DE69116691T2

DE69116691T2 - Erbiumdotierte faserverstärker mit modifizierter spektraler verstärkung

Info

Publication number: DE69116691T2
Application number: DE69116691T
Authority: DE
Inventors: Richard Ian Southampton Hampshire So3 5Qz Laming; Paul Roos Southampton Hampshire So5 7Ph Morkel; David Neil Southampton Hampshire So3 5Qg Payne; Masao C/O Seiko Instruments Inc. Matsudo-Shi Chiba 271 Tachibana
Original assignee: University of Southampton
Current assignee: University of Southampton
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: GB9011330D0; EP0535002A1; ATE133517T1; GB2246234A; ES2084815T3; WO1991018434A1; EP0535002B1; DE69116691D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Faserverstärker und auf optische Faser-Telekommunikationsverbindungen zum übertragen wellenlängenmultiplexierter Signale mit einem optischen Faserverstärker.
Mit seltenen Erden dotierte optische Faserverstärker, insbesondere mit Erbium dotierte Fasern, haben in der letzten Zeit auf dem Gebiet der optischen Faserkommunikation für erhebliches Aufsehen gesorgt. Siehe zum Beispiel "Low noise erbium-doped fibre amplifier operating at 1.54µm" ("Mit einer Wellenlänge von 1,54µm betriebener, mit Erbium dotierter Faserverstärker mit niedrigem Rauschpegel"), Electronics Letters, Vol. 23, No. 19, P. 1026, 1987 und Patentanmeldung im Vereinigten Königreich 2180392. Der mit Erbium dotierte optische Faserverstärker (EDFA) wird günstigerweise im bevorzugten Telekommunikations-Spektralfenster betrieben, das sich bei einer Wellenlänge von 1,55µm befindet. Zusätzlich wurde gezeigt, daß dabei eine große polarisationsunempfindliche Verstärkung (größer als 30 dB), niedriger Crosstalk zwischen den Signalen bei verschiedenen Wellenlängen, gute Sättigungs- Ausgangsleistung (> 1mW) und eine Rauschzahl, die nahe der grundlegenden Quantumsgrenze (ungefähr 3 dB). Die ausgezeichneten Kauscheigenschaften erlauben es potentiell hunderten von Verstärkern entlang einer Faser-Telekommunikationsleitung eingebaut zu werden, die dann 10.000 km lang sein könnte. Im Vergleich zur Alternative einer Übertragungsleitung mit elektronischen Repeatern hat eine rein optische Verbindung den Vorteil, daß sie für das Übertragungs-Kodeformat und die entsprechende Bitgeschwindigkeit transparent ist. Sie kann daher nur dadurch verbessert werden, daß der Sender und der Empfänger verändert werden und nicht die Repeater.
Trotz seiner allgemein ausgezeichneten Eigenschaften hat der mit Erbium dotierte Faserverstärker einen Hauptnachteil, nämlich seine spektrale Linienbreite. Das Telekommunikationsfenster bei 1,55 µm ist ungefähr 20nm breit, und ein idealer Verstärker hätte eine flache spektrale Verstärkung über das gesamte Fenster. Durch die breite Fluoreszenz-Linienbreite von Ionen in Glas entsteht zwar eine Breitbandverstärkung, doch sind dabei die spektralen Verstärkungseigenschaften oft unregelmäßig. Das Fluoreszenzband mit Erbium dotierter Faserverstärker (EDFA) entsteht aufgrund des Strahlungsübergangs zwischen den Energieniveaus von &sup4;I13/2 nach &sup4;I15/2. Diese beiden Nieveaus werden verbreitert und Stark-geteilt zum Erzeugen einer Mannigfaltigkeit beitragender Pegel. Übergänge zwischen der Mannigfaltigkeit auf &sup4;I13/2 und der Mannigfaltigkeit auf &sup4;I15/2 nicht nicht gleich wahrscheinlich und insbesondere hat der Übergang zwischen den zwei Niveaus, der der Spitzenverstärkungswellenlänge entspricht, die höchste Wahrscheinlichkeit. Diese Wellenlänge bewegt sich zwischen 1530 nm und 1535 nm, je nach dem Glasmaterial des Körpers. Es ist daher bekannt, daß die spektrale Verstärkung eines EDFA eine Spitzenantwort hat, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Es kann gesehen werden, daß aufgrund der unregelmäßigen Form der spektralen Verstärkung der Verstärker eine 3dB-Verstärkungsbandbreite von lediglich 4,5nm hat.
