DE69830145T2

DE69830145T2 - Faseroptischer verstärker mit variabler verstärkung

Info

Publication number: DE69830145T2
Application number: DE69830145T
Authority: DE
Inventors: Dag Bonnedal; Johan Sandell; Magnus Sundelin
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2018-02-14
Also published as: JP2001511975A; KR20000070817A; SE509968C2; TW366632B; WO1998036513A1; AU737550B2; CA2280962A1; CN1135751C; JP3992749B2; DE69830145D1; BR9807355A; KR100343346B1; MY119518A; EP0960491A1; EP0960491B1; ATE295641T1; CN1247655A; SE9700533L; US6421169B1; SE9700533D0

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen faseroptischen Verstärker mit variabler Verstärkung, der besonders in einem WDM-Netz eingesetzt wird, und ebenfalls ein WDM-Netz und ein Verfahren zum Verstärken von WDM-Lichtsignalen.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Faseroptische Verstärker weisen große Vorteile in Systemen mit optischer Wellenlängen-Multiplexübertragung (WDM-Systemen) auf, da sie gleichzeitig mehrere WDM-Kanäle verstärken können.
Derartige Verstärker funktionieren normalerweise unter einer gesättigten Bedingung, was bedeutet, dass sie eine annähernd konstante Ausgangsleistung aufweisen, die unabhängig von der Eingangsleistung ist. Dies bedeutet ferner, dass die Verstärkung des Verstärkers umgekehrt proportional zur Eingangsleistung ist. Dies ist in den meisten Übertragungssystemen ein Vorteil, da an einem Übertragungsweg entlang angebrachte Verstärker ihre Verstärkung dann automatisch anpassen, um den Verlusten zwischen den Verstärkern zu entsprechen.
Für WDM-Systeme besteht ein Problem hinsichtlich eines derartigen Verstärkerbetriebs. Die Spektralabhängigkeit des Verstärkers hängt von der Besetzungsumkehr vom Verstärkungsmittel ab. Eine zunehmende Umkehr schaltet die Verstärkung zu kürzeren Wellenlängen um und es ergibt sich eine Verstärkungsneigung. Die Verstärkung im gesättigten Verstärker hängt ebenfalls vom Grad der Besetzungsumkehr ab. Dies bedeutet, dass die relative Verstärkung zwischen den verschiedenen WDM-Kanälen direkt von der Verstärkung des Verstärkers abhängt. Verstärkungsschwankungen bewirken direkt ein Ungleichgewicht der Verstärkung zwischen den Kanälen und dies führt zu verschiedenen Signal-zu-Rausch-Verhältnissen, SNR, am Empfänger. Der Kanal mit dem niedrigsten SNR setzt die Grenze für die Leistung des gesamten Systems.
Normalerweise ist ein Verstärker für eine bestimmte Anwendung dimensioniert, das heißt der Eingangsleistungspegel und die Verstärkung. Wenn das System installiert ist und in Betrieb genommen wird, müssen die Leistungspegel mit dem Einsatz von Dämpfungsgliedern angepasst werden. Das verbleibende Verstärkungsungleichgewicht muss vom System innerhalb der zulässigen Leistungsgrenzen gehandhabt werden. Das ganze System muss für den ungünstigsten Fall dimensioniert sein, in dem Dämpfungen maximal in den Übertragungswegen zwischen jedem Verstärker sind, obwohl die meisten der Dämpfungen in der tatsächlichen Installation merklich niedriger sein können. Die Gesamtkapazität des Übertragungssystems ist somit deutlich niedriger, als es potentiell hätte sein können.
