DE69834198T2

DE69834198T2 - Dynamischer optischer verstärker

Info

Publication number: DE69834198T2
Application number: DE69834198T
Authority: DE
Inventors: A. Gary Simsbury BALL; Paul Madison SANDERS
Original assignee: JDS Uniphase Corp
Current assignee: Viavi Solutions Inc
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: AU8174598A; EP1013021A1; CA2294636C; EP1013021B1; US6151157A; CA2294636A1; DE69834198D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen optischen Verstärker und insbesondere auf einen dynamischen optischen Verstärker zum Kompensieren von festen und dynamischen Gewinnabweichungen zum Verstärken jeder Signalkomponente eines Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls derart, dass die Amplitude jeder Signalkomponente im Wesentlichen gleich ist.
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Ein Teil des hierin enthaltenen Gegenstands ist offenbart und beansprucht in der gemeinsam zugewiesenen U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 08/885,428 mit dem Titel „Process For Fabrication And Independent Tuning Of Multiple Integrated Optical Directional Couplers On A Single Substrate"; U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 08/885,449 mit dem Titel „Method and Apparatus For Dynamically Equalizing Gain In An Optical Network"; und der U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 08/885,427 mit dem Titel „Loop Status Monitor For Determining The Amplitude Of The Signal Components Of A Multi-Wavelength Optical Beam".
Hintergrund der Erfindung
Das Wellenlängen-(Aufteilungs)-Multiplexen (WDM; wavelength division multiplexing) von optischen Strahlen wird gegenwärtig verwendet, um die Übertragungsrate von Informationen durch eine optische Faser zu erhöhen. Diese Mehrfachwellenlängen-Optikstrahlen liefern Informationen durch eine Mehrzahl von Signalkomponenten, auch bezeichnet als optische Kanäle. Jeder Kanal ist durch eine eindeutige Lichtwellenlänge definiert, die miteinander gemultiplext und durch eine Kommunikationsverbindung eines optischen Netz werks übertragen werden. Bislang hat die Industrie ein WDM von nur acht Kanälen geliefert, die Kanäle jedoch sind breit beabstandet und nicht gut definiert.
Gegenwärtig benötigen Wellenlängen-gemultiplexte (WDM) zwischenstädtische Kommunikationsverbindungen, wie in 1 gezeigt ist, eine Anzahl von Verstärkern entlang der Verbindungslänge zum Kompensieren eines Faserverlusts. Da die zwischenstädtischen Verbindungen ungefähr 600 Meter laufen können, besteht gegenwärtig bei diesen Verbindungen alle 80 bis 120 Kilometer ein Bedarf nach einem Verstärker. Mit sich ständig ausdehnenden Telekommunikationsnetzen, Netzwerkkonfigurationen und der Anzahl von WDM-Kanälen müssen diese Verstärker einen einheitlichen Gewinn mit niedrigem Rauschen zu jedem Kanal über einen großen Bereich von Betriebsbedingungen liefern (wie z. B. während der Addition und Subtraktion von Kanälen).
Jeder der optischen Gewinnverstärker besteht aus einer optischen Faser, dotiert mit einem Seltenerdion, wie z. B. Erbium oder Praseodym. Der Gewinn als eine Funktion von Farbe oder Gewinnspektrum dieser Verstärker ist nicht einheitlich über den Bereich von Wellenlängen der Kanäle. Die nichteinheitliche Gewinncharakteristik der dotierten optischen Faser wird jedes Mal zusammengesetzt, wenn der optische Strahl entlang der Kommunikationsverbindung verstärkt wird. Ein anderes Phänomen des Gewinn-Kippens tritt insbesondere auf für sich dynamisch ändernde und/oder rekonfigurierbare dichte wellenlängengemultiplexte Kommunikationsverbindungen, bei denen ein Mehrfachwellenlängen-Optikstrahl bis zu 40 eng beabstandete Kanäle aufweist. Die Wirkung von Gewinn-Kippen ist eine Funktion der Eingangsleistung und Wellenlänge jedes übertragenen Kanals. Wenn ein Kanal addiert oder subtrahiert wird und somit die Eingangsleistung und das Spektrum des optischen Strahls ändert, tritt eine Gewinnfluktuation auf, abhängig von der Wellenlänge des Kanals, um schließlich den Gewinn des Verstärkers zu „kippen".