Wenn beabsichtigt ist, den Verstärker in einem Telekommunikationssystem einzusetzen, das eine einzige Signalwellenlänge verwendet, die der Spitzenverstärkung des Erbium-Verstärkers entspricht (1535 nm im Fall eines Germanlumsilikatkörpers), ist die enge spektrale Verstärkung kein Nachteil und kann sogar ein Vorteil sein. Wenn jedoch die Telekommunikationsleitung bei einer Anzahl optischer Wellenlängen betrieben werden soll und das verfügbare Fenster mit niedrigem Verlust voll ausnützen soll, das bekannte Telekommunikationsfasern bieten, können die im Spektrum auftretenden großen Unterschiede bei der Verstärkung Probleme verursachen. Aus Fig. 1 (für einen Aluminiumsilikatkörper) ist ersichtlich, daß ein Betrieb zwischen den Wellenlängen 1540 nm und 1560 nm ein breites Verstärkungsplateau ergibt, wobei die Verstärkung im Vergleich zu der beim Peak erzielbaren Verstärkung um 8 dB niedriger liegt. Ein Betrieb auf diesem Plateau mit verringerter Verstärkung ist ohne weiteres möglich, siehe R. Aelter, R.I. Laming, R.S. Vodhanel, W.B. Sessa, M.W. Maeda und R.E. Wagner, "Performance of an erbium-doped fibre amplifier in a 16-channel coherent broadcast network experiment" ("Leistung eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers in einem Sende-Netz-Experiment mit 16 Kanälen"), Proc. CLEO, Paper PD22, Baltimore 1989. Die Gegenwart eines benachbarten Bereiches mit hoher Verstärkung bei 1531 nm bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich, wie folgt:
1. Laseroszillation: Ein optischer Verstärker mit hoher Verstärkung oszilliert normalerweise aufgrund von Rückkopplung aus unvermeidlichen Reflexionen und Rückstreuung aus der Faser-Übertragungsleitung. Typischweise sollte bei der praktischen Anwendung die Verstärkung auf ungefähr 30 dB begrenzt sein. Daher muß bei einem Verstärker mit einer Spitzenantwort die maximale Verstärkung beim Peak auf 30 dB begrenzt werden, um eine Oszillation zu vermeiden, wobei sich an anderen Stellen des Spektrums eine Verstärkung von wenig über 20 dB ergibt.
2. Schlechte Pumpeffizienz: Bei einem optischen Verstärker mit hoher Verstärkung, der mit kleinen Signalen betrieben wird, wird die zum Erreichen einer bestimmten Verstärkung benötigte Pumpleistung davon bestimmt, daß sich unerwünschte verstärkte spontane Emission (amplified spontaneous emission/ASE) aufbaut. Spontane Emission tritt entlang des gesamten Verstärkers auf, doch wird insbesondere nur diejenige, die am Eingang des Verstärkers entsteht, im Verstärker voll verstärkt. Daher trägt spontane Emission, wenn sie hoch verstärkt wird, einen beträchtlichen Lichtpegel beim Verstärkerausgang bei und kann den Querschnitt des Verstärkerausganges sättigen. Unter diesen ASE-verursachten Sättigungsbedingungen verringert sich die Pumpeffizienz (d.h. die Verstärkung/die Pumpleistung) dramatisch, und ein Großteil der verfügbaren Pumpleistung wird am Ausgang des Verstärkers in ASE verwandelt und trägt nicht zur Verstärkung des Signals bei. Die erzeugte Menge ASE ist fast proportional zur Verstärkung des Verstärkers. Daher wird die Situation verschlimmert, wenn sich ein Bereich mit hoher spektraler Verstärkung neben demjenigen befindet, in dem ein Betrieb beabsichtigt ist. Wir können beispielsweise beim in Fig. 1 gezeigten Spektrum zum Erzielen einer Verstärkung von 24 dB bei 1550 nm nicht vermeiden, daß eine Verstärkung von 32 dB bei 1531 nm auftritt und müssen den großen autretenden Wert von ASE bei dieser Wellenlänge hinnehmen. So wird eine beträchtliche Menge an Pumpenergie durch das Erzeugen von ASE-Energie beim Verstärkungspeak von 1531 nm verschwendet, was zu einer schlechten Pumpeffizienz führt. Anders gesagt, zum Erzielen einer Verstärkung von 24 dB muß mit einer Geschwindigkeit gepumpt werden, die für einen Verstärker von 32 dB geeignet ist.