Es wurden ebenfalls Verfahren zur Bereitstellung einer Verstärkung mit gleicher Ausgangsleistung für die verschiedenen WDM-Kanäle angeboten. Das optische WDM-Spektrum kann demultiplexiert, die individuelle Kanalleistung mit einem Satz gesättigter Verstärker eingepegelt und letztlich erneut multiplexiert werden, siehe US-Patentschriften 5,452,116 und 5,392,154. Die aktive Faser kann auf kryogene Temperaturen abgekühlt werden, was zu dem Effekt führt, dass die Verstärkung an jeder Wellenlänge individuell gesättigt ist, das so genannte Spektrale Lochbrennen, siehe US-Patentschrift 5,345,332. Ein Wellenlängen-abstimmbarer Filter mit einem geeigneten Merkmal kann die Änderungen teilweise ausgleichen, siehe den Artikel von R. A. Betts et al., „Split-beam Fourier filter and its application in a gainflattened EDFA", Optische Faserkommunikations-Konferenz, TuP4, San Diego, 1995. In besonders vorbereiteten aktiven Fasern wurde gezeigt, dass die Spektraländerungen eine reduzierte Verstärkungsabhängigkeit aufweisen, siehe J. Nilsson, Y. W. Lee und W. H. Choe, „Erbium doped fibre amplifier with dynamic gain flatness for WDM", Electron. Lett., Band 31, Seiten 1578–1579, 1995.
Diese älteren Verfahren scheinen kostspielig oder aufwendig zu sein oder eine niedrige Leistung aufzuweisen.
Die Patentanmeldung WO 97/50157 offenbart eine zweistufige optische Verstärkungseinheit, die einen ersten optischen Faserverstärker, einen zweiten optischen Faserverstärker und ein Dämpfungsglied, das zwischen den beiden Verstärkern verbunden ist, umfasst. Die Einheit ist dazu bestimmt, das Problem der dynamischen Verstärkungsneigung in optisch verstärkten Übertragungssystemen zu umgehen.
Die Patentanmeldung JP 08 24 84 55 offenbart einen optischen Verstärker für WDM-Systeme, wobei der Verstärker eine zweistufige Konfiguration aufweist, die eine Wellenlängenabhängigkeit von der Verstärkung des Verstärkers verhindert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen faseroptischen Verstärker bereitzustellen, der eine variable Gesamtverstärkung und eine konstante Spektralabhängigkeit in einem optischen Übertragungsband aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen faseroptischen Verstärker bereitzustellen, der eine konstante Spektralabhängigkeit für eine variierende Leistung vom Eingangslicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verstärken eingehender Wellenlängenmultiplexlichtsignale bereit zu stellen, so dass die Signale verstärkt sind, um dort verstärkte Lichtsignale zu erzeugen, wo die Verstärkung für die verschiedenen Signale eine konstante Spektralabhängigkeit für eine variierende Leistung des gesamten eingehenden Lichts und für eine variable Gesamtverstärkung aufweist.
Das durch die Erfindung gelöste Problem ist folgendermaßen das, wie ein optischer Verstärker mit einer guten Leistung aufgebaut wird, der zum Beispiel bessere Signal-zu-Rausch-Verhältnisse für höhere Eingangssignale als für niedrige Signale aufweist, und der unter rationalen Kosten gebaut werden kann.
Folgendermaßen ist ein optischer Verstärker bereit gestellt, der eine konstante Spektralabhängigkeit im optischen Übertragungsband eines WDM-Systems aufweist, während die Gesamtverstärkung des Verstärkers geändert werden kann, ohne die Rauschzahl oder die Ausgangsleistung des Verstärkers zu verschlechtern. Die verbleibenden Spektralverstärkungsdifferenzen können mit einem festen Spektralfilter ausgeglichen werden, sofern dies beispielsweise für ein WDM-System gefordert wird. Der Betrieb des Verstärkers beruht auf der Betrachtung, dass eine Verstärkungsneigung in einer Verstärkerstufe in einem zweistufigen faseroptischen Verstärker durch eine entsprechende Verstärkungsneigung korrigiert werden kann, die ein umgekehrtes Zeichen in einer anderen Verstärkerstufe aufweist. Der Verstärker kann folgendermaßen wie ein zweistufiger Verstärker gestaltet werden, in dem die erste Verstärkerstufe wie eine Vorverstärkerstufe in einem mehr oder weniger gesättigten Zustand wirkt. Die zweite Stufe vom Verstärker wirkt wie eine Leistungs- oder Boosterverstärkerstufe in einem vollkommen gesättigten Zustand mit einer beinahe konstanten Ausgangsleistung. Die Verstärkung der zweiten Stufe wird angepasst, indem die Leistungsaufnahme zu dieser Stufe angepasst wird, um eine Verstärkungsneigung zu erzeugen, die eine gleiche Größe und ein umgekehrtes Zeichen im Vergleich zur Verstärkungsneigung von der Vorverstärkerstufe aufweist.
