DE69224340T2

DE69224340T2 - Zweiwegzwischenverstärker mit optischer Verstärkung

Info

Publication number: DE69224340T2
Application number: DE69224340T
Authority: DE
Inventors: Takashi Shibuya
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: DE69224340D1; EP0535590A3; EP0535590A2; EP0535590B1; US5652675A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiwegzwischenverstärker zur Verwendung in optischen Nachrichtenübertragungssystemen und insbesondere einen Zweiwegzwischenverstärker, der ein Lasermedium aufweist und durch direkte Verstärkung von zwei optischen Signalen funktioniert, die in gegenseitig entgegengesetzten Richtungen über eine optische Faser oder einen Halbleiterlaser übertragen werden, indem die optische Faser oder der Laser optisch angeregt wird.
Patent Abstracts of Japan, Bd. 15, Nr. 54 (E-1031) und JP-A-2 281 774 offenbaren einen Lichtverstärker als einen auf einem optischen Verstärker basierenden Zweiwegzwischenverstärker.
Ein weiterer Zweiwegzwischenverstärker mit optischer Verstärkung ist in einem japanischen Patentveröffentlichungsanzeiger (Patent Abstracts of Japan, Bd. 15, Nr. 460 (P-1278), 26.8.91 und JP-A-3 194 S18 NTT) offenbart. Dieser Zweiwegzwischenverstärker verstärkt abgehende optische Signale von 1,52 bis 1,56 Mikrometer Wellenlänge, die von einem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluß an einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß (in abgehender Richtung) übertragen werden, mit einer laseraktiven optischen Faser, die durch Dotieren einer quartzbasierten optischen Faser mit Elementen der Seltenen Erden, wie etwa Erbium und Neodyin erhalten wird, und verstärkt ankommende optische Signale der genannten Wellenlänge, die in ankommender Richtung übertragen werden, mit einer optischen Faser, die mit den gleichen Elementen der Seltenen Erden dotiert ist. Dieser zweiwegzwischenverstärker umfaßt neben der einen oder den mehreren aktiven optischen Fasern zwei optische Zirkulatoren zum Trennen der ankommenden und abgehenden optischen Signale und mehrere optische Filter zum Abschneiden von Pumplicht und verstärkter spontaner Emission (ASE). Die optische Faser wird hier durch Pumplicht mit 1,45 bis 1,50 Mikrometer Wellenlänge angeregt. Einzelheiten des Aufbaus und des Betriebs dieses Zweiwegzwischenverstärkers werden in späteren Abschnitten dargestellt.
In dem vorgenannten Zweiwegzwischenverstärker sind die optischen Filter, die optische Signale stark reflektieren, mit dem Verstärkungsausgangsende der aktiven optischen Faser verbunden, und zwischen den optischen Filtern und anderen wesentlichen Bestandteilen einschließlich der mit Seltenen Erden dotierten optischen Faser tritt Mehrfachreflexion der ersten und zweiten optischen Signale auf. Als Folge wird in dem Zweiwegzwischenverstärker durch die optischen Signale eine Oszillation oder eine beträchtliche Signalverzerrung, wenn nicht eine Oszillation als solche, induziert, was die normale Übertragung dieser optischen Signale behindert.
Da der Zweiwegzwischenverstärker mit der gleichen aktiven optischen Faser gleichzeitig die ersten und zweiten optischen Signale (ankommende und abgehende optische Signale) verstärkt, ist es mit ihm schwierig, die Verstärkungsgrade und Ausgaben der ersten und zweiten optischen Signale entsprechend den spezifischen Anforderungen eines gegebenen optischen Nachrichtenübertragungssystems getrennt zu steuern und entsprechend ein flexibles optisches Nachrichtenübertragungssystem herzustellen.
Daher ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf optischer Verstärkung basierende Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, durch die optische Anregung einer laseraktiven optischen Faser oder die Anregung eines Halbleiterlasers die direkte Verstärkung optischer Signale zu erreichen, ohne zu einer Signalverschlechterung durch Oszillation oder Mehrfachreflexion zu führen.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine auf optischer Verstärkung basierende Zweiwegzwi schenverstärkervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, derartige optische Verstärkungsparameter, wie etwa den Verstärkungsgrad und die Sättigungsausgabe, für ankommende und abgehende optische Signale getrennt zu steuern.
Eine erfindungsgemäße auf optischer Verstärkung basierende Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung liefert ein erstes optisches Signal von einem ersten Signaleingangs-/ Ausgangsanschluß (ein abgehendes optisches Signal) an einen zweiten Port eines ersten optischen Zirkulators und verstärkt das erste optische Signal, das an einem dritten Port dieses optischen Zirkulators auftritt, mit einem ersten optischen Verstärkungsmedium. Dieses verstärkte erste optische Signal wird an einen ersten Port eines zweiten optischen Zirkulators geliefert und tritt ferner an einem zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß auf, der mit einem zweiten Port dieses zweiten optischen Zirkulators verbunden ist, um das abgehende optische Ausgangssignal dieser Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung zu werden. Andererseits wird ein zweites optisches Signal von diesem zweiten Signaleingangs-/ Ausgangsanschluß (ein ankommendes optisches Signal) an den zweiten Port dieses zweiten optischen Zirkulators geliefert, und das zweite optische Signal, das an einem dritten Port dieses zweiten optischen Zirkulators auftritt, wird durch ein zweites optisches Verstärkungsmedium verstärkt. Dieses verstärkte zweite optische Signal wird an einen ersten Port des ersten optischen Zirkulators geliefert und tritt ferner an dem zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß auf, der mit dem zweiten Port dieses ersten optischen Zirkulators verbunden ist, um das ankommende optische Ausgangssignal dieser Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung zu werden.