3. Verstärktes Spontan-Spontan-Schwebungsrauschen: Außer der verringerten Pumpeffizienz trägt auch ein hohes Niveau von ASE mit einer dem Signal benachbarten Wellenlänge ein höhers Niveau von Spontan-Spontan-Schwebungsrauschen bei. Dadurch verschlechtert sich die Verstärker-Rauschzahl, vor allem bei kleinen Eingangssignalen.
4. Sättigungsprobleme: Für wellenlängenmultiplexierte Signale treten Schwierigkeiten auf, wenn ein Verstärker verwendet wird, der für jeden der verschiedenen Wellenlängenkanäle eine sehr unterschiedliche Verstärkung hat. Es besteht die Gefahr, daß der hochverstärkte Kanal bei 1531 nm den Verstärker sättigt und dadurch die Verstärkung auf allen anderen Kanälen verringert wird. Eine Sättigung kann auch zu erhöhtem Crosstalk zwischen den Kanälen führen.
Alle genannten Probleme würden gelöst, wenn der Verstärker eine vollkommen flache spektrale Verstärkung hätte. Die unmittelbare Umgebung des Erbiumions hat beträchtliche Auswirkungen auf ihr Verstärkungsspektrum, und es ist bekannt, daß ein Aluminiumsilikat-Glaskörper ein breiteres Spektrum erzeugt. Es ist bisher gelungen, durch die Verwendung einer Pumpwellenlänge von 1,48 µm und eine sorgfältige Auswahl der Pumpleistung dieses Spektrum weiter zu glätten, C.A. Atkins, J.F. Massicott, J.R. Armitage, R. Wyatt, B.J. Ainslie und S.P. Craig-Ryan, "High-gain broad spectral bandwidth erbiumdoped fibre amplifier pumped near 1,5µm" ("Mit Erbium dotierter Faserverstärker mit einer hohen Verstärkung in einer breiten spektralen Bandbreite, der nahe 1,5µm gepumpt wird"), Electronics Letters, Vol. 25, pp. 910-911, 1989. Dies wurde jedoch auf Kosten eines niedrigeren Populationsinversionswertes, verringerter Pumpeffizienz und höherer Rauschzahlen erreicht.
Die vorliegende Erfindung, die sich auf optische Verstärker zum Verstärken optischer Signale über ein ganzes Spektralfenster anwenden läßt, die eine Wellenleitereinrichtung einer bestimmten Länge haben und ein Verstärkungsspektrum mit einem Peak in diesem Fenster aufweisen, hat zur Aufgabe, die Verstärkung beim Peak zu verringern, um so das gesamte Verstärkungsspektrum im Fenster zu verändern.
Die EP-A-426222, veröffentlicht am 8. Mai 1991, die daher im Sinne von Art 54(3) EPÜ zum Stand der Technik zählt, bezieht sich auf EDFAs und offenbart die Verwendung eines weiteren in der mit Erbium dotierten Faser verteilten Dotiermittels, das bei der Wellenlänge des Peaks als "Filter" dient und das gesamte Verstärkungsspektrum wie gesagt modifiziert.