Die Anpassung der Eingangsleistung von der zweiten Stufe ist vorzugsweise erreicht, indem ein steuerbares optisches Dämpfungsglied angeordnet wird, das zwischen den beiden Verstärkerstufen angebracht ist. Dieses Dämpfungsglied kann entweder manuell oder automatisch gesteuert sein. Ein automatisch gesteuertes Dämpfungsglied kann mechanisch oder direkt elektrisch kontrolliert sein, und dies von irgendeiner von verschiedenen bekannten Techniken.
Die Verstärkung des kompletten Verstärkers für eine feste Eingangsleistung kann ferner variiert werden, indem die Pumpleistung zur Leistungsverstärkungsstufe variiert wird, wodurch die Ausgangsleistung variiert wird, wobei dann die Dämpfung des Dämpfungsglieds gleichzeitig entsprechend variiert wird, um eine konstante Verstärkung der Ausgangsverstärkungsstufe aufrecht zu erhalten.
Die Steuerung des Dämpfungsglieds kann in einem von verschiedenen Wegen erfolgen. Für ein manuelles Dämpfungsglied wird der Verlust bei der Installation angepasst, um für den tatsächlichen Verlust des Leitungsabschnitts vor dem Verstärker optimiert zu sein.
Für ein automatisch steuerbares Dämpfungsglied kann der Verlust entweder von der gemessenen Eingangsleistung berechnet werden, wobei das gut vorhersehbare Verhalten vom Verstärker eingesetzt wird, wie beispielsweise beschrieben auf dem Blatt von D. Bonnedal „EDFA Gain, Described with a Black Box Model" in Optische Verstärker und deren Anwendungen, 1996 Technical Digest (Optical Society of America, Washington D.C., 1996), Seiten 215 bis 218, oder die Kanalleistung von den beiden oder mehreren Kanälen kann tatsächlich am Ausgang gemessen werden und die Differenz dazwischen kann durch ein Steueralgorithmus möglichst gering gehalten werden. Die Kanalleistungsmessungen können ausgeführt werden, indem eine von bestimmten allgemein bekannten Techniken eingesetzt wird, wie einigen oder allen Kanälen Pilottöne verschiedener Frequenzen aufzuerlegen und die relative Kanalleistung durch Frequenzdiskriminierung im elektrischen Bereich zu messen, siehe die veröffentlichte europäische Patentanmeldung EP-A1 0 637 148, die der US-Patentschrift 5,463,487 entspricht. Ersatzweise kann eine Analyse von der Gesamtheit oder von einem Teil des optischen Spektrums durch feste oder gelesene optische Filter, Gitter oder Interferometer ausgeführt werden.
Durch das Anbringen eines Dämpfungsglieds zwischen den Verstärkungsstufen wird die optimale Leistung der beiden Stufen nicht beeinträchtig. Das leisest mögliche Rauschen von der Vorverstärkerstufe wird in jedem Betriebsfall dem Signal hinzugefügt und die ganze Ausgangsleistung ist stets von der Leistungsverstärkungsstufe verfügbar. Dies bedeutet, dass, wenn der Verlust zwischen einem Paar Verstärkern herabgesenkt ist, der SNR entsprechend verbessert ist. Es kann das ganze Potentiell des gesamten optischen Übertragungssystems eingesetzt werden.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung offenbart, und ergeben sich zum Teil aus der Beschreibung, oder können durch den Gebrauch der Erfindung erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mithilfe der Verfahren, Prozesse, Instrumentalitäten und Kombinationen realisiert und erhalten werden, die im Besonderen in den beiliegenden Ansprüchen gezeigt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der Erfindung und der entsprechenden vorstehenden und anderen Merkmale ergibt sich aus der Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung einer nachstehend vorgestellten uneinschränkenden Ausführungsform der Erfindung unter der Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen, wobei:
1 ein Diagramm ist, das einen Abschnitt eines optischen Fasernetzes veranschaulicht, und
2 ein Blockschaltbild eines konstanten Spektralverstärkungsverstärkers ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1 wird ein Abschnitt eines optischen Faser-WDM-Netzes gezeigt, das Knoten 101 aufweist. Jeder Knoten ist durch eine Eingangsfaser 103 und eine Ausgangsfaser 105 mit einem anderen Knoten verbunden. Die Eingangsfasern sind mit Vorverstärkern 107 verbunden und die Ausgangsfasern sind mit Booster- oder Leistungsverstärkern 109 verbunden. Die Vorverstärker 103 und die Booster 109 sind ihrerseits jeweils mit elektrischen Ausgangs- und Eingangsports 111, 113 verbunden, die jeweils Demultiplexer und Multiplexer (Koppler) umfassen. Es ist gegebenenfalls erforderlich, die Verstärker 107, 109 einzustellen, um angemessen angepasste Verstärkungen je nach Verwendungszweck des Verstärkers zu erreichen und es kann gegebenenfalls auch erforderlich sein, die Verstärkung während des Netzbetriebes zu ändern.
