DE69603935T2

DE69603935T2 - Optischer Verstärker mit stabilisierter Verstärkung

Info

Publication number: DE69603935T2
Application number: DE69603935T
Authority: DE
Inventors: Kevin Christopher Byron; Kate Sugden
Original assignee: Nortel Networks Corp
Current assignee: Nortel Networks Corp
Priority date: 1995-12-16
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: DE69603935D1; US5872649A; EP0779689B1; EP0779689A3; GB2308222A; GB2308222B; GB9525766D0; EP0779689A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Verstärker.
Eine Veröffentlichung von E. Delavaque et al. mit dem Titel 'Gain Control in Erbium-Doped Fibre Amplifiers by Lasing at 1480 mn with photo induced Bragg Gratings Written on Fibre Ends', Electronic Letters 10, Juni 1993, Band 29, Nr. 12, Seiten 11, 12-4 beschreibt, wie die von einem optischen Verstärker erbrachte Verstärkung dadurch gesteuert werden kann, daß dessen optisch verstärkendes Medium mit einer wellenlängenselektiven Rückführung versehen wird, die ausreicht, um zu bewirken, daß der Verstärker bei irgendeiner vorgegebenen Wellenlänge in einen Laserzustand gebracht wird, wobei die vorgegebene Wellenlänge von dem Wellenband getrennt ist, in dem der Verstärker als Verstärker arbeiten soll.
Eine Folge dieser Art von Verstärkungssteuerung besteht darin, daß das von dem Verstärker gelieferte verstärkte Ausgangssignal von einer von dem Verstärker erzeugten Laseremission begleitet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft die Ableitung dieser Emission aus dem Ausgangssignalpfad in einer derartigen Weise, die es ermöglicht, daß diese Ableitung zur Durchführung einer zusätzlichen Funktion verwendet werden kann. So kann die abgeleitete Laseremission einem optischen Modulator zugeführt werden, beispielsweise zur Erzeugung eines Überwachungssignals, das dann mit dem verstärkten Ausgangssignal für eine Vorwärtsübertragung multiplexiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Ableitung in einer derartigen Weise bewirkt werden, die eine relativ einfache Einstellung der Größe der Rückführung auf einen bevorzugten Wert ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verstärkung eines optischen Signals unter Verwendung eines optischen Verstärkers geschaffen, der ein zwischen einem Signaleingang und einem Signalausgang hiervon eingefügtes optisch verstärkendes Medium aufweist, das mit einer wellenlängenselektiven optischen Rückführung bei einer Wellenlänge versehen ist, die von der irgendeines Teils des optischen Signals verschieden ist, und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der von der Rückführung erzeugten Laserleistung von dem Signalausgang des Verstärkers durch eine Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguration abgeleitet wird, die erste und zweite Interferenzzweige aufweist, in denen jeweils ein retroreflektierender Bragg-Reflektor angeordnet ist, der selektiv bei der Rückführungswellenlänge reflektiert.
Die Erfindung ergibt weiterhin einen optischen Verstärker mit einem optisch verstärkenden Medium, das mit wellenlängenselektiven optischen Rückführungseinrichtungen versehen ist, um eine Laseremission bei einer vorgegebenen Wellenlänge zu schaffen, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß er optisch in Serie mit dem optisch verstärkenden Medium eine Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguration mit ersten und zweiten Interferenzzweigen aufweist, in denen jeweils ein retroreflektierender Bragg-Reflektor angeordnet ist, der selektiv bei der vorgegebenen Wellenlänge reflektiert.
Es folgt eine Beschreibung von optischen Verstärkern und deren Betriebsweise, die die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen verwirklichen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von zwei alternativen optischen Verstärkern sind, die beide die vorliegende Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen verwirklichen.
Gemäß Fig. 1 schließt ein optischer Verstärker, der mit einem Eingangsanschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 2 versehen ist, einen Längenabschnitt eines optisch verstärkenden Mediums 3 ein, typischerweise einen Längenabschnitt eines mit Erbium do tierten Lichtwellenleiters, der ein Lichtleitfaser-Wellenleiter sein kann. Dieses optisch verstärkende Medium ist mit einer wellenlängenselektiven Rückführung versehen, die typischerweise durch zwei retroreflektierende optische Bragg-Gitter-Wellenleiterreflektoren 4, 5 gebildet sind, die selektiv bei einer Wellenlänge λf reflektieren, die in dem Verstärkungs-Wellenband des Verstärkungsmediums 3 liegt, so daß das Verstärkungsmedium bei dieser Wellenlänge in einen Laserzustand gelangt. Das Signal (Verkehr), das dem Eingangsanschluß 1 zur Verstärkung in dem Verstärker zugeführt wird, liegt innerhalb eines Wellenbandes λt. Dieses Signal schließt keine Komponente bei der Laserwellenlänge λf ein. Für einen Erbium-Verstärker kann λf typischerweise 1520 nm betragen, während λt sich typischerweise von 1530 bis 1550 nm erstrecken kann. Ein Erbium-Verstärker erfordert ein optisches Pumpen, und dieses ist so dargestellt, als ob es von einer Pumpe 6 geliefert wird, die bei einer Wellenlänge λp emittiert und deren Emission dem Verstärkungsmedium mit Hilfe eines wellenlängenmultiplexierenden Kopplers 7 zugeführt wird. Aus Gründen einer bequemen Darstellung wurde dieses optische Pumpen als gegensinniges Pumpen dargestellt, das außerhalb des optischen Hohlraumes angewandt wird, der durch die Reflektoren 4 und 5 definiert ist. Das Pumpen kann alternativ ein gleichsinniges Pumpen oder eine Kombination sowohl von einem gegensinnigen Pumpen als auch einem gleichsinnigen Pumpen sein, und ein derartiges Pumpen kann alternativ innerhalb des Hohlraumes eingesetzt werden.
Hinter dem Verstärkungsmedium 3 und dessen den optischen Hohlraum definierenden Reflektoren 4 und 5 ist eine optische Mach- Zehnder-Wellenlängenkonfiguration angeordnet, die durch zwei 3dB-Monomoden-Wellenleiterkoppler 8 und 9 gebildet ist, die über zwei Monomoden-Wellenleiter 10 und 11 miteinander verbunden sind, die die beiden Interferenzzweige der Mach-Zehnder-Anordnung bilden. Die beiden Interferenzzweige sind mit einem angepaßten Paar von retroreflektierenden optischen Bragg-Gitter- Wellenleiterreflektoren 12, 13 versehen, die selektiv bei der Laserwellenlänge λf reflektieren. Wenn diese beiden Gitter den gleichen Abstand von dem 3dB-Koppler 8 haben, so wird Licht mit der Wellenlänge λf, das in die Mach-Zehnder-Anordnung von dem Verstärkungsmedium 3 eingestrahlt wird, in den beiden Interferenzzweigen 10, 11 reflektiert, um aus dem 3dB-Koppler 8 über dessen anderen Anschluß auszutreten, der mit einem optischen Modulator 14 verbunden ist. Dies tritt ebenfalls ein, wenn sich die Abstände der Reflektoren 12, 13 um einen Betrag unterscheiden, der einer Phasendifferenz von rar entspricht, worin n eine positive ganze Zahl ist. In ähnlicher Weise tritt, wenn die beiden Interferenzzweige 10, 11 eine gleiche optische Pfadstrecke aufweisen, Licht in dem Wellenband λt, das in die Mach-Zehnder-Anordnung von dem Verstärkungsmedium 3 aus eingestrahlt wird, aus dem 3dB-Koppler 9 über den mit dem Ausgangsanschluß 2 über einen wellenlängenmultiplexierenden Koppler 15 gekoppelten Anschluß aus. Dies tritt ebenfalls dann ein, wenn die optischen Pfadstrecken der Interferenzzweige 10, 11 sich um einen Betrag unterscheiden, der einer Phasendifferenz von 2nπ entspricht, worin n eine positive ganze Zahl ist. In diesem Fall ist jedoch die Erzielung der korrekten Phasenbeziehung innerhalb einer von Null abweichenden Pfaddifferenz schwieriger zu erzielen, wenn das Signal innerhalb des Wellenbandes λt eine Anzahl von unterschiedlichen Wellenlängen enthält.
Die erforderlichen Phasenbeziehungen werden mit Hilfe von zwei optischen Pfadlängenabgleich-Einstelleinrichtungen 16 und 17 erreicht. Diese können durch Bereiche des Wellenleiters gebildet sein, in denen der effektive Brechungsindex unter Verwendung des photorefraktiven Effektes geändert werden kann, der durch die Bestrahlung mit einer hohen Flußdichte von ultraviolettem Licht erzeugt wird.
In diesem Beispiel des optischen Verstärkers wurde die Mach- Zehnder-Anordnung nicht nur zur Ableitung der Laseremission bei λf von dem Ausgang des Verstärkers verwendet, sondern auch zur Verwendung der abgeleiteten Leistung für einen Hilfssignalisierungszweck, wie z. B. die Erzeugung eines Überwachungssignals, indem diese Leistung durch einen Modulator geleitet und dann mit dem Eingang des Verstärkers erneut multiplexiert wird.
Die Bauteile des Verstärkers, der nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird, sind die gleichen, wie die des Verstärkers nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Bragg-Reflektor 5 fortgelassen wurde. Zusätzlich wird die optische Pfadlängenabgleich-Einstelleinrichtung 17 so abgeglichen, daß eine Differenzphasenbeziehung erzeugt wird, und eine daraus folgende Änderung wird an dem Wert der optischen Pfadlänge durchgeführt, die von der Abgleich-Einstelleinrichtung 16 erzeugt wird.
Der Bragg-Reflektor 5 wurde fortgelassen, und die Rückführung, die dieser Reflektor in dem Verstärker nach Fig. 1 ergab, wird in Fig. 2 durch die Mach-Zehnder-Anordnung erreicht. Zu diesem Zweck muß der Wert des optischen Pfadlängenabgleichs, der von der Einstelleinrichtung 17 geliefert wird, derart sein, daß sich die beiden Bragg-Gitter 12 und 13 in ihrer optischen Pfadlänge von dem 3db-Koppler 8 um einen von Null abweichenden Betrag unterscheiden, der einer Phasendifferenz von (n+&epsi;)π entspricht, worin n Null oder eine positive ganze Zahl und 0< &epsi;< 1 ist. Unter diesen Bedingungen wird das Licht mit der Wellenlänge λf, das in die Mach-Zehnder-Anordnung abgestrahlt wird, in den beiden Interferenzzweigen reflektiert, doch tritt nicht das gesamte reflektierte Licht aus dem 3dB-Koppler 8 über dessen mit dem Modulator 14 verbundenen Anschluß aus, sondern ein Teil hiervon tritt über den Anschluß aus, in den es ursprünglich eingetreten ist, so daß sich eine optische Rückführung ergibt. Die Größe dieser Rückführung hängt von dem Wert von &epsi; ab und nähert sich Null, wenn sich &epsi; dem Wert von Null nähert, während sie sich 100% nähert, wenn sich &epsi; dem Wert von 1 nähert.
Es ist somit zu erkennen, daß die Einstellung der optischen Pfadstrecke, die von der Abgleich-Einstelleinrichtung 17 geliefert wird, eine wesentlich einfachere Möglichkeit der Einstellung des Wertes von Q des Laserhohlraumes ergibt, als durch dessen Einstellung durch Ersetzen eines der Bragg-Reflektoren 4 oder 5 des Verstärkers nach Fig. 1 durch einen Bragg-Reflektor mit einer anderen Reflektivität.
Sobald die Abgleich-Einstelleinrichtung 17 auf den erforderlichen Wert eingestellt wurde, muß dann die Einstelleinrichtung 16 auf ihren erforderlichen Wert eingestellt werden, um die an dem 3dB-Koppler 9 erforderliche Phasenbeziehung wieder herzustellen, wobei dies die gleiche erforderliche Beziehung ist, wie sie weiter oben bezüglich des 3dB-Kopplers 9 des Verstärkers nach Fig. 1 beschrieben wurde.
Bei diesem Verstärker wird wie im Fall des Verstärkers nach Fig. 1 die Laseremission bei λf, die durch die Mach-Zehnder- Anordnung von dem Ausgang des Verstärkers abgeleitet wird, optional einer Verwendung zur Erzeugung eines Hilfssignals unter Verwendung eines Modulators 14 zugeführt, wobei diese Emission dann auf den Ausgang des Verstärkers mit Hilfe eines wellenlängenmultiplexierenden Kopplers 15 zurückmultiplexiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Verstärkung eines optischen Signals unter Verwendung eines optischen Verstärkers, der ein zwischen einem Signaleingang (1) und einem Signalausgang (2) hiervon eingefügtes optisch verstärkendes Medium (3) aufweist, das mit einer wellenlängenselektiven optischen Rückführung (4, 5) bei einer von jedem Teil des optischen Signals abweichenden Wellenlänge derart versehen ist, daß eine Laseremission bei dieser Rückführungswellenlänge geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der durch die Rückführung erzeugten Laserleistung von dem Signalausgang des Verstärkers von einer Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguration mit ersten und zweiten Interferenzzweigen (10,11) abgeleitet wird, in denen jeweils ein retroreflektierender Bragg-Reflektor (12, 13) angeordnet ist, der selektiv bei der Rückführungswellenlänge reflektiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die abgeleitete Laserleistung einem optischen Modulator (14) zugeführt wird, um ein Hilfssignal zu schaffen, das mit dem Ausgang des Verstärkers multiplexiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Teil der wellenlängenselektiven optischen Rückführung für das optisch verstärkende Medium von der Mach-Zehnder- Wellenleiterkonfiguration geliefert wird.

4. Optischer Verstärker mit einem optisch verstärkenden Medium (3), das mit wellenlängenselektiven optischen Rückführungseinrichtungen (4, 5) versehen ist, um eine Laseremission bei einer vorgegebenen Wellenlänge zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker optisch in Serie mit dem optisch verstärkenden Medium eine Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguation mit ersten und zweiten Interferenzzweigen (10,11) aufweist, in denen jeweils ein retroreflektierender Bragg- Reflektor (12, 13) angeordnet ist, der bei der vorgegebenen Wellenlänge selektiv reflektiert.

5. Optischer Verstärker nach Anspruch 4, bei dem der Eingang eines optischen Modulators (14) optisch mit der Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguration gekoppelt ist, um von den Bragg-Reflektoren reflektiertes Licht zu empfangen.

6. Optischer Verstärker nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Mach-Zehnder-Wellenleiterkonfiguration einen Teil der wellenlängenselektiven optischen Rückführungseinrichtung des optisch verstärkenden Mediums bildet.