Die vorliegende Erfindung sieht einen optischen Verstärker zum Verstärken optischer Signale in einem Spektralfenster vor, der eine Strecke einer Lichtwellenleitereinrichtung mit einem Verstärkungsspektrum im Fenster mit einem Peak aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Sperrfilter dessen Bandsperrung im wesentlichen der Wellenlänge des Peaks entspricht, an mindestens einer Stelle auf der Strecke der Wellenleitereinrichtung angeordnet und in einem Abstand von deren Enden zum Verringern der Verstärkung bei der Peakwellenlänge und dadurch zum Modifizieren des Gesamt-Verstärkungsspektrums im Fenster angebracht ist.
Das Sperrfilter kann ein Teil der Wellenleitereinrichtung enthalten, der mit einem Gitter in wirkungsvollen Kontakt gebracht ist, wodurch eine periodische Störung darin hervorgerufen wird.
Alternativ kann das Band-Sperrfilter ein dielektrisches Interferenzfilter aufweisen.
Das Band-Sperrfilter kann ein ein Absorptionsfilter aus getöntem Glas oder ein Fabry-Perot-Filter aufweisen.
Das Band-Sperrfilter kann ein resonantes Filter aufweisen.
Die Wellenleitereinrichtung kann einen planaren Wellenleiter aufweisen oder eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser. Im letzteren Fall kann das Sperrfilter einen in der Faser eingebetteten Filterchip aufweisen.
Es ist daher eine Form der spektralen Verstärkungsbeeinflussung vorgesehen, die dadurch bewerkstelligt wird, daß an einer Stelle entlang des Verstärkers eine optische Faser eingefügt wird. Es kann gezeigt werden, daß eine relativ flache Spektralverstärkung in dieser Art und Weise erzielt werden kann und die erzielte Leistung mit der verglichen werden kann, die man erhält, indem man ein Filter am Ausgang des Verstärkers anbringt. Diese letztere Möglichkeit behebt nicht die oben unter 2 und 4 geschilderten Nachteile.
Die Erfindung umfaßt auch eine optische Faser-Kommunikationsleitung zum Übertragen von durch Wellenlängenteilung multiplexierten optischen Signalen, wobei in die Verbindung auf ihrer Länge mindestens ein optischer Verstärker eingeschaltet ist, wie er im sechstletzten Absatz beschrieben ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden einige Ausführungsformen lediglich als Beispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 das Verstärkungsspektrum eines herkömmlichen EDFA,
Fig. 2 die Verstärkungsspektren des EDFA von Fig. 1, wobei ein Filter im EDFA (Kurve B) und ein Filter am Ende des EDFA (Kurve C) verwendet wird,
Fig. 3 das Anwachsen von ASE entlang eines EDFA,
Fig. 4 die Verstärkungs- und Sättigungseigenschaften eines EDFA bei 5131 nm,
Fig. 5 schematisch einen ersten erfindungsgemäßen EDFA,
Fig. 6 einer alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen EDFA und
Fig. 7 eine planare Wellenleiter-EDFA-Vorrichtung, die den Faserverstärkern von Fig. 5 und 6 entspricht.
Der im folgenden beschriebene Breitbandverstärker mit einer optischen Faser besteht aus mindestens zwei Teilen aus optischer Faser, die einen Anteil Dotierionen aus Seltenen Erden (z.B. Er³&spplus;), in die die Kern und die bei der Peak- Wellenlänge des Verstärkungsspektrums wirkenden Band-Sperrfilter jeweils zwischen zwei der Teile eingefügt werden. Wenn jeder Teil mit einer geeigneten Wellenlänge (z.B. 980 nm) gepumpt wird, kann jeder Teil der optischen Faser durch stimulierte Emission aus angeregten Ionen Seltener Erden eine optische Verstärkung durchführen, deren Verstärkungsspektrum in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Dämpfung des Band-Sperrfilters wird so gewählt, daß sie genau die bei der Peak-Wellenlänge gesteigerte Verstärkung herausnimmt und so das Gesamt-Verstärkungsspektrum in eine gleichmäßigere Form bringt, wie in Fig. 2 (Kurve B) gezeigt ist. Das heißt nicht unbedingt, daß die Dämpfung des Filters gleich der Differenz im Verstärkungsspektrum des Faserverstärkers zwischen der Peak- und der Plateau-Wellenlänge sein muß, wie das bei einem Filter sein müßte, der am Ausgang des Filters angeordnet wäre. Das im Innern des Faserverstärkers eingebaute Filter verändert das Profil des Verstärkungsspektrums aufgrund seiner Unterdrückung von ASE- Leistung auf andere Weise. Das wird weiter unten noch besprochen werden. Die Anzahl der Faserabschnitte und deren Länge wird so gewählt, daß die Abschnitte durch das ASE (oder das injizierte Signal, falls vorhanden) bei der Peak-Wellenlänge des Verstärkungsspektrums nicht gesättigt wird.