Für Verstärker des Typs der faseroptischen Verstärker mit Fasern, die eine Dotierung des Seltenerdmetall Erbium aufweisen, sind die Werte der Verstärkung für verschiedene Wellenlängen jedoch nicht gleich zueinander und sogar die Abhängigkeit der Verstärkung hinsichtlich der Wellenlänge ändert sich, wenn die Verstärkung geändert ist, was zu Problemen beispielsweise in Bezug auf differierende Signal-zu-Rausch-Verhältnisse führt. Verstärker mit einer konstanten Spektralabhängigkeit sind vorteilhaftig in derartige Knoten eingesetzt und ebenfalls als Leitungsverstärker in einem faseroptischen Netz und sie können wie nachstehend unter Bezug auf 2 beschrieben wird, aufgebaut sein.
Im Blockschaltbild eines optischen Verstärkers in 2, der in einem Knoten 101 vom Netzabschnitt der 1 einsatzfähig ist, dringt Licht in den optischen Verstärker an einer optischen Faser 1 ein. Die optische Faser ist mit einem ersten faseroptischen Verstärker 3 verbunden, der als eine Vorverstärkerstufe wirkt, die das an der Faser 1 empfangene Licht verstärkt. Der Vorverstärker 3 weist eine feste Verstärkung auf, um eine angemessene Ausgangsleistung für den erwarteten Eingangslicht-Leistungsbereich bereit zu stellen. Der Ausgang der Vorverstärkerstufe 3 ist einem steuerbaren Dämpfungsglied 5 bereit gestellt, das mit einer elektrischen Steuereinheit 7 verbunden ist und von dieser Steuereinheit gesteuert wird. Das vom Dämpfungsglied 5 gedämpfte Licht dringt dann in einen festen Wellenlängen-Abflachungsfilter 9 ein, dessen Ausgang mit einer Leistungsverstärkungsstufe oder Boosterstufe 11 verbunden ist, die einen faseroptischen Verstärker mit einer variablen Ausgangsleistung umfasst. Der Abflachungsfilter 9 ist optional und ist für den Grundbetrieb des Verstärkers nicht erforderlich. Falls er nicht inbegriffen ist, ist der Ausgang vom steuerbaren Dämpfungsglied 5 direkt mit dem Eingang von der Leistungsverstärkungsstufe 11 verbunden. Die Lichtausgabe der gesamten Verstärkereinheit ist an der optischen Faser 12 erhalten, die mit dem Ausgangsterminal der Leistungsverstärkerstufe 11 verbunden ist.
Die elektrische Steuereinheit 7 empfängt ebenfalls Signale von Lichtsonden. Folgendermaßen weist eine Eingangslichtleistungssonde 13 ihren Eingang mit einem Y-Koppler 15 verbunden, der in der Faser 1 angebracht ist, die in den Verstärker eindringt. Eine Zwischenleistungssonde 17 ist mit der Faserleitung zwischen dem optionalen Abflachungsfilter 9 und der Leistungsverstärkungsstufe 11 durch einen Y-Koppler 19, der in die Faser zwischen diesen Einheiten eingefügt ist, verbunden. Eine Ausgangsleistungssonde 21 ist mit dem Ausgang der Leistungsverstärkungsstufe 11 durch einen Y-Koppler 23, der sich in der Ausgangsleitung 12 befindet, verbunden. Eine optionale Spektrumanalyseeinheit 25, wie ein Spektralfilter, kann in der Eingangsleitung von der Ausgangsleistungssonde 21 verbunden sein.
