optischen Isolators
hergestellt. Als Pumplichtquelle wird eine Laserdiode verwendet,
welche Pumplicht aussendet, deren Wellenlänge 1480 nm beträgt.
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Die
Wellenlänge
des Signallichts beträgt
1550 nm. Die Eingangssignalleistung beträgt –13 dBm. Die Ausgangssignalleistung
beträgt
+4,5 dBm. Die Leistung des eingehenden Lichts PS der
polarisationserhaltenden Lichtleitfaser in langsamer Axialrichtung
beträgt –13,5 dBm.
Die Leistung des eingehenden Lichts Pf in schneller Axialrichtung
beträgt –23,0 dBm.
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Insofern
ein optischer Verstärker
betroffen ist, welcher auf diese Weise hergestellt ist, wurde einen
Blockierwirkung für
eine unbenötigte
Polarisationskomponente, die in dem ausgegebenen Signallicht enthalten ist,
durch Vergleich mit einem Fall, in welchem ein polarisationsunabhängiger optischer
Isolator verwendet wurde, untersucht. Die optische Eigenschaft der
optischen Einheit, welche in diesem Experiment verwendet wurde,
ist in Tabelle 1 gezeigt.
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In
einem Fall, in welchem ein polarisationsunabhängiger optischer Isolator verwendet
wird, beträgt eine
Leistung der unbenötigten
Polarisationskomponente, welche in dem Ausgangssignallicht enthalten
ist, –24,7
dBm. Im Gegensatz dazu beträgt
in einem optischen Verstärker
der vorliegenden Erfindung, der einen polarisationsabhängigen optischen
Isolator verwendet, die Leistung der unbenötigten Polarisationskomponente,
die in dem Ausgangssignallicht enthalten ist, –36,8 dBm.
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Gemäß den vorstehenden
Ergebnissen wird beobachtet, dass die Leistung der unbenötigten Polarisationskomponente,
welche in dem Ausgangssignallicht enthalten ist, durch einen optischen
Verstärker,
der einen polarisationsabhängigen
optischen Isolator verwendet, um mehr als 12,1 dB beschränkt werden
kann. Es wurde somit bestätigt,
dass es wirkungsvoll ist, einen polarisationsabhängigen optischen Isolator zu
verwenden, um ein verstärktes
Licht zu erhalten, dessen linear polansierter Lichtzustand erhalten
bleibt. Ein solches Ergebnis wurde in einem Fall, in welchem ein
Polarisator verwendet wurde, bewiesen.
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Wenngleich
hier in diesem experimentellen Beispiel die Wellenlänge des
Pumplichts 1480 nm beträgt, so
kann ein Pumplicht mit einer anderen Wellenlänge, wie etwa 980 nm, verwendet
werden.