Wenn die Ansprache des Filters im Spektrum richtig gewählt wurde, modifiziert diese Anordnung die Verstärkungs- und Sättigungs-Kennlinien des Verstärkers so, daß sie im gesamten Bereich des Verstärkungsspektrums des bestimmten verwendeten Ions seltener Erden flach sind. Wie oben bemerkt, ist ein solcher optischer Verstärker zum Wellenlängenmultiplexieren oder Multiplexieren optischer Frequenzen gut geeignet, da er alle Signale in der Verstärker-Bandbreite gleich verstärkt.
Wie oben angegeben, ist das ASE fast proportional zur Verstärkung, und daher ist das ASE-Spektrum dem Verstärkungsspektrum sehr ähnlich mit einem Leistungsübergewicht beim Peak. Ein Filtern bei der Peak-Wellenlänge des Verstärkungsspektrums mit einem im Innern des Verstärkers angeordneten Filter verringert einen Großteil der Spektrumsleistung des ASE auf effiziente Art und Weise und verzögert das Einsetzen der durch ASE verursachten Sättigung, wodurch eine gute Pumpeffizienz erzeugt wird. Das geschieht, da das exponentielle Anwachsen von ASE entlang der Faser am Ende eines jeden Faserabschnitts unterdrückt wird und so die ASE-Leistung auf einem niedrigen Niveau gehalten wird (wie schematisch in Fig. 3 gezeigt, wo zwei Band-Sperrfilter an entsprechenden Orten in einem gewissen Abstand voneinander entlang der Faser und in einem Abstand von deren Ende angeordnet sind) und nicht auf ein hohes Niveau anwächst.
Ein beträchtlicher Teil des Gehalts an Ionen seltener Erden im angeregten Zustand wird daher vor einer durch ASE verursachten stimulierten Emission bewahrt und für die Verstärkung des Signals bewahrt. Das erzeugt eine Steigerung der Verstärkung über die gesamte Verstärkungsbandbreite im nach dem Filter gelegenen Abschnitt der Faser. Das Verlustspektrum des Filters sollte so beschaffen sein, daß es die Spektrumsverstärkung abflacht, indem die anstelle der ASE-Leistung gewonnene berücksichtigt wird. Daher verbessert das im Innern der Faser angeordnete Filter die Pumpeffizienz und führt zu einer gesteigerten Verfügbarkeit der Verstärkung bei Wellenlängen, die außerhalb des Sperrbandes des Filters liegen. Dieser Effekt trägt auch zur Abflachung des Spektrumsverstärkung bei und ist in Fig. 2 (Kurven A & B) gezeigt, die einen Vergleich mit der Spektrumsverstärkung in einem EDFA mit und ohne Filterung zeigen. Es ist zu berücksichtigen, daß ein Plazieren des Filters am Ausgang des Verstärkers nicht den Vorteil einer gesteigerten Verstärkung außerhalb des Filter- Sperrbands hat, da das Filter sich nicht auf das Anwachsen von ASE im Innern des Vestärkers auswirkt. Da außerdem die Wirkung des Filters am Ausgang rein passiv ist, wird die Ausgangsleistung im Filterband durch die Filterdämpfung einfach verringert. Da führt zu einer begleitenden Verringerung der Verstärkersättigung in diesem Band.
Der letzte Punkt ist in Fig. 4 illustriert, wo die Verstärkungseigenschaften bei 1531 nm mit und ohne innere Filterung gegeben sind (Kurven A & B). Aus der Figur kann ersehen werden, daß eine Kompression der Verstärkung um 3 dB für Ausgangsleistungen um 1 mW in beiden Fällen erfolgt, wodurch eine Ausgangs-Sättigungsleistung von 0 dBm festgelegt wird.
Wenn man im Gegensatz dazu das berechnete Beispiel eines optischen Notch-Filters mit einem Lorentzschen Spektrum nimmt, das am Ausgang desselben EDFA angeordnet wird, kann man sehen, daß zum Erzielen einer 3dB-Bandbreite von 30 nm die Filterdämpfung bei 1531 nm mit einer 3dB-Bandbreite von 4 nm 8 dB sein sollte. Das Kleinsignal-Verstärkungsspektrum für eine solches System ist in Fig. 2 (Kurve C) angegeben. Wie zu erwarten war, wird ein gleichmäßiges Verstärkungsspektrum erzielt, doch ohne Steigerung der Verstärkung bei längeren Wellenlängen. Jedoch sind die Verstärkungs-Sättigungseigenschaften bei 1531 nm erheblich verändert, wie in Fig. 4 (Kurve C) gezeigt ist. Eine 3dB-Verstärkungskompression geschieht aufgrund der Dämpfung des Filters (d.h. 8dB) am Ausgang des EDFA nur für Ausgangsleistungen um -8dBm herum.
Es gibt zahlreiche mögliche Anwendungen des optischen Filters. Eine davon ist eine wellenlängen-selektive resonanten Kopplung aus der Propagationsmode des Kerns des Faser in eine Mode der durchlässigen Ummantelung. Es ist allgemein möglich, durch eine periodische Störung entlang der Propagationsachse des Wellenleiters eine starke Kopplung zwischen den orthogonalen Moden eines Wellenleiters zu induzieren, R.C. Youngquist et al: "All-fibre components using periodic coupling" ("Ganz aus Faser bestehende Komponenten, die periodische Kopplung verwenden"), IEE Proceedings, Vol. 312, Pt. J, No. 5, p. 277, 1985. Die Resonanzbedingung ist wie folgt:
β - β' = 2π/L
wobei L der Zeitraum für die Störung ist und β und β' die Propagationskonstanten der beiden Moden, die gekoppelt werden.
Diese Resonanzbedingung wird aufgrund der dispersiven Eigenschaft der Moden nur bei finiten Zahlen diskreter Wellenlängen erfüllt. Zum Einsetzen eines Notch-Filters unter Ausnutzung dieses Phänomens kann die Propagationsmode des Kerns mit einer der Mantelmoden gekoppelt werden. Da im Fall einer mit einer Hoch-Index-Kunststoff beschichteten Faser Mantelmoden durchlässig sind, geht der Anteil der Leistung, der in die Mantelmode gekoppelt wird, schließlich in der Ummantelung verloren. Es wird so ein optisches Filter gebildet, das bei einer Resonanzwellenlänge wirkt, die durch Verändern des Zeitraums gewählt werden kann, während dessen die Störung angewendet wird. Die Dämpfung beim Filter- Sperrband kann durch den Grad der Störung eingestellt werden. Der Vorteil bei dieser Art optischen Filters ist, daß man dabei keine optischen Komponenten zwischen die Abschnitte mit seltenen Erden dotierter Faser schalten muß, was sowohl bei der Signal- als auch bei der Pumpwellenlänge zu einem übergroßen Verlust oder zu übergroßen Reflexionen führen könnte.
Zur Verwirklichung der Erfindung können natürlich sämtliche bekannten optischen Filtertechniken verwendet werden.
Eine mögliche Implementierung der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt.
Eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser 10 wurde so ausgewählt, daß sie bei der Verstärkungswellenlänge, die bei einem EDFA 1,55µm beträgt, eine einzige Mode hat. Die verwendete Faser 10 hatte eine Erbiumkonzentration von 25 ppm im Kern, eine numerische Apertur von 0,14 und eine Grenzwellenlänge von 945 nm. Die Kern-Zusammensetzung war 4 mol % Al&sub2;O&sub3; - 96 mol % Si O&sub2; In diesem Fall war die Faser 10 kontinuierlich, und ein einzelnes optisches Filter 12 war ungefähr in der Mitte angeordnet, indem die Faser periodisch gestört wurde. Das Filter 12 bestand aus einem Gatter 14 mit einer Periode von 775µm, was für diese bestimmte Faser die Resonanzbedingung zum Koppeln zwischem der Kern- und der Mantelmode bei den Peakwellenlängen des Verstärkungsspektrums erfüllte. Die Faser 10 war zwischen dem Gatter 14 und einer flachen Platte 16 eingefügt, und es wurde eine Kraft 18 angelegt. Dieser Mechanismus stört die Faser 10 mit einer periodischen Verformung, die derjenigen des Gatters 14 entspricht und erzielt so eine effektive Kern-Mantel-Kopplung.
Es gibt drei wichtige Parameter, die zum Erzielen eines optimalen Verstärkungs-Ausgleichs eingestellt werden müssen. Es handelt sich dabei um die Resonanzwellenlänge, die Dämpfung und die Bandbreite des Filters 12. Die entsprechenden Werte können durch Einstellen der Periode des Gatters 14, die Größe der Kraft 18 (d.h. die Verformung der Faser) bzw. die Gesamtlänge des Gatters 14 erzielt werden.
Pumplicht aus einer Lichtquelle 20 und Signallicht 22 wurden über einen dichroitichen Faserkoppler 24 mit einem großen Kopplungsverhältnis bei der Pumpwellenlänge und einem kleinen Kopplungsverhältnis bei der Signalwellenlänge in die Faser 10 eingespeist. Die Faser 10 wird mit dem einen Kopplerausgang 26 verspleißt, während der andere Kopplerausgang 28 ein nichtreflektierendes Ende 28 hat. Die erzielten Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt (Kurve A & B), wobei die Spektrumsverstärkung des EDFA für dieselbe Pumpleistung sowohl vor als auch nach der Filterung verglichen werden. Der Peak der Verstärkung wird wesentlich verringert, und diese Verstärkung wird innerhalb des Plateaus verfügbar, wodurch die Verstärkung in diesem Bereich erhöht wird. Das gefilterte Spektrum ist über eine Bandbreite von 30 nm im wesentlichen flach.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Diejenigen Teile des EDFA, die in Fig. 6 gezeigt sind, die die gleichen sind wie in Fig. 5, haben die gleichen Referenznummern. Die Faser 10 ist durch eine Vielschicht-Filter-Vorrichtung 30, die aus zwei Kopplungslinsen 32, 34 und einem dielektrischen Interferenzfilter 36 besteht, in zwei Abschnitte 10a und 10b unterteilt. Dieses Filter 36 ist so ausgelegt, daß es die höhere Verstärkung der Faser 10 um die Peak-Wellenlänge herum sperrt und sonst durchlässig ist. Ein dünner Filterchip könnte auch in eine Faser eingelassen werden, ohne daß dabei Kopplungsverlust entstehen, wie beschrieben von H. Yanagawa et al: "Low-loss in-line single-mode filter" ("In die Leitung eingeschaltetes Einzelmodenfilter mit niedrigem Verlust"), Proc. Conference on Optical Fibre Communications (OFC '90), San Francisco, Paper TUG3, Februar 1990. Der Rest der Anordnung ist das gleiche wie die oben beschriebene Ausführungsform.
Einige weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun im folgenden beschrieben.
Es können alle bekannte Techniken zum Erzeugen eines optischen Sperrbandfilters in die Faser an entsprechenden Orten entlang der Faser und von ihren Enden entfernt eingefügt werden. Diese können zum Beispiel die folgenden sein: Filter aus dünnem, farbigem Glas, Fabry-Perot-Filter und verschiedene andere Formen resonanter Filter (z.B. Bragg- Filter), die in die Faser eingebracht werden. Die Anforderung an ein Filter ist, daß es einen minimalen Verlust bei Wellenlängen außerhalb des Band-Sperrbereiches und minimale Reflexion verursacht. Beide Faktoren können die Verstärkerleistung nachteilig beeinflussen. Daher sollte ein in die Faser eingelassener Filterchip so dünn sein, daß einen minimalen Verlust verursacht, und in eine Lücke in der Faser eingefügte diskrete Bauteile sollten einen Anstellwinkel aufweisen, so daß keine Reflexionen auftreten.
Außerdem bezieht sich die obige Erörterung natürlich auf einen Verstärker mit einer mit Erbium dotierten Faser, doch kann das Konzept der Verstärkungsformung auf alle optischen Verstärker angewendet werden, die eine Wellenleitereinrichtung mit einem ein Peak aufweisenden Verstärkungsspektrum aufweisen, einschließlich derjenigen, die unter Verwendung anderer seltener Erden wie zum Beispiel Neodym konstruiert wurden.
Die obige Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf Faserverstärker. Das Verstärkungsformungskonzept kann jedoch auch auf planar konfiguriert konstruierte, mit seltenen Erden dotierte Verstärker angewendet werden. In Fig. 7 ist ein Beispiel gegeben, bei dem der mit seltenen Erden dotierte Rippen-Wellenleiter auf einem geeigneten Substrat gezeigt ist. In diesem Fall kann das Filter durch ähnliche Verfahren wie die für die optischen Faser beschriebenen in die Länge des Verstärkers mit eingebaut werden. Jedoch gibt es jetzt noch zusätzliche Möglichkeiten zum dauerhaften Verformen des Wellenleiters durch Photolithographie zum Festlegen eines mäandrierenden Abschnitts oder einer periodischen Störung des Leiterrandes zur Erzeugung eines Filters. Die Erfindung bezieht sich auch auf eingebettete Wellenleiter und auf solche, die durch Ionenaustausch hergestellt wurden. Ähnliche Filtertechniken können auch bei Halbleiter-Injektions-Laserverstärkern angewendet werden.

Claims

1. Optischer Verstärker zum Verstärken von optischen Signalen in einem Spektralfenster, der eine Strecke einer Lichtwellenleitereinrichtung (10) mit einem Verstärkungsspektrum im Fenster mit einem Peak aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Sperrfilter (12, 30), dessen Bandsperrung im wesentlichen der Wellenlänge des Peaks entspricht, an mindestens einer Stelle auf der Strecke der Wellenleitereinrichtung angeordnet und in einem Abstand von deren Enden zum Verringern der Verstärkung bei der Peakwellenlänge und dadurch zum Modifizieren des Gesamt-Verstärkungsspektrums im Fenster angebracht ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das Sperrfilter (12) einen Teil der Wellenleitereinrichtung (10) enthält, der mit einem Gitter (14) in wirkungsvollen Kontakt gebracht ist, wodurch eine periodische Störung darin hervorgerufen wird.

3. Verstärker nach Anspruch 2, bei dem der Teil unter Verwendung einer Last (18) wirkungsvoll in Kontakt mit dem Gitter (14) gebracht wird.

4. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das Sperrfilter (12) ein dielektrisches Interferenzfilter aufweist.

5. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das Sperrfilter ein Buntglas-Absorptionsfilter oder ein Fabry-Perot-Filter aufweist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Wellenleitereinrichtung ein planarer Wellenleiter oder eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser ist.

7. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem das Sperrfilter ein resonantes Filter aufweist.

8. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem die Wellenleitereinrichtung eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser aufweist und das Sperrfilter einen in die Faser integrierten Filterchip aufweist.

9. Optische Fasertelekommunikationsverbindung zum Übertragen von durch Wellenlängenteilung multiplexierten optischen Signalen, wobei in die Verbindung auf ihrer Länge mindestens ein optischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingeschaltet ist.