1 zeigt eine graphische Darstellung einer typischen Kommunikationsverbindung 2 eines optischen Netzwerks. Eine Mehrzahl von Lichtgeneratoren (LG; light generator) 3 liefert entsprechende Komponentensignale 12 von Auswahlwellenlängen, die durch einen Multiplexer 4 kombiniert werden, um einen Mehrfachwellenlängen-Optikstrahl 14 zu erzeugen. Bevor die Komponentensignale gemultiplext werden, dämpft eine Mehrzahl von Vorverzerrungs-Vorrichtungen (PE-Vorrichtungen; PE = pre-emphasis devices) 5 selektiv jedes der entsprechenden Komponentensignale 12. Wie hierin vorangehend erwähnt wurde, verstärkt eine Mehrzahl von Verstärkern 20 den optischen Strahl 14 zum Kompensieren des Faserverlusts, wenn der Strahl durch dieselben verläuft. An dem Empfängerende der Kommunikationsverbindung werden die Signalkomponenten 12 des optischen Strahls dann durch einen Demultiplexer 6 getrennt und zu einem entsprechenden Empfänger (R; receiver) 7 geliefert.
Der Stand der Technik 2 liefert keine andere Kompensation als eine Vorverzerrung zum Überwinden des nichteinheitlichen Gewinns jedes Verstärkers 20. Wie in jeder der Skizzen 14 gezeigt ist, die die Amplitude der Ausgangsleistung jedes Kanals 12 darstellen, erhöht sich das Differenzial der Ausgangsleistung von jedem der Kanäle nach jeder Gewinnstufe 20. Die Ausgangsleistung und das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis jedes Kanals der Kommunikationsverbindung bei 8 ist daher nicht gleich. Die einzige Kompensation, die durch den Stand der Technik geliefert wird, ist eine Einstellung der Vorverzerrungsvorrichtungen 5 zum Verstärken jedes Kanals 12 um einen vorbestimmten Betrag, um sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung jedes Kanals eine akzeptable Leistung und Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweist.
Andere Vorverstärkerverfahren zum Ausgleichen einer Verstärkerausgabe wurden vorgeschlagen. Zum Beispiel wird in der veröffentlichten europäischen Anmeldung EP 0 762 569 A2 (Ref. D4) Gewinn, wie er in dem verstärkten Signal erfasst wird, gesteuert durch Einstellen einer Pumpleistung bei einer der Verstärkerpumpen. Die internationale Veröffentlichung WO 97/10658 (Ref. D5) offenbart ebenfalls eine Vorverzerrung in der Form eines elektro-optischen oder akustooptischen Filters, das an das WDM-Signal angewendet wird, bevor es in den Verstärker eintritt.
Eine dynamische Entzerrung von Verstärkersignalen wurde offenbart, wie in dem U.S.-Patent Nr. 5,436,760 (Ref. D1), um ein Paar von drehbaren dielektrischen Filtern aufzuweisen, um eine Wellenlängenabstimmung des verstärkten Signals zu liefern. In einem Artikel mit dem Titel „Experimental Demonstration of Dynamic High-Speed Equalization of Three WDM Channels Using Acoustooptic Modulators and a Wavelength Demultiplexer" von Jin-Xing Cai, u. a., veröffentlicht in den IEEE Photonics Technology Letters (Ref. D2) wird ein dynamischer Entzerrer verbessert durch Integrieren einer passiven Filterstufe, um ASE zwischen Signalkanälen zu beseitigen. Die europäische veröffentlichte Anmeldung EP 0 762 691A2 (Ref. D3) offenbart die Verwendung von abstimmbaren Faser-Bragg-Gittern in einem dynamischen Entzerrer.
Eine passive Entzerrung wird auf dem Stand der Technik ebenfalls offenbart. Die europäische veröffentlichte Anmeldung EP 0 766 423A2 (Ref. D6) offenbart die Verwendung einer einzelnen Stufe von passiven optischen Filtern zum abflachen von Bandpass-Gewinncharakteristika einer vorbestimmten Anzahl von optischen Verstärkerstufen. Eine weiter Referenz, die Ep 0 695 50A1 (Ref. D7) offenbart ein passives System aus Faser-Bragg-Beugungsgittern zum Beseitigen von ASE und Abflachen des verstärkten Signals für einen Verstärker, der in Sättigung betrieben wird. Ein passives Entzerrungssystem ist offenbart in dem U.S.-Patent Nr. 5,43,817 (Ref. D8), das Faser-Bragg-Beugungsgitter verwendet, abgestimmt auf Verstärkerprofilspitzen, um das verstärkte Signal abzuflachen.