Im Anschluss wird der Betrieb des Verstärkers von 2 beschrieben. Er beruht auf der Tatsache, dass in einem faseroptischen Verstärker, so wie der, der in der Vorverstärkerstufe 3 und der Leistungsverstärkungsstufe 9 inbegriffen ist, die Verstärkung in einer besonders guten Näherung beschrieben werden kann als eine lineare Kombination oder eine lineare Interpolation von zwei bekannten Spektren, unter der Bedingung, dass die Verstärkungswerte in einer logarithmischen Einheit wie dB angegeben sind, siehe das oben genannte Blatt von Dag Bonnedal. Das Verstärkungsspektrum für eine Eingangsleistung P_in kann beschrieben werden als Gk(λ) = Gb(λ) + k(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (1)wobei k eine Konstante ist, die unabhängig von der Wellenlänge λ ist und G_a(λ) und G_b(λ) die Verstärkung für andere Eingangsleistungswerte sind. Die Konstante k hängt von der Eingangsleistung und der Pumpleistung ab. Für zwei identisch aufgebaute faseroptische Verstärker Nr. 1 und 2 ist die Verstärkung Gk(λ) = Gb(λ) + k1(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (2) Gk(λ) = Gb(λ) + k2(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (3)wobei k₁ und k₂ Konstanten sind, die von der Eingangsleistung und der Pumpleistung vom jeweiligen Verstärker abhängen. Wenn die beiden Verstärker in Serien verbunden sind und ein Dämpfungsglied mit einer Flachdämpfung von A dB dazwischen verbunden ist, ist die Gesamtverstärkung Gtot(λ) = 2·Gb(λ) – A + (k1 + k2)·(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (4)
Folgendermaßen wird zuerst angenommen, dass die Vorverstärkungs- und Boosterstufen 3, 11 und das Dämpfungsglied 5, bei dem von einer flachen Dämpfung ausgegangen wird, dass heißt dieselbe Dämpfung für alle berücksichtigten Wellenlängen, festgelegt sind, um eine gesamte Verstärkungskurve nach Gl. (4) zu ergeben. Dann wird angenommen, dass die Leistungsaufnahme zur Vorverstärkungsstufe 3 geändert ist, und daraufhin die Verstärkung darin geändert und die Konstante k₁ in (k₁ + Δk₁) geändert ist. Die Gesamtverstärkung des Verstärkers ist dann ebenfalls nach Gl. (4) geändert. Die Dämpfung ist automatisch zu einem neuen Wert (A + ΔA) gesteuert, indem entsprechende Signale von der Steuereinheit 7 zum Dämpfungsglied 5 gesendet werden. Daraufhin ist die Eingangsleistung zur Leistungsverstärkungsstufe 11 geändert, was zu einer Änderung der Konstante k₂ in (k₂ + Δk₂) führt. Die sich daraus ergebende Verstärkung ist Gtot(λ) = 2·Gb(λ) – (A + ΔA) + (k1 + k2 + Δk1 + Δk2)·(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (5)
Wenn ΔA angepasst ist, so dass die Bedingung Δk₂ = –Δk₁ erfüllt ist, ist die sich daraus ergebende Verstärkung Gtot(λ) = 2·Gb(λ) – A – ΔA + (k1 + k2)·(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (6)was bedeutet, dass die sich ergebende Verstärkung proportional zu der vorhergehenden, ursprünglichen oder eingestellten ist und dass die Spektralabhängigkeit von der Verstärkung folgendermaßen im Wesentlichen ungeändert ist.