Die ersten und zweiten optischen Verstärkungsmedien sind entweder aus aktiven optischen Fasern, die durch Dotieren von optischen Fasern mit einem Element der Seltenen Erden, wie etwa Erbium, hergestellt werden, oder aus Halbleiterlaserverstärkern zusammengesetzt. Wo diese optischen Verstärkungsmedien aktive optische Fasern sind, wird durch eine optische Einrichtung ein Pumplicht an diese aktiven optischen Fasern geliefert. Oder wo diese optischen Verstärkungsmedien Halbleiterlaserverstärker sind, wird ein Strom an die Halbleiterlaserelemente, welche die optischen Verstärkungselemente dieser Verstärker sind, geliefert.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen deutlich, wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Zweiwegzwischenverstärkers nach bisherigem Stand der Technik ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das den Aufbau des optischen Zirkulators 8 darstellt, der in dem Blockdiagramm von Fig. 2 enthalten ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist; und
Fig. 5 ein Diagramm ist, das den Aufbau eines Zweiwegzwischenverstärkersystems mit optischen Fasern darstellt, auf das die Ausführungsform von Fig. 2 angewendet wird.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird dieser Zweiwegzwischenverstärker mit optischer Verstärkung in dem oben angeführten japanischen Patentveröffentlichungsanzeiger offenbart. Dieser Zweiwegzwischenverstärker verstärkt ein abgehendes optisches Eingangssignal S61, das an einem Eingangs-/ Ausgangsanschluß 61 empfangen wird, mit aktiven optischen Fasern 63 und 73 und erzeugt nach der Verstärkung des optischen Signals S61 an einem weiteren Eingangs-/ Ausgangsanschluß 75 ein abgehendes optisches Ausgangssignal S72. Inzwischen wird ein ankommendes optisches Eingangssignal S61r, das an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 75 empfangen wird, durch die aktiven optischen Fasern 73 und 63 verstärkt, und ein ankommendes optisches Ausgangssignal S72r tritt nach der Verstärkung des optischen Signals S61r an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 61 auf. Hier zeigt das Suffix r die ankommende Richtung des optischen Signals an.
Um zuerst den Betrieb zur Verstärkung des abgehenden optischen Signals in diesem Zweiwegzwischenverstärker zu beschreiben, wird das abgehende optische Eingangssignal S61 über ein optisches Filter 62 an die aktive optische Faser 63 geliefert, und die optische Faser 63 verstärkt das optische Signal S61 in ein optisches Signal S63. Die optische Faser 63 wird hier durch ein Pumplicht S64 angeregt, das über einen optischen Multiplexer 67 und einen optischen Vier-Port- Zirkulator 64 von einer Pumplichtquelle 66 geliefert wird, und invertiert verteilt. Das optische Signal S63 wird an einen Port 64b des optischen Zirkulators 64 geliefert, erscheint an seinem Port 64c (als optisches Signal S66) und wird ferner an ein optisches Filter 69 geliefert. Das optische Filter 69 schneidet das Pumplicht S64, das von dem optischen Filter 62 reflektiert wird und entlang der aktiven optischen Faser 63 rückwärts fortschreitet, und eine ASE, die in der optischen Faser zusammen mit der Anregung durch das Pumplicht S64 auftritt, ab, extrahiert aus dem optischen Signal S66 ein optisches Signal S67, welches eine verstärkte Komponente des abgehenden optischen Signals S62 ist, und bewirkt, daß es am Ausgangsende erscheint.
Das optische Signal S67 und ein Pumplicht S68 von einer Pumplichtquelle 71 werden von einem optischen Multiplexer 70 gemultiplext, und ein gemultiplextes optisches Signal S69 wird über Ports 72a und 72b eines optischen Vier- Port-Zirkulators 72 (als optisches Signal S70) an die aktive optische Faser 73 geliefert. Die aktive optische Faser 73 wird durch die Pumplichtkomponente S68 des optischen Signals S70 angeregt und erzeugt durch Verstärken seiner optischen Signalkomponente S67 ein optisches Signal S71. Das optische Signal S71 erfährt ein Abschneiden der Pumplichtkomponente S68 durch ein optisches Filter 74 und eine ASE-Erzeugung in der aktiven optischen Faser 73 zusammen mit der Anregung durch die anregende Lichtkomponente S68, und ein optisches Signal S72, das sich aus der Extraktion einer verstärkten Komponente des optischen Signals S67 aus dem optischen Signal S71 ergibt, tritt an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 75 auf.
Der Arbeitsgang, um ein ankommendes optisches Signal zu verstärken, unterscheidet sich nicht von demjenigen, um ein abgehendes optisches Signal zu verstärken.
Das an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 75 empfangene Signal 561r wird durch die aktive optische Faser 73 über das optische Filter 74 (als ein optisches Signal S63r) verstärkt. Dieses verstärkte optische Signal S63r läuft durch die Ports 72b und 72c des optischen Zirkulators 72 und ein optisches Filter 68 (ein optisches Signal S67r). Das optische Signal S67r und das Pumplicht S64 von der Pumplichtquelle 66 werden von dem optischen Multiplexer 67 gemultiplext. Das sich ergebende gemultiplexte optische Signal S69r wird über die Ports 64a und 64b des optischen Zirkulators 64 an die aktive optische Faser 63 geliefert (ein optisches Signal S70r) . Die aktive optische Faser 63 wird durch die Pumplichtkomponente S64 des optischen Signals S70r angeregt und verstärkt die optische Signalkomponente S67r, um ein optisches Signal S71r zu erzeugen. Das optische Signal S71r wird an das optische Filter 62 geliefert, welches zusammen mit der Anregung durch die Pumplichtkomponente S64 die Pumplichtkomponente S64 und eine in der aktiven optischen Faser 63 erzeugte ASE abschneidet, aus dem optischen Signal S71r ein optisches Signal S72r extrahiert, welches sich aus der Verstärkung der optischen Signalkomponente S67r ergibt, und bewirkt, daß es an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 61 erscheint.
Die optischen Filter 62 und 74 an dieser Stelle, die gewöhnlich Schmalbandfilter sind, welche aus dielektrischen mehrschichtigen Folien bestehen, lassen die optischen Signale S72 und S72r durch, aber schneiden die Pumplichtkomponenten S64 bzw. S68 aus den optischen Signalen S71 bzw. S71r ab und haben bei den Wellenlängen der optischen Signale S72 (und S62) ebenso wie S71r (und S62r) relativ hohe Reflexionsvermögen. Wenn diese optischen Filter 62 und 74 daher direkt mit den Verstärkungseingangs- oder Ausgangsenden der aktiven optischen Fasern 63 und 73 verbunden sind, erfahren die optischen Signale S71 und S71r und die Pumplichter S64 und S68 an diesen Verbindungspunkten eine hohe Mehrfachreflexion. Diese Mehrfachreflexion unterzieht die optischen Signale S71 und S71r einer Oszillation und beträchtlicher Verzerrung und behindert dadurch die normale Übertragung von optischen Signalen durch diesen Zweiwegzwischenverstärker.
In diesem Zweiwegzwischenverstärker sind die optischen Zirkulatoren 64 und 74 jeweils Vier-Anschluß-Zirkulatoren, und ihre jeweiligen vierten Ports 64d und 72d sind jeweils durch optische Abschlußwiderstände 65 und 71 abgeschlossen. Ihre wesentlichen Bestandteile sind entweder direkt oder über optische Fasern optisch miteinander verbunden.
Wie oben festgestellt, verstärkt dieser Zweiwegzwischenverstärker mit der gleichen aktiven optischen Faser 63 gleichzeitig die optischen Signale S62 und S70r, die in gegenseitig entgegengesetzten Richtungen übertragen werden, und mit der aktiven optischen Faser 73 die optischen Signale S62r und S70. Daher ist es schwierig, die Verstärkungsgrade und die Ausgangspegel der ankommenden und abgehenden Signale, die gleichzeitig verstärkt werden, entsprechend den Anforderungen des optischen Nachrichtenübertragungssystems getrennt zu steuern.
Bezug nehmend auf Fig. 2 empfängt ein Zweiwegzwischenverstärker 101, der auf einem optischen Verstärker basiert, an einem Eingangs-/Ausgangsanschluß 1 ein abgehendes optisches Eingangssignal S1 mit 1,552 Mikrometer Wellenlänge, verstärkt ein aus dem optischen Signal S1 gewonnenes optisches Signal S7 mit einer mit Erbiumionen (Er) dotierten optischen Faser 11, und bewirkt, daß ein aus diesem verstärkten optischen Signal S8 gewonnenes optisches Signal S13 an einem anderen Eingangs-/Ausgangsanschluß 20 auftritt. Ferner empfängt dieser Zweiwegzwischenverstärker an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 20 ein ankommendes optisches Signal S1r mit 1,536 Mikrometer Wellenlänge, verstärkt ein aus dem optischen Signal S1r gewonnenes optisches Signal S7r mit der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 10 und bewirkt, daß ein aus diesem verstärkten optischen Signal S8r gewonnenes optisches Signal S13r an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 1 auftritt. Hier zeigt das Suffix r die ankommende Richtung der optischen Signale an.
Um zuerst den Betrieb zur Verstärkung und Verarbeitung abgehender optischer Signale zu beschreiben, empfängt dieser Zweiwegzwischenverstärker 101 an dem Eingangs-/ Ausgangsanschluß 1 das abgehende optische Signal S1 und liefert es an eine optische Verzweigungsschaltung 3, die einen optischen Richtungskoppler enthält. Die optische Verzweigungsschaltung 3 zweigt ein optisches Signal S2, das ein Teil des optischen Signals S1 ist, an einen optischen Leistungsmonitor 2 ab, der ein optisches Erfassungselement, wie etwa eine Photodiode, umfaßt, und liefert ein optisches Signal S3, das den überwiegenden restlichen Teil des optischen Signals S1 aufweist, an ein optisches Filter 5, das aus einer dielektrischen mehrschichtigen Folie oder ähnlichem besteht. Der optische Leistungsmonitor 2 wandelt das optische Signal S2 in ein elektrisches Signal um, um den Zustand des abgehenden optischen Eingangssignals S1, welches an diesen Zweiwegzwischenverstärker 101 geliefert wird, wie zum Beispiel den Pegel des optischen Signals S1, zu überwachen. Da das optische Filter 5 Licht des 1,55-Mikrometer-Bands einschließlich der Wellenlängen 1,536 und 1,552 Mikrometer durchläßt und Licht des 1,48-Mikrometer-Wellenlängenbands abschneidet, läuft das optische Signal S3 durch das optische Filter 5, um an einen optischen Multiplexer 6 geliefert zu werden (als optisches Signal S4). Dieses optische Signal S4 und ein Pumplicht S5 mit 1,48 Mikrometer Wellenlänge, das von einer Pumplichtquelle 7, einschließlich einem Laseroszillator erzeugt wird, werden von dem optischen Multiplexer 6 gemultiplext. Das sich ergebende gemultiplexte optische Signal S6 wird an einen Port 8b eines optischen Vier-Port- Zirkulators 8 geliefert und erscheint an seinem Port 8c (als optisches Signal S7).
Aus diesem optischen Signal S7 regt die Pumplichtkomponente S5 den elektronischen Zustand der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 11 in eine invertierte Verteilung an, und die optische Faser 11 verstärkt die optische Signalkomponente S4 in diesem angeregten Zustand. Ein verstärktes optisches Signal S8 von der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 11 wird an einen Port 13a eines optischen Vier-Port- Zirkulators 13 geliefert und erscheint an seinem Port 13b (als optisches Signal S9). Das optische Signal S9 läuft durch einen optischen Multiplexer 14 und wird an ein optisches Filter 16 geliefert (als optisches Signal S10). Der optische Multiplexer 14 multiplext das abgehende optische Signal S10, das weiter unten detaillierter beschrieben werden soll, und ein Pumplicht S5R mit 1,48 Mikrometer Wellenlänge, das eine mit Er-Ionen dotierte optische Faser 10 anregt. Das optische Filter 16 schneidet das Pumplicht S5 in dem optischen Signal S10 und eine in der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 11 auftretende ASE ab, extrahiert ein optisches Signal S11, das sich aus der Verstärkung der optischen Signalkomponente S4 ergibt, und bewirkt, daß es an einem Ausgangsanschluß erscheint. Dieses optische Signal S11 wird an eine optische Verzweigungsschaltung 18 geliefert. Die optische Verzweigungsschaltung 18 zweigt ein optisches Signal S12, das ein Teil des optischen Signals S11 ist, an einen optischen Leistungsmonitor 17 ab und bewirkt, daß der überwiegende restliche Teil des optischen Signals 11 als ein optisches Signal S13 an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 20 erscheint. Der optische Leistungsmonitor 17 wandelt das optische Signal S12 in ein elektrisches Signal um und überwacht den Betriebszustand dieses Zweiwegzwischenverstärkers 101 hinsichtlich abgehender optischer Eingangssignale, wie zum Beispiel den Pegel des abgehenden optischen Signals S13 (oder des optischen Signals S11).
Dieser Zweiwegzwischenverstärker 101, der die optischen Multiplexer 6 und 14, die optischen Verzweigungsschaltungen 3 und 18 und die optischen Filter 5 und 16 mit jeweils 1 dB Durchgangsdämpfung, die optischen Zirkulatoren 8 und 13 mit 2 dB Durchgangsdämpfung und die mit Er-Ionen dotierte optische Faser 10 mit 80% Konversionswirkungsgrad verwendet, verstärkt das optische Signal S1 mit -20 dBm in das optische Signal S13 mit +10 dBm, wenn der Pegel des Pumplichts S5 auf +20 dBm eingestellt wird.
In diesem Zweiwegzwischenverstärker 101 unterscheidet sich der Betrieb zur Verstärkung und Verarbeitung eines ankommenden optischen Signals nicht von demjenigen zur Verstärkung und Verarbeitung eines abgehenden optischen Signals.
Ein Teil eines ankommenden optischen Signals S1r wird durch die optische Verzweigungsschaltung 18 an einen optischen Leistungsmonitor 19 abgezweigt, und ein optisches Signal S3r, das der überwiegende restliche Teil des optischen Signals S1r ist, wird an das optische Filter 16 geliefert. Der optische Leistungsmonitor 19 überwacht den Zustand des in diesen Zweiwegzwischenverstärker eingetretenen ankommenden optischen Eingangssignals S1r, wie zum Beispiel seinen Pegel. Ein optisches Signal S3r läuft durch das optische Filter 16 (ein optisches Signal S4r), und dieses optische Signal S4r und ein Pumplicht S5R mit 1,48 Mikrometer Wellenlänge, das durch die Pumplichtquelle 15 erzeugt wird, werden von dem optischen Multiplexer 14 gemultiplext. Das sich ergebende gemultiplexte optische Signal S6r wird an den Port 13b des optischen Zirkulators 13 geliefert und erscheint an seinem Port 13c (ein optisches Signal S7r).
Die Pumplichtkomponente S5r dieses optischen Signals S7r regt den elektronischen Zustand der Er-Ionen in der aktiven optischen Faser 10 in eine invertierte Verteilung an, und die optische Faser 10 verstärkt die optische Signalkomponente S4r in diesem angeregten Zustand. Ein verstärktes optisches Signal S8r von der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 10 wird an den Port 8a des optischen Zirkulators 8 geliefert und erscheint an seinem Port 8b (ein optisches Signal S9r). Das optische Signal S9r wird über den optischen Multiplexer 6 an das optische Filter 5 geliefert (ein optisches Signal S10r). Das optische Filter 16 schneidet die Pumplichtkomponente S5R des optischen Signals S10r und eine in der mit Er-Ionen dotierten optischen Faser 10 erzeugte ASE ab, extrahiert ein optisches Signal S11r, das sich aus der Verstärkung der optischen Signalkomponente S4r ergibt, und bewirkt, daß es am Ausgangsanschluß erscheint. Dieses optische Signal S11r wird an die optische Verzweigungsschaltung 3 geliefert, und ein optisches Signal S12r, das ein Teil des optischen Signals S11r ist, wird an einen optischen Leitsungsmonitor 4 geliefert, während bewirkt wird, daß der überwiegende restliche Teil des optischen Signals S11r als ein ankommendes optisches Ausgangssignal S13r an dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 1 erscheint. Der optische Leistungsmonitor 4 überwacht den Betriebszustand dieses Zweiwegzwischenverstärkers 101 hinsichtlich der ankommenden optischen Eingangssignale&sub1; wie zum Beispiel den Pegel des ankommenden optischen Signals S11r. Die Überwachungsausgaben dieses Monitors 4 und der vorgenannten Monitoren 2, 17 und 19 werden verwendet, um von diesem Zweiwegzwischenverstärker 101 eine Wammeldung auszusenden und seine Pumpleistungsquellen 7 und 15 zu steuern (dementsprechend Steuern der Pegel der Anregungslichter S5 und S5r).
Da der Port 8d des optischen Vier-Port-Zirkulators 8 und der Port 13d des optischen Vier-Port-Zirkulators 13 in diesem Zweiwegzwischenverstärker 101 nicht aktiv zum Verstärkungsbetrieb durch diesen Verstärker 101 beitragen, werden sie abgeschlossen, indem jeweils optische Abschlußwiderstände 9 und 12 mit ihnen verbunden werden. Es gibt im Grunde keinen Unterschied in den Funktionen dieses Zweiwegzwischenverstärkers 101, wenn diese optischen Vier-Port-Zirkulatoren 8 und 13 durch Drei-Port-Zirkulatoren ersetzt werden, die jeweils keine Ports 8d und 13d haben.
Da beide Enden seiner mit Er-Ionen dotierten optischen Fasern 10 und 11 jeweils mit stark nichtreflektierenden optischen Zirkulatoren 8 und 13 verbunden sind, hat der Zweiwegzwischenverstärker 101 von Fig. 2 den Vorteil, daß die optischen Signale S7, S7r, S8 und S8r und die Anregungslichter S5 und S5R keiner Mehrfachreflexion unterzogen werden und die verstärkten optischen Signale S8 und S8r verzerrungsfrei sind. Somit zum Beispiel abgehende optische Signale aufgreifend, wird die reflektierte Komponente des abgehenden optischen Signals S9, die von dem optischen Multiplexer 14, dem optischen Filter 16 und der optischen Verzweigungsschaltung 18 reflektiert wird, da sie nach Zurücklaufen durch den optischen Multiplexer 14 von dem Port 13b des optischen Zirkulators 13 zu seinem Port 13c geht, aber nicht zu der optischen Faser 11 zurückkehrt, keiner Mehrfachreflexion unterzogen. Das gleiche gilt für ankommende optische Signale. Die optischen Fasern 10 und 11 verstärken das ankommende optische Signal S7r und das abgehende optische Signal S7 mit verschiedenen Verstärkungsmedien. Dementsprechend ermtglicht dieser Zweiwegzwischenverstärker 101, daß die Verstärkungen und die Sättigungsausgaben der ankommenden und abgehenden optischen Signale getrennt verändert werden, um die Anforderungen des optischen Nachrichtenübertragungssystems zu erfüllen, und liefert dadurch eine größere Flexibilität der Systemstruktur.
Während der Zweiwegzwischenverstärker 101 von Fig. 2 mit Er-Ionen dotierte optische Fasern als Verstärkungsmedien für optische Signale benutzt, ist es das allgemeine Prinzip, für die Wellenlänge der zu verstärkenden optischen Signale optische Fasern zu verwenden, die mit einem geeigneten Element der Seltenen Erden dotiert sind. Zum Beispiel werden zur Verstärkung optischer Signale im 1,3-Mikrometer-Wellenlängenband optische Fasern verwendet, die mit Praseodym (Pr) -Ionen oder mit Neodym (Nd) -Ionen dotiert sind.
Wenn, nun Bezug nehmend auf Fig. 3, ein unpolarisiertes optisches Signal S81 an dem Port 8a des optischen Vier-Port-Zirkulators 8, der Fachleuten wohlbekannt ist, eingegeben wird, tritt an seinem Port 8b ein ebenfalls unpolarisiertes optisches Signal S87 auf. In diesem optischen Zirkulator 8 erscheint, ähnlich wie oben festgestellt, ein an dem Port 8b eingegebenes optisches Signal an dem Port 8c, ein an dem Port 8c eingegebenes erscheint an dem Port 8d und ein an dem Port 8d eingegebenes erscheint an dem Port 8a und somit in einem Kreisprozeß in der alphabetischen Reihenfolge des Suffix.
Um den Betrieb dieses optischen Zirkulators 8 noch detaillierter zu beschreiben, wird das optische Signal S81, das auf den Port 8a (eine Seite eines Polarisationsstrahlteilers 82) einfällt, geteilt in ein optisches Signal S82 aus einem S-polarisierten Strahl (dessen Polarisationsrichtung senkrecht auf die Einfallsebene steht), der in dem Polarisationsstrahlteiler 82 in einem rechten Winkel abbiegt, und ein optisches Signal S88 aus einem P-polarisierten Strahl (dessen Polarisationsrichtung parallel zur Einfallsebene ist), der sich in dem Polarisationsstrahlteiler 82 geradeaus vorwärts bewegt. Das Signal S83 wird ferner von einem rechtwinkligen Prisma 81 reflektiert und an einen Faraday-Rotator 83 geliefert (ein Signal S84). Dieses Signal S84, dessen Polarisationsebene von dem Faraday-Rotator 83 um 45º in Vorwärtsrichtung gedreht wird, fällt auf einen Polarisationsebenenrotator 84 ein (ein Signal S85). Das Signal S85, dessen Polarisationsebene von dem Faraday-Rotator 83 umgekehrt um 45º gedreht wird, wird ein Signal S86 aus einem P-polarisierten Strahl an dem emittierenden Ende des Ploarisationsebenenrotators 84. Da das Signal S86 ein Signal aus einem P-polarisierten Strahl ist, bewegt es sich in einem Polarisationsstrahlteiler 85 geradeaus vorwärts, und alle seine Signalkomponenten erscheinen an dem Port 8b, jedoch keine an dem Port 8d. In der Zwischenzeit wird das Signal S88, das sich in dem Polarisationsstrahlteiler 82 geradeaus vorwärts bewegt hat, an den Faraday-Rotator 83 geliefert (ein Signal S89). Dieses Signal S89, dessen Polarisationsebene von dem Faraday-Rotator 83 in der gleichen Richtung wie das Signal S84 um 45º gedreht wird, läßt man auf den Polarisationsebenenrotator 84 einfallen (Signal S90). Das Signal S90, dessen Polarisationsebene von dem Polarisationsebenenrotator 84 um 45º gedreht wird, wird ein Signal S91 aus einem S-polarisierten Strahl an dem emittierenden Ende des Polarisationsebenenrotators 84. Das Signal S91 wird von einem rechtwinkligen Prisma 86 reflektiert, und man läßt es auf den Polarisationsstrahlteiler 85 einfallen (ein Signal S92). Da das Signal S92 ein Signal aus einem S-polarisierten Strahl ist, wird es von dem Polarisationsstrahlteiler 85 in einem rechten Winkel gedreht, und alle seine Signalkomponenten erscheinen an dem Fort 8b, aber keine an dem Fort 8d. Daher erscheinen alle Komponenten des unpolarisierten optischen Signals S81, die man auf den Port 8a einfallen ließ, an dem Port 8b als das Signal S87. Durch den gleichen Mechanismus wie oben bemerkt wird das an den Port 8c gelieferte optische Signal an den Port 8d ausgegeben.
Der Faraday-Rotator 83 dreht die Polarisationsebene jedes optischen Signals, das von der Seite des Polarisationsebenenrotators 84 einfällt, in die zur oben genannten entgegengesetzte Richtung. Daher werden von den Ports 8b und 8d einfallende optische Signale, nach Durchlaufen des Polarisationsstrahlteilers 85 und des rechtwinkligen Prismas 86 an das rechtwinklige Prisma 81 und den Polarisationsstrahlteiler 82 geliefert, ohne die Drehung ihrer Polarisationsebenen durch den Polarisationsebenenrotator 84 und den Faraday-Rotator 83 zu erfahren. Als Ergebnis wird ein an den Port 8b geliefertes optisches Signal an den Port 8c und ein an den Fort 8d geliefertes an den Fort 8a gesendet.
Bezug nehmend auf Fig. 4 hat ein hier dargestellter auf optischer Verstärkung basierender Zweiwegzwischenverstärker 102 anstelle der mit Er-Ionen dotierten optischen Fasern 10 und 11 der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform jeweils Halbleiterlasermodule 42 und 43 als Verstärkungsmedien für die optischen Signale S7 und S7r. Diese Halbleiterlasermodule 42 und 43 erfahren jeweils durch Stromquellen 41 und 44 eine Stromanregung, um die optischen Signale S7 und S7r zu verstärken. Daher wird in diesem Zweiwegzwischenverstärker 102 auf die Pumplichtquellen 7 und 15, die optischen Multiplexer 6 und 14 und die optischen Filter 5 und 16, die in dem Zweiwegzwischenverstärker 101 von Fig. 2 benötigt werden, verzichtet, und die optischen Signale S3 von der optischen Verzweigungsschaltung 3 und das optische Signal S3r von der optischen Verzweigungsschaltung 18 werden jeweils direkt in die optischen Zirkulatoren 8 und 13 eingebracht.
Das Halbleiterlasermodul 42 koppelt das ankommende optische Signal S7r mit einer optischen Faser 425 und koppelt ein optisches Signal von dieser optischen Faser 425 mit einer Linse 424 mit dem optischen Signaleingangsende eines Halbleiterlaserelements 423. Während das Halbleiterlaserelement 423 durch die Pumplichtquelle 41 angeregt wird, verstärkt es das eingegebene optische Signal S7r, um zu bewirken, daß es an einem optischen Signalausgangsende erscheint, und das optische Signal, das an diesem Ausgangsende erscheint, wird von einer optischen Faser 421 über eine Linse 422 als ein optisches Signal 58r geliefert. Das Halbleiterlasermodul 43 verstärkt wie das vorgenannte Modul 42 das abgehende optische Signal S7, um zu bewirken, daß ein optisches Signal S8 an dem optischen Signalausgangsende erscheint.
Dieser Zweiwegzwischenverstärker 102 von Fig. 4 hat, wenngleich er eine kleinere Verstärkung und Sättigungsausgabe als der Zweiwegzwischenverstärker 101 von Fig. 2 hat, die Vorteile einer einfachen Struktur und daß er einen kompakten Aufbau ermöglicht. In dem Halbleiterlasermodul 42 können die Linsen 422 und 424 jeweils mit den optischen Fasern 421 und 425 zusammengefügt sein. Durch geeignete Auswahl der Halbleiterlasermodule 43 und 42 kann dieser Zwischenverstärker 102 mit optischer Verstärkung in die Lage versetzt werden, die optischen Signale S1 und S1r mit Wellenlängen von 1,3 bzw. 1,5 Mikrometer zu verstärken.
Bezug nehmend auf Fig. 5 ist ein hier dargestelltes Zweiwegzwischenverstärkersystem mit optischen Fasern ein optisches Nachrichtenübertragungssystem, das zwei optische Sender-/Empfängereinheiten 51a und 51b mit dem gleichen Aufbau wie Datenstationen hat, und diese optischen Sender-/ Empfängereinheiten 51a und 51b sind mit optischen Fasern 52a bis 52e und optischen Zwischenverstärkern 101a bis 101d in Reihe geschaltet. Jeder der optischen Zwischenverstärker 101a bis 101d kann entweder der in Fig. 2 gezeigte Zweiwegzwischenverstärker 101 oder der in Fig. 4 gezeigte Zweiwegzwischenverstärker 102 sein. Wo sich der Zwischenstellenabstand in diesem optischen Zweiwegzwischenverstärkersystem von einem Zwischenstellenabschnitt zum anderen unterscheidet (d.h. die Längen der optischen Fasern 52a bis 52e unterscheiden sich voneinander), ist es wünschenswert, die Ausgangspegel der ankommenden und abgehenden optischen Signale für jeden der optischen Zwischenverstärker 101a bis 101d entsprechend dem jeweiligen Zwischenstellenabstand geeignet einzustellen, und die Verwendung der Zweiwegzwischenverstärker 101 und 102 dient dem Zweck dieses Systems.
In der optischen Sender-/Empfängereinheit 51a wandelt eine Sendeschaltung 511 Sendedaten in ein für optische Signalübertragung geeignet kodiertes Sendesignal um, und ein optischer Sender 512 wandelt dieses kodierte Sendesignal in ein optisches Signal mit 1,552 Mikrometer Wellenlänge um. Dieses optische Signal wird von einem optischen Empfänger 514 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das in der gleichen Form wie das Sendesignal kodiert ist. Eine Empfangsschaltung 515 erzeugt Empfangsdaten aus diesem elektrischen Signal.
Die optische Sender-/Empfängereinheit Slb, die im wesentlichen den gleichen Betrieb wie die optische Sender-/ Empfängereinheit 51a durchführt, empfängt ein abgehendes optisches Signal mit 1,552 Mikrometer Wellenlänge von der optischen Faser 523 und sendet ein ankommendes optisches Signal mit 1,536 Mikrometer Wellenlänge an die optische Faser 52e.
Wie weiter oben beschrieben, wird der Zweiwegzwischenverstärker mit optischer Verstärkung (101 oder 102) gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Verstärkungsmedium für abgehende optische Signale (die mit Er-Ionen dotierte optische Faser 11 oder das Halbleiterlasermodul 43) und einem Verstärkungsmedium für ankommende optische Signale (die mit Er-Ionen dotierte optische Faser 10 oder das Halbleiterlasermodul 43) ausgestattet und bewerkstelligt die Trennung und das Multiplexen dieser ankommenden und abgehenden optischen Signale, wobei der erste optische Zirkulator 8 mit dem Eingangsende des Verstärkungsmediums für abgehende optische Signale und mit dem Ausgangsende des Verstärkungsmediums für ankommende optische Signale verbunden ist und wobei der zweite optische Zirkulator 13 mit dem Ausgangsende des Verstärkungsmediums für abgehende optische Signale und mit dem Eingangsende des Verstärkungsmediums für ankommende optische Signale verbunden ist. Daher kann die Reflexion von optischen Signalen und von Pumplicht verringert werden, um dadurch die Verschlechterung von optischen Signalen während ihrer Ubertragung aufgrund von Oszillation oder Verzerrung zu beseitigen.
Da der erfindungsgemäße Zweiwegzwischenverstärker des weiteren getrennte Verstärkungsmedien für abgehende und ankommende optische Signale hat, ermöglicht er, daß die Verstärkungsparameter von optischen Signalen, wie zum Beispiel der Verstärkungsgrad und die Sättigungsausgabe, für die abgehenden und ankommenden optischen Signale getrennt gesteuert werden können, und folglich ist er für die Anwendung in optischen Zweiweg-Nachrichtensystemen geeignet.

Claims

1. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung, die ausgestattet ist mit:

ersten und zweiten optischen Zirkulatoreinrichtungen (8, 13), von denen jede mindestens mit ersten, zweiten und dritten Ports (8a,8b,8c, 13a,13b,13c) ausgestattet ist, in denen Licht nacheinander von dem ersten Port zum zweiten, dritten und wieder zum ersten Port in dieser Richtung umläuft;

einer ersten optischen 5 ignalübertragungseinrichtung zum Liefern eines ersten optischen Signals von einem ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) an den zweiten Port (8b) der ersten Zirkulatoreinrichtung (8),

einer ersten Verstärkungsmediumeinrichtung (11) zum Verstärken des ersten optischen Signals, das an dem dritten Port (8c) der ersten Zirkulatoreinrichtung (8) auftritt, und Liefern des verstärkten Signals an den ersten Port (13a) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (13);

einer ersten Anregungseinrichtung (7) zum Anregen der ersten Verstärkungsmediumeinrichtung (11);

einer zweiten optischen Signalübertragungseinrichtung zum Liefern des zweiten optischen Signals von einem zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (20) an den zweiten Port (13b) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (13); und

einer zweiten Anregungseinrichtung (15) zum Anregen der zweiten Verstärkungsmediumeinrichtung (10);

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste optische übertragungseinrichtung ferner geeignet ist, ein verstärktes zweites optisches Signal, das an dem zweiten Port (8b) auftritt, an den ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) zu liefern;

die zweite optische übertragungseinrichtung ferner geeignet ist, das verstärkte erste optische Signal, das an dem zweiten Port (13b) auftritt, an den ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) zu liefern; und

eine zweite Verstärkungsmediumeinrichtung (10) vorgesehen ist, um das zweite optische Signal, das an dem dritten Port (13c) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (13) auftritt, zu verstärken und das verstärkte Signal an den ersten Port (8a) der ersten Zirkulatoreinrichtung (8) zu liefern.

2. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge des ersten optischen Signals und diejenige des zweiten optischen Signals sich voneinander unterscheiden.

3. Zweiwegzwischenverstärker mit optischer Verstärkung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und zweite optische Zirkulatoreinrichtung (8, 13) optische Drei-Port-Zirkulatoreinrichtungen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der ersten und zweiten optischen Zirkulatoreinrichtungen (8, 13) eine ferner mit einem vierten Port versehene Drei-Port-Zirkulatoreinrichtung ist, in der Licht nacheinander von dem ersten Port zum zweiten, dritten, vierten und wieder zum ersten Port in dieser Richtung umläuft, und die eine optische Abschlußeinrichtung (9, 12) zum Abschließen des vierten Ports aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei

die ersten und zweiten Verstärkungsmediumeinrichtungen (11, 10) jeweils erste und zweite mit Elementen der Seltenen Erden dotierte optische Fasereinrichtungen sind und

die ersten und zweiten Anregungseinrichtungen (7, 15) jeweils optisch mit den ersten und zweiten mit Elementen der Seltenen Erden dotierten optischen Fasereinrichtungen verbunden sind, und erste und zweite Pumplichtliefereinrichtungen zum Liefern von erstem und zweitem Pumplicht jeweils an die erste bzw. zweite Verstärkungsmediumeinrichtung (11, 10) sind.

6. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung nach Anspruch 5, wobei die ersten und zweiten mit Elementen der Seltenen Erden dotierten optischen Fasereinrichtungen jeweils erste und zweite mit Erbium-Ionen dotierte optische Fasereinrichtungen sind.

7. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Pumplichtliefereinrichtungen jeweils erste und zweite Halbleiterlaseroszillatoren sind.

8. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste optische Signalübertragungseinrichtung aufweist:

eine mit dem ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) verbundene erste optische Filtereinrichtung (5) zum Durchlassen der ersten und zweiten optischen Signale und Verhindern des Durchgangs von dem ersten Anregungslicht; und

eine erste optische Multiplexereinrichtung (6), die zwischen der ersten optischen Filtereinrichtung (5) und dem zweiten Port (8b) der ersten Zirkulatoreinrichtung (8) eingefügt ist, um das erste optische Signal von der ersten optischen Filtereinrichtung (5) und das erste Anregungslicht von der Pumplichtquelle (7) zu multiplexen und das gemultiplexe Signal an den zweiten Port (8b) der ersten Zirkulatoreinrichtung (8) zu liefern; und

wobei die zweite optische Signalübertragungseinrichtung aufweist:

eine mit dem zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (20) verbundene zweite optische Filtereinrichtung (16) zum Durchlassen der ersten und zweiten optischen Signale und Verhindern des Durchgangs des zweiten Anregungslichts; und

eine zweite optische Multiplexereinrichtung (14), die zwischen der zweiten optischen Filtereinrichtung (16) und dem zweiten Port (13b) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (13) eingefügt ist, um das zweite optische Signal von der zweiten optischen Filtereinrichtung (16) und das zweite Pumplicht von der zweiten Pumplichtquelle (15) zu multiplexen und das gemultiplexe Signal an den zweiten Port (13b) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (13) zu liefern.

9. Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung mit optischer Verstärkung nach Anspruch 8, wobei:

die erste optische Signalübertragungseinrichtung zwischen den ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) und die erste optische Filtereinrichtung (5) eingefügt ist und ferner erste Überwachungseinrichtungen (2, 3, 4) zum überwachen der ersten und zweiten optischen Signale umfaßt und

die zweite optische Signalübertragungseinrichtung zwischen den zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (20) und die zweite optische Filtereinrichtung (16) eingefügt ist und ferner zweite Überwachungseinrichtungen (17, 18, 19) zum Überwachen der ersten und zweiten optischen Signale umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei

die ersten und zweiten Verstärkungsmediumeinrichtungen (11, 10) erste bzw. zweite Halbleiterlaserverstärkungseinrichtungen (42, 43) sind und

die ersten und zweiten Anregungseinrichtungen (7, 15) erste bzw. zweite Stromanregungseinrichtungen (41, 44) zum jeweiligen Strom-Anregen der ersten bzw. zweiten Halbleiterlaserverstärkungseinrichtungen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei:

die erste optische Signalübertragungseinrichtung zwischen den ersten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (1) und den zweiten Port (8b) der ersten optischen Zirkulatoreinrichtung (8) eingefügt ist und ferner erste Überwachungseinrichtungen (2, 3, 4) zum Überwachen der ersten und zweiten optischen Signale umfaßt und

die zweite optische Signalübertragungseinrichtung zwischen den zweiten Signaleingangs-/Ausgangsanschluß (20) und den zweiten Port (13b) der zweiten optischen Zirkulatoreinrichtung (13) eingefügt ist und ferner zweite Überwachungseinrichtungen (17, 18, 19) zum Überwachen der ersten und zweiten optischen Signale umfaßt.

12. Optisches übertragungssystem, das ausgestattet ist mit:

einer ersten optischen Sender-/Empfängerschaltungseinrichtung (51a) zum Erzeugen eines ersten optischen Signals an einem ersten optischen Signaleingangs-/Ausgangsanschluß und Empfangen eines zweiten optischen Signals an dem ersten optischen Signaleingangs-/Ausgangsanschluß;

einer zweiten optischen Sender-/Empfängerschaltungseinrichtung (51b) zum Empfangen des ersten optischen Signals an einem zweiten optischen Signaleingangs-/Ausgangsanschluß und Erzeugen des zweiten optischen Signals an dem zweiten optischen Signaleingangs-/Ausgangsanschluß; und

mindestens einer Zweiwegzwischenverstärkervorrichtung (101a,101b,101c,101d) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die über eine optische Faser (52a bis 52e) zwischen die erste und zweite optische Signaleingangs-/Ausgangseinrichtung in Reihe geschaltet sind.