Dementsprechend ist es die Hauptaufgabe dieser Erfindung, einen optischen Verstärker zu schaffen, der jeden Kanal eines dichten wellenlängengemultiplexten optischen Strahls gleich verstärkt.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen optischen Verstärker zu schaffen, der das nichteinheitliche Gewinnspektrum von dotierten Fasergewinnverstärkern kompensiert.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen optischen Verstärker zu schaffen, der dynamische Fluktuationen und Abweichungen kompensiert, die aus dem Addieren und Subtrahieren von Kanälen resultieren.
Es ist eine wiederum weitere Funktion dieser Erfindung, einen dynamischen Verstärker zu schaffen, der keine Kalibrierung erfordert, was ermöglicht, dass der Verstärker durch das optische Netz hindurch austauschbar ist.
Diese Ziele werden erreicht durch einen optischen Verstärker gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 16.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verstärkt ein optischer Verstärker eine Mehrzahl von Komponentensignalen eines Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls im Wesentlichen gleichmäßig, der ein optisches Netzwerk durchläuft. Jedes Komponentensignal weist eine Amplitude und eine eindeutige Wellenlänge auf. Der Verstärker umfasst eine Verstärkungseinrichtung zum Erzeugen von verstärkten Komponentensignalen. Die Amplitude jedes verstärkten Komponentensignals wird jeweils um einen ausgewählten Wert erhöht. Der Verstärker umfasst ferner eine Entzerrungseinrichtung zum Erzeugen, ansprechend auf Steuersignale, entzerrter Komponentensignale aus den ver stärkten Komponentensignalen. Die entzerrten Komponentensignale weisen entsprechende Amplituden auf, die eingestellt sind, um jegliche relative Amplitudendifferenz zwischen denselben aufgrund von Abweichungen bei den Amplituden der Komponentensignale des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls zu beseitigen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verstärken einer Mehrzahl von Komponentensignalen von einem Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls im Wesentlichen gleichmäßig, der ein optisches Netzwerk durchläuft, bei dem jedes Komponentensignal eine Amplitude und eine eindeutige Wellenlänge aufweist, einen Schritt zuerst zum Verstärkten der Amplitude jedes Komponentensignals um einen entsprechenden Betrag. Die Amplitude jedes verstärkten Komponentensignals wird dann eingestellt, ansprechend auf Steuersignale, um den variierenden, nichteinheitlichen Gewinn der Verstärkungseinrichtung derart zu kompensieren, dass jegliche relative Amplitudendifferenz zwischen denselben aufgrund von Abweichungen bei den Amplituden der Komponentensignalen des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls entfernt wird. Das obige und andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden besser offensichtlich, wenn die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung einer Kommunikationsverbindung eines optischen Netzes gemäß dem Stand der Technik.
2 ist ein diagrammartiges Blockdiagramm eines optischen Verstärkers des Typs, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
3 ist ein diagrammartiges Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines optischen Verstärkers des Typs, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
4 ist eine graphische Darstellung des Gewinns eines Optiksignals als eine Funktion der Frequenz für ein mit Erbium dotiertes Fluorid-Host-Glas.
5 ist eine graphische Darstellung des Gewinns eines Optiksignals als eine Funktion der Frequenz einer mit Erbium dotierten Silika-Host-Glasfaser.
6 ist eine graphische Darstellung der Gewinn-Entzerrung unter Verwendung eines Gewinn-Abflachungsmoduls des Typs, der in 2 gezeigt ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das das dynamische Gewinnentzerrungsmodul aus 2 darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Schleifen-Status-Überwachungseinrichtung aus 2 darstellt.
9 ist darstellend für die Zirkulator- und Dispersions-Kompensation aus 2.