In einem anderen Fall, ist die Pumplichtleistungsaufnahme zur Leistungsverstärkungsstufe 11 geändert, was zu einer geänderten Ausgangsleistung des gesamten Verstärkers und ebenfalls zu einer Änderung der Konstante k₂ in Gl. (1) führt. Die Dämpfung A vom Dämpfungsglied 5 kann daraufhin zu einem neuen Wert A' variiert werden, so dass die Verstärkung weiterhin k₂ von der Leistungsstufe 11 ist, woraus sie folgende Gesamtverstärkung ergibt Gtot(λ) = 2·Gb(λ) – A' + (k1 + k2)·(Ga(λ) – Gb(λ)) [dB-Einheiten] (7)was ebenfalls proportional zur ursprünglich eingestellten Verstärkung ist.
Wenn der optionale Verstärkungs-Abflachungsfilter 9 eingesetzt wird, sollte er idealerweise derart ausgeführt sein, dass die Dämpfung vorliegt (zumindest innerhalb eines berücksichtigten Wellenlängenbands mit den WDM-Kanälen) Agf(λ) = –(2·Gb(λ) + (k1 + k2)·(Ga(λ) – Gb(λ))) – Agf0 [dB-Einheiten] (8) wobei A_gf0 eine Konstante ist. Dies führt zu einer Gesamtverstärkung des kompletten Verstärkers, die unabhängig von der Wellenlänge ist.
Das Dämpfungsglied 5 wird automatisch und elektrisch durch die Steuerungseinheit 7 kontrolliert, kann aber auch manuell gesteuert sein. Die Verstärkung des kompletten Verstärkers für eine feste Eingangsleistung wird variiert, indem die Pumpleistung des faseroptischen Verstärkers von der Leistungsverstärkungsstufe 11 oder auf anderen Wegen geändert wird, wie es zum Beispiel in der Schwedischen Patentanmeldung 9603337-8 beschrieben wird, siehe insbesondere die Beschreibung von 6. Dann wird die Dämpfung des Dämpfungsglieds 5 gleichzeitig entsprechend variiert, um eine konstante Verstärkung der Leistungsverstärkungsstufe 11 gemäß der vorstehenden Erörterung (Gl. (7)) aufrecht zu erhalten, indem die Signale der Sonden 17 und 21 eingesetzt werden, die die Eingangs- und Ausgangsleistung der Leistungsverstärkungsstufe 11 abtasten. Für das automatisch steuerbare Dämpfungsglied 5 kann der Verlust (Dämpfung) davon anhand der Eingangsleistung berechnet werden, die von der Eingangssonde 13 und der von der Zwischensonde 17 gemessenen Lichtleistung gemessen ist, vorausgesetzt, dass das Verhalten und die Einstellung der Vorverstärkungsstufe 3 bekannt ist. In einigen Fällen kann eine zusätzliche Lichtsonde notwendig sein, um die Leistungsaufnahme zum steuerbaren Dämpfungsglied abzutasten (und dann ebenfalls die Ausgangsleistung von der Vorverstärkungsstufe 3, die mitwirken kann, indem sie die Verstärkung davon steuert).
Für eine Schwankung der Eingangsleistung vom Verstärker, wird dies durch die Eingangssonde 13 abgetastet und daraufhin wird die Dämpfung vom Dämpfungsglied 5 gesteuert, um die Änderung auszugleichen, indem sein Ausgangssignal derart geändert wird, dass ebenfalls die Verstärkung von der Leistungsverstärkungsstufe 11 geändert ist, vergleiche mit Gl. (5) und (6). Diese Steuerung kann ausgeführt werden, indem nur das bekannte Verhalten von den Verstärkungsstufen 3, 11 eingesetzt wird, wo die Verstärkung und die Konstante k von der jeweiligen Eingangsleistung, die von den Sonden 13 und 17 abgetastet wurde, abgezogen werden können, so wie durch den Einsatz des funktionellen Verhältnisses, das im oben genannten Blatt von Dag Bonnedal dargestellt ist, siehe Gl. (1) in diesem Blatt:
für eine bestimmte Wellenlänge, wobei P_in die Eingangsleistung, G₀ die Verstärkung eines ungesättigten Verstärkers, P_lim die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers, α eine Hochzahl im Bereich von 0,5–1,5 und L eine Konstante ist. Der Wert k wird daraufhin berechnet anhand von
Um ersatzweise eine Rückkopplungssteuerung vom Dämpfungsglied 5 und die Leistungsverstärkungsstufe 11 in diesem Fall für eine variierende Eingangsleistung zu erhalten, muss in irgendeiner Weise das Spektralprofil von der Lichtausgabe der Leistungsverstärkungsstufe 11 bestimmt werden und daraufhin gesteuert werden, um proportional zum ursprünglich Eingestellten zu sein, siehe Gl. (5) und (6). Dies kann ausgeführt werden, indem die Kanalleistung von einem oder mehreren WDM-Kanälen am Ausgang gemessen werden, indem der angemessen angepasste Spektralfilter 25 diese Kanäle zur Ausgangslichtsonde 21 auswählt. In einer anderen Ausführungsform ist kein Spektralfilter 25 erforderlich aber angemessen ausgewählt, verschiedene Pilottöne wurden den Signalen in den Kanälen auferlegt, so dass die individuellen Kanalleistungen gemessen werden können, indem das elektrische Signal gefiltert wird, das von der Lichtsonde 21 bei den Frequenzen der Pilottöne erhalten wird, worauf die Amplituden der Töne gemessen werden.
Oft werden verschiedene Längen der Verstärkungsfasern in den beiden Stufen eingesetzt, um der Vorverstärkerstufe eine niedrigere maximale Verstärkung zu verschaffen, um weniger Rauschen aufzuerlegen und um der Leistungsverstärkungsstufe eine größere Verstärkung zu verschaffen, um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Dies bedeutet, dass die Basiskurven G_a(λ) und G_b(λ) in Gl. (2) und (3), die die Wellenlängen-Abhängigkeit ausdrücken, für die beiden Verstärkerstufen nicht ganz identisch miteinander sind, aber weiterhin annähernd gleich genug sind. Dann kann eine genaue Steuerung gemäß der vorstehenden Beschreibung nicht ausgeführt werden, jedoch weiterhin innerhalb eines Wellenlängenintervalls, der schmal genug ist, zum Beispiel zwischen 1540 und 1560 nm oder für Wellenlängen innerhalb eines noch schmaleren Bandes bei einer Frequenz von 1550 nm, kann die Steuerung derart ausgeführt werden, dass eine annähernd konstante Spektralabhängigkeit der Gesamtverstärkung des Verstärkers erreicht wird.
Dem Fachmann werden ohne weiteres zusätzliche Vorteile und Änderungen einfallen. Hierzu ist die Erfindung in ihren allgemeinen Aspekten uneingeschränkt hinsichtlich der konkreten Angaben, der typischen Einheiten und der veranschaulichten Beispiele, die hier gezeigt und beschrieben werden. Folglich können verschiedene Änderungen ausgeführt werden, ohne den Charakter oder den Rahmen des allgemeinen erfinderischen Konzeptes, wie es von den beiliegenden Ansprüchen und deren Entsprechungen definiert wird, zu sprengen.

Claims

Optische Verstärkungsvorrichtung, die Eingangslicht empfängt, das verstärkt werden soll, und die verstärktes Ausgangslicht liefert, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: – einen ersten faseroptischen Verstärker (3), der ferner ebenfalls als Nr. 1 bezeichnet wird, und einen zweiten faseroptischen Verstärker (11), der ferner ebenfalls als Nr. 2 bezeichnet wird, die beide identisch konstruiert sind, wobei der erste faseroptische Verstärker das Licht, das verstärkt werden soll, empfängt und der zweite faseroptische Verstärker das verstärkte Ausgangslicht liefert, wobei der erste und zweite faseroptische Verstärker in dB-Einheiten ein jeweiliges Verstärkungsspektrum G_ki für eine Eingangsleistung P_ini,i zu dem Jeweiligen vom ersten und zweiten faseroptischen Verstärker aufweist, G_ki(λ) = G_b(λ) + k_i(G_a(λ) – G_b(λ)), wo λ die Wellenlänge ist, k_i eine Konstante ist, die abhängt von der Eingangsleistung P_ini,i und von der Leistung des Pumplichts, das dem jeweiligen Verstärker Nr. i,i = 1,2 geliefert wird, und die nicht abhängt von der Wellenlänge λ, und G_a(λ) und G_b(λ) Verstärkungsspektren für zwei Eingangsleistungswerte sind, die sich voneinander unterscheiden, – ein Dämpfungsglied (5), das zwischen dem ersten und zweiten faseroptischen Verstärker (3, 11) angeschlossen ist, wobei das Dämpfungsglied steuerbar ist, um eine flache Dämpfung A in dB-Einheiten zu haben, die anpassbar ist an Werte, die konstant innerhalb eines Wellenlängenbandes sind, und – eine Steuervorrichtung (7), die an das Dämpfungsglied (5) angeschlossen ist, um die Dämpfung A davon zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung angepasst ist, um folgendes zu steuern: –– für eine Änderung der Leistung P_in,1 vom Eingangslicht, das verstärkt werden soll und das vom ersten faseroptischen Verstärker (3) empfangen wird, wobei die Änderung das Verstärkungsspektrum G_k1(λ) vom ersten faseroptischen Verstärker ändert und somit die Konstante K₁, die Dämpfung A, um das Verstärkungsspektrum G_k2(λ) vom zweiten faseroptischen Verstärker (11) und somit die Konstante K₂ derart zu ändern, dass das verstärkte Ausgangslicht dieselbe Spektralabhängigkeit aufweist, wie das verstärkte Ausgangslicht vor der Änderung, und –– für eine Änderung der Leistung vom Pumplicht, das dem zweiten faseroptischen Verstärker (11) geliefert wird und somit eine Änderung von der Konstante K₂, die Dämpfung A, um das Verstärkungsspektrum G_k2(λ) vom zweiten faseroptischen Verstärker und somit die Konstante K₂ derart zu ändern, dass das verstärkte Ausgangslicht dieselbe Spektralabhängigkeit aufweist, wie das verstärkte Ausgangslicht vor der Änderung.
Optische Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung von der Leistung P_in,1 vom Eingangslicht, das verstärkt werden soll, die Konstante K₁ dann in (k₁ + Δk₁) geändert wird und die Konstante K₂ dann in (k₂ + Δk₂) geändert wird, wobei die Steuervorrichtung (7) angepasst ist, um die Dämpfung A in einen Wert zu ändern, so dass die Bedingung Δk₂ = –Δk₁ erfüllt ist.
Die optische Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung von der Leistung des Pumplichts, das dem zweiten faseroptischen Verstärker (11) geliefert wird, die Änderung die Konstante K₂ in (k₂ + Δk₂) ändert, wobei die Steuervorrichtung (7) angepasst ist, um die Dämpfung A in einen Wert zu ändern, so dass die Bedingung Δk₂ = 0 erfüllt ist.
Die optische Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verstärkungs-Abflachungsfilter (9), der zwischen dem ersten und zweiten faseroptischen Verstärker (3, 11) angeschlossen ist, um eine Kompensierung von der Spektralabhängigkeit zu liefern, so dass eine Verstärkung der optischen Verstärkungsvorrichtung wesentlich unabhängig von der Wellenlänge des Eingangslichts ist, das verstärkt werden soll.
Die optische Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Lichtsonden (17, 21), die angeschlossen sind, um die Leistung von Lichteingang in den zweiten Verstärker (11) und von Lichtausgang aus dem zweiten Verstärker abzufühlen, und die angeschlossen sind, um Signale an die Steuervorrichtung (7) zur Steuerung der Dämpfung des Dämpfungsglieds (5) zu liefern.
Die optische Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Lichtsensor (21), der mit einem Filter (25) bereitgestellt wird, der angeschlossen ist, um die Leistung vom verstärkten Ausgangslicht bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen abzufühlen, und der angeschlossen ist, um ein Signal an die Steuervorrichtung (7) zur Steuerung der Dämpfung des Dämpfungsglieds (5) zu liefern.
Die optische Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Lichtsensor (13), der angeschlossen ist, um die Leistung vom Eingangslicht, das verstärkt werden soll, abzufühlen, und der angeschlossen ist, um ein Signal an die Steuervorrichtung (7) zur Steuerung der Dämpfung des Dämpfungsglieds (5) zu liefern.