10 ist darstellend für das Phänomen der Dispersion und das Verfahren zum Kompensieren der Dispersion.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bezug nehmend auf 2 ist ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hochleistungs-Optikverstärkers mit der erforderlichen Ausgereiftheit zum Handha ben von konfigurierbaren Netzwerken allgemein als 10 bezeichnet. Der Verstärker liefert einen im Wesentlichen einheitlichen Gewinn zwischen jedem der Kanäle 12 eines dichten wellenlängengemultiplexten Optikstrahls 14, der sich durch eine optische Faser 16 eines optischen Netzwerkes ausbreitet. Der Verstärker 10 umfasst einen optischen Isolator 18, der ermöglicht, dass der optische Strahl durch die optische Faser verläuft verhindert, dass ein optisches Rauschen sich zurück durch dieselbe ausbreitet. Der optische Verstärker umfasst ferner eine Gewinnstufe (G) 20, ein Gewinnabflachungsmodul (GFM) 22 und ein Gewinnentzerrungsmodul (GEM) 24, die in Reihe geschaltet sind. Der optische Strahl wird anfänglich durch die Gewinnstufe 20 verstärkt, wobei der Gewinn jeder Wellenlänge nicht einheitlich ist. Das verstärkte Signal verläuft dann durch das Gewinnabflachungsmodul 22 und das Gewinnentzerrungsmodul 24. Das Gewinnabflachungsmodul dämpft selektiv jeden der Kanäle 12, um die festen, nichteinheitlichen Gewinncharakteristika der Gewinnstufe 20 zu kompensieren, was hierin nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Das Gewinnentzerrungsmodul dämpft dynamisch jeden der Kanäle ansprechend auf Steuersignale, die durch eine Schleifenstatusüberwachungseinrichtung (LSM; loop status monitor) 28 geliefert werden, um die Amplitude von jedem der Kanäle zu entzerren. Die Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 bestimmt die Amplitude jedes Kanals und erzeugt die entsprechenden Steuersignale, die zu dem Gewinnentzerrungsmodul geliefert werden. Jedes der Steuersignale ist darstellend für den Dämpfungsgrad, der erforderlich ist, um das Ausgangssignal des Verstärkers zu entzerren.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, kann der optische Verstärker 20 ferner eine zweite Gewinnstufe (G) 30 umfassen, die in Reihe nach dem Gewinnentzerrungsmodul 24 angeordnet ist, und/oder einen Zirkulator 32 und einen Dispersionskompensator 34, die in Reihe vor der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 38 angeordnet sind.
Jede der Gewinnstufen 20, 30 umfasst eine optische Faser, die mit einem Seltenerdion dotiert ist, wie z. B. Erbium und Praseodym. Das Gewinnspektrum dieser dotierten optischen Fasern ist nicht einheitlich, und ist auch abhängig von der Eingangsleistung, dem Spektrum des optischen Strahls und der Zusammensetzung der Faser. In dem Fall von Erbium, das einen Gewinn in dem Kommunikationsfenster von 500 nm–1.650 nm liefert, wie in 4 und 5 gezeigt ist, kann der Gewinn von 3 bis 10 dB variieren, abhängig von der Glaszusammensetzung der Faser. 4 zeigt eine Skizze 36 des Gewinnspektrums eines optischen Signals, das durch eine mit Erbium dotierte Fluorid-Host-Glasfaser verläuft. 5 zeigt eine Skizze 38 des Gewinnspektrums eines optischen Signals, das durch eine mit Erbium dotierte Silika-Host-Glasfaser verläuft. Beim Vergleichen der zwei Gewinnspektren wird eine Fluorid-Host-Glasfaser bevorzugt, da der Gewinn über das gewünschte Spektrum einheitlicher ist, weniger Gewinnabweichung zwischen den Kanälen aufweist und daher weniger Kompensation erfordert, aber sie weist mechanische und hydroskopische Eigenschaften auf, die es unerwünscht machen, mit derselben zu arbeiten.
Bezug nehmend auf 6 ist das Gewinnabflachungsmodul 22 angepasst, um die bekannte Abweichung des Gewinnspektrums der Gewinnstufe 20 zu kompensieren. Das Gewinnabflachungsmodul flacht den Gewinn ab, oder anders ausgedrückt, dämpft es selektiv das Gewinnspektrum, so dass das Gewinndifferenzial zwischen jedem Kanal vorzugsweise ungefähr 0,1–0,5 dB ist. Die selektive Dämpfung durch das Gewinnabflachungsmodul 12 kann durch dielektrische Filter oder Fasergitter geliefert werden, wie z. B. Langperiodengitter, wie in dem U.S.-Patent Nr. 5,430,817 gezeigt ist.
6 umfasst ein Paar aus Kurven 36, 38, die die verstärkte Amplitude des optischen Strahls von der Gewinnstufe 20 als eine Funktion der Wellenlänge zeigen. Die Gewinnstufe 20 von Skizze 36 weist eine mit Erbium dotierte Fluorid- Host-Glasfaser auf, und die Gewinnstufe der Kurve 38 weist eine mit Erbium dotierte Silika-Host-Glasfaser auf. Die Dämpfung des verstärkten Signals durch das Gewinnabflachungsmodul ist graphisch in Kurve 40 gezeigt. Eine durchgehende Kurve 41 stellt die Dämpfung des Eingangsoptikstrahls als eine Funktion der Wellenlänge für die Silika-Host-Glasfaser dar und eine gepunktete Kurve 43 stellt die Dämpfung des Eingangsoptikstrahls als eine Funktion der Wellenlänge für eine Fluorid-Host-Glasfaser dar. Die Dämpfung für jede dotierte Faser ist proportional umgekehrt zu ihrem entsprechenden Gewinnspektrum 36, 38. Das resultierende Gewinnspektrum aus jeder entsprechenden dotierten Faser und dem Gewinnabflachungsmodul ist im Wesentlichen gleich zwischen jedem Kanal, wie in der Kurve 42 gezeigt ist.
Abhängig von der Spektral-Flachheit der passiven Faser-Verstärkergewinnstufe 20 (d. h. mit Erbium dotierte Fluorid-Host-Glasfaser), ist das Passiv-Gewinn-Abflachungsmodul 22 möglicherweise nicht erforderlich. Dies gilt in dem Fall, in dem das Gewinnentzerrungsmodul 24 eine ausreichende Bandbreite und einen dynamischen Bereich aufweist, um sowohl die Gewinnabflachungsfunktion als auch die Gewinnentzerrungsfunktion gleichzeitig zu liefern.
Bezug nehmend wiederum auf 2 breitet sich das abgeflachte optische Signal von dem Gewinnabflachungsmodul 22 dann zu dem Gewinnentzerrungsmodul 24 aus, das die Amplitude jedes Kanals 12 im Wesentlichen dynamisch entzerrt. Eine dynamische Gewinnentzerrung ist notwendig zum Kompensieren der dynamischen Gewinnänderungen der Gewinnstufe 20, wie z. B. Gewinn-Kippen, Gewinn-Welligkeit, Loch-Brennen, Transienten-Gewinn-Fluktuationen und jegliche Gewinnfluktuationen aus dem Gewinnabflachungsmodul 22. Wie vorangehend beschrieben wurde ist das Gewinn-Kippen eine Funktion der Eingangsleistung und Spektren der übertragenen Kanäle. Wenn Kanäle von dem optischen Strahl addiert und subtrahiert werden ändern und „kippen" die Eingangsleistung und das Spektrum schließlich den Gewinn des Verstärkers abhängig von der Wellenlänge der Kanäle. Um das Gewinn-Kippen zu kompensieren, dämpft das Gewinnentzerrungsmodul 24 selektiv jeden entsprechenden Kanal gemäß Steuersignalen, die durch die Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 geliefert werden.
Wie in 7 gezeigt ist, lagert das Gewinnentzerrungsmodul 24 ein Array aus wellenlängen-abstimmbaren Faser-Bragg-Gittern 50 ein, um jeden Kanal 12 zu dämpfen. Jedes Gitter 50 ist nominal mit einem Kanal derart ausgerichtet, dass die Übertragung durch das Gitter variiert wird durch Abstimmen der Bragg-Wellenlänge es Gitters. Die Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 misst die Amplitude oder Leistung jedes Kanals und liefert ein Steuersignal zurück zu jedem entsprechenden abstimmbaren Gitter 50 des Gewinnentzerrungsmoduls 24. Jedes Gitter 50 dämpft dann jeden Kanal 12 ansprechend auf das entsprechende Steuersignal, um die Amplitude jeder Übertragung durch das Gitter zu variieren, so dass die Amplitude jedes Kanals an dem Ausgangsanschluss 52 des Verstärkers im Wesentlichen gleich ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass andere Verfahren zum Abstimmen, wie z. B. elektrooptische und akustooptische abstimmbare Filter (AOTF; acoustooptic tunable filters) zum selektiven Dämpfen der Kanäle des optischen Signals verwendet werden können. Ein bevorzugtes Gewinnentzerrungsmodul 24 ist detaillierter beschrieben in einer mitanhängigen Anmeldung der Anmelderin für „Dynamic Gain Equalization Module", Anwaltsaktenzeichen Nr. 4827-11.
Bezug nehmend auf 8 umfasst die Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 einen dichten Wellenlängen-(Aufteilungs)-Demultiplex-Array-Wellenleiter 54 und ein Detektorarray 56 zum Liefern eines entsprechenden Steuersignals zu jedem der abstimmbaren Gitter 50 des Gewinnentzerrungsmoduls 24 (siehe 7). Die Schleifenstatusüberwachungseinrichtung dient der Funktion eines kostengünstigen optischen Spektrumsanalysierers.
Die Planar-Array-Wellenleiter werden gegenwärtig hergestellt unter Verwendung einer Silika-auf-Silizium-Technik. Dies sind Silika-auf-Silizium-Wellenleiter und sind handelsüblich zum Multiplexen/Demultiplexen in WDM-Netzen erhältlich. Die planaren Wellenleiter umfassen eine Mehrzahl von Präzisions-Ionen-implantierten Regionen zum Trennen jedes Kanals des optischen Strahls und lenkt dieselben zu einem entsprechenden Detektorelement 58 des Detektorarrays 56. Bei einer Alternative könnte jegliche passive Vorrichtung basierend auf einen. dielektrischen Multiplex/Demultiplex-Filter oder eine Vorrichtung basierend auf einem Faser-Bragg-Gitter mit entsprechenden Modifikationen verwendet werden.
WDM-1XN-Array-Demultiplexer-Wellenleiter sind gegenwärtig handelsüblich erhältlich. Diese handelsüblichen Wellenleiter umfassen mehrere Faser-Pigtail-Ausgänge, die zu relativ hohen übermäßigen Verlusten führen (ungefähr 7 dB). Im Gegensatz dazu ist der Wellenleiter, der in der vorliegenden Erfindung verkörpert ist, mit jedem der Elemente 58 des Detektorarrays stoß-gekoppelt und beseitigt somit die Ausgangs-Pigtails und reduziert den zugeordneten Einfügungsverlust.
Die Detektorelemente 58 erzeugen gleichzeitig ein Ausgangssignal für jeden Kanal 12, das die Amplitude jedes Kanals darstellt. Die Ausgangssignale jedes Detektorelements 58 werden zu einer Steuerung 60 geliefert. Ansprechend auf diese Ausgangssignale erzeugt die Steuerung 60 entsprechende Steuersignale, die den Dämpfungsgrad darstellen, der erforderlich ist, um das Ausgangssignals jedes Kanals des Verstärkers 10 zu entzerren. Jedes entsprechende Steuersignal zeigt die Differenz zwischen der Amplitude des entsprechenden Kanals und dem Kanal, der die geringste Amplitude aufweist, an.
Ein Vorteil der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 ist, dass sie mehr als 15 dB Kanalisolation ohne zusätzliches Filtern liefert. Wenn ein übermäßiges Übersprechen zwischen den Kanälen vorliegt, können Bragg-Gitter direkt in das Silika des Wellenleiters geschrieben werden, um die Kanalisolation zu erhöhen und die Auflösung in der Überwachungseinrichtung 28 zu verbessern. Eine erhöhte Kanalisolation ermöglicht ferner das Blockieren der WDM-Signale durch Abstimmen des Gitters, wie z. B. durch Erwärmen, was das Erfassen des Verstärkerrauschpegels ermöglicht. Diese Informationen ermöglichen, dass das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis berechnet wird.
Ein weiterer Vorteil der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 ist die parallele Überwachung der Kanäle 12 des optischen Signals. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde ebenfalls erkennen, dass die Ausgabe der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung ebenfalls verwendet werden könnte, um die „Gesundheit" und den Status, wie z. B. Kanalleistung und Kanal-Signal-zu-Rauschen-Verhältnis, an verschiedenen Orten innerhalb des Netzwerks zu überwachen.
Alternativ kann ein AOTF, der als ein Spektrumsanalysierer zusammen mit einer entsprechenden Steuerungs- und Rückkopplungs-Elektronik konfiguriert ist, als eine Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 eingesetzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich das AOTF durch jeden Netzwerkanal 12 und überwacht sequentiell die Leistung in jedem Kanal. Die Auswahl von Wellenlängen kann in ungefähr 10 Mirkosekunden verändert werden, was die Spektrumsanalysiererrekonfiguration praktisch sofortig macht. Aus diesen Daten kann ein Kanalintensitätsprofil erzeugt werden und zu entsprechenden Netzwerkelementen geführt werden, die das Gewinnentzerrungsmodul 24, die programmierbaren Einstieg-Ausstieg- bzw. Add-Drop-Module und Netzwerkgesundheitsüberwachungssysteme umfassen. Die Verwendung eines AOTF als eine Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 ist detaillierter beschrieben in der mitanhängigen Anmeldung der Anmelderin für „Loop Status Monitor For Determining The Amplitude Of The Signal Components Of A Multi-Wavelength Optical Beam", U.S. Seriennummer 08/885,427, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel aus 2 kann eine zweite Gewinnstufe 30 in Reihe nach dem Gewinnentzerrungsmodul 24 eingeführt sein. Die zweite Gewinnstufe 30 ist ähnlich zu der oben beschriebenen Gewinnstufe 20, die eine dotierte optische Faser aus einem Seltenerdion umfasst, wie z. B. Erbium und Praseodym. Das nichteinheitliche Gewinnspektrum der zweiten Gewinnstufe 30 wird korrigiert durch das Gewinnentzerrungsmodul 25 ansprechend auf die Steuersignale der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28.
Zusätzlich dazu können ein Zirkulator 32 und ein Dispersionskompensator 34 vor der Schleifenstatusüberwachungseinrichtung 28 in Reihe geschaltet werden, wie in 10 gezeigt ist. Jeder Kanal 12 besteht aus einem Spektrum einer Mehrzahl von optischen Wellenlängen 68, 70, die graphisch in 9 und 10 als eine lange Wellenlänge 68 und eine kurze Wellenlänge 70 dargestellt sind. Die Dispersion ist ein Ergebnis eines „Chirpens" eines Kanals 12, das verursacht, dass die Wellenlängen 68, 70 eines Kanals bei unterschiedlichen Raten durch die optische Faser verlaufen, was zu einem temporären Verschmieren des Signals führt. Die Dispersion beschränkt die praktische Verbindungslänge in 10 Gbit/Sekunde-Übertragungssystemen und ist definiert als eine temporäre Verbreiterung eines Kanals, üblicherweise am deutlichsten Sichtbar am Übergang des Signals zwischen einem Hoch- und Niedrig-Zustand.
Wie in 9 gezeigt ist, empfängt der Zirkulator 32 den optischen Eingangsstrahl 67 und lenkt denselben auf den Dispersionskompensator 34. Der Dispersionskompensator 34 umfasst ein gechirptes (chirped) Gitterarray 72, hergestellt auf bekannt Weise zum selektiven Verzögern der Übertragung der Wellenlängen 68, 70, des Spektrums jedes Kanals 12, und reduziert dadurch die temporäre Verbreiterung oder das Verschmieren, das durch Dispersion verursacht wird. Jeder Kanal breitet sich durch jedes entsprechende gechirpte Gitter 74 aus, um eine Dispersion jedes entsprechenden Kanals zu kompensieren. Der optische Zirkulator 32 empfängt dann den optischen Strahl 14, der von dem Dispersionskompensator 34 zurückreflektiert wird, und richtet den Strahl auf den Ausgang 76 des Zirkulators.
Die Operation des Dispersionskompensators 34 ist schematisch in 11 gezeigt. Die optischen Wellenlängen 68, 70, die den Kanal 12 aufweisen, breiten sich durch das entsprechende gechirpte Gitter 74 des Kanals aus, wobei die lange Wellenlänge 68 der kurzen Wellenlänge 70 um einen Betrag an dem Eingang des Gitters 74 nacheilt. Das Gitter 74 reflektiert dann jede Wellenlänge 68, 70 des Kanals zurück zu dem Zirkulator 32, um die Auswirkungen der Dispersion zu kompensieren. Zum Beispiel ist die Ausbreitungszeit durch das gechirpte Gitter für die kurze Wellenlänge 70 um einen vorbestimmten Betrag weniger als die der langen Wellenlänge 68. Folglich wird das temporäre Verschmieren beseitigt und das optische Signal des Kanals 12 ähnelt nachfolgend dem Signal mehr, das dem optischen Netzwerk ursprünglich präsentiert wurde.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel zum Kompensieren einer Dispersion kann eine Dispersionskompensierungsfaser verwendet werden, die handelsüblich erhältlich ist.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf ein exemplarisches Ausführungsbeispiel derselben gezeigt und beschrieben wurde, sollte Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die vorangehenden und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen im Hinblick auf Form und Detail derselben darin durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können andere Kombinationen der Zusammensetzung von Fasern und Seltenerdionen verwendet werden, um einen optischen Strahl zu verstärken.

Claims

Ein optischer Verstärker (10) zum Verstärken einer Mehrzahl von Komponentensignalen (12) eines Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls (14) im Wesentlichen gleichmäßig, der ein optisches Netzwerk durchquert, in dem jedes Komponentensignal eine Amplitude und eine eindeutige Wellenlänge aufweist; wobei der Verstärker folgende Merkmale aufweist: eine Verstärkungseinrichtung (20) zum Erzeugen von verstärkten Komponentensignalen, wobei die Amplitude von jedem verstärkten Komponentensignal jeweils um einen ausgewählten Wert erhöht ist; gekennzeichnet durch eine Abflacheinrichtung (22) zum Erzeugen von gewinn-abgeflachten Komponentensignalen (42) aus den verstärkten Komponentensignalen, wobei die gewinn-abgeflachten Komponentensignale entsprechende Amplituden aufweisen, die eingestellt sind, um jegliche relative Amplitudendifferenz zwischen denselben, aufgrund von Differenzen bei der verstärkten Komponentensignalwellenlänge, zu beseitigen; und eine Entzerrungseinrichtung (24) zum Erzeugen, ansprechend auf Steuersignale, von entzerrten Komponentensignalen aus den gewinn-abgeflachten Komponentensignalen, wobei die entzerrten Komponentensignale entsprechende Amplituden aufweisen, die eingestellt sind, um jegliche relative Amplitudendifferenz zwischen denselben, aufgrund von Abweichungen bei den Amplituden der Komponenten signale des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls, zu beseitigen.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, der ferner eine Rückkopplungseinrichtung (28) zum Bestimmen der Amplitude von jedem der Komponentensignale und Erzeugen eines Rückkopplungssignals, das dieselbe für jedes entsprechende Komponentensignal anzeigt, aufweist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 2, bei dem die Rückkopplungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Demultiplexeinrichtung (54) zum Trennen jedes Komponentensignals von dem Mehrfachwellenlängen-Optikstrahl; und eine Detektoreinrichtung (56) zum Liefern des Rückkopplungssignals, das die Amplitude jedes entsprechenden Komponentensignals darstellt.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 3, bei dem die Rückkopplungseinrichtung ferner eine Steuerung 60 zum Erzeugen eines Steuersignals aufweist, das darstellend ist für die Einstellung, die erforderlich ist, um die Amplituden der Komponentensignale wesentlich zu entzerren.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, bei dem die Verstärkungseinrichtung eine optische Faser mit einem Dotiermittel aufweist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 5, bei dem das Dotiermittel Erbium ist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 5, bei dem das Dotiermittel Praseodym ist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, bei dem die Abflacheinrichtung eine Mehrzahl von Gewinnfiltern zum Dämpfen von jedem entsprechenden Komponentensignal um einen ausgewählten Betrag aufweist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 8, bei dem jedes Gewinnfilter Langperiodengitter umfasst.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, bei dem die Entzerrungseinrichtung eine Mehrzahl von Einstellbarer-Gewinn-Filtern (50) aufweist, die jeweils die Amplitude von zumindest einem Komponentensignal einstellen, und zum Passieren einer im Wesentlichen nicht eingestellten Amplitude von zumindest einem anderen Komponentensignal, ansprechend auf eines der Steuersignale.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, der ferner einen optischen Isolator (18) aufweist, der an einem Eingang des Verstärkers vorgesehen ist, um eine Rückreflexion zu dem optischen Netzwerk zu verhindern.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, der ferner eine zweite Verstärkungseinrichtung (30) aufweist, die nach der Entzerrungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die zweiten Verstärkungseinrichtung zum Erhöhen der Amplitude jedes Komponentensignals des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls vorliegt.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 11, bei dem eine zweite Verstärkungseinrichtung zum Verstärken der Kanäle der optischen Signale eine optische Faser umfasst, die mit einem Seltenerdion dotiert ist.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 1, der ferner eine Einrichtung zum Kompensieren einer Dispersion (34) der Komponentensignale des Wellenlängen-Optikstrahls umfasst.
Ein optischer Verstärker gemäß Anspruch 14, bei dem die Einrichtung zum Kompensieren einer Dispersion ein Gitterarray (72) zum Verzögern der Ausbreitung jedes Komponentensignals um eine vorbestimmte Zeitperiode und einen optischen Zirkulator (32) zum Richten jedes Komponentensignals hin zu und weg von dem Gitterarray aufweist.
Ein Verfahren zum Verstärken einer Mehrzahl von Komponentensignalen eines Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls im Wesentlichen gleichmäßig, der ein optisches Netzwerk durchquert, in dem jedes Komponentensignal eine Amplitude und eine eindeutige Wellenlänge aufweist; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Verstärken der Amplitude jedes Komponentensignals um einen entsprechenden Betrag; (b) Abflachen der Amplitude der verstärkten Komponentensignale, um den nichteinheitlichen Gewinn der Verstärkungseinrichtung derart zu kompensieren, dass jegliche relative Amplitudendifferenz zwischen denselben aufgrund von Differenzen bei der verstärkten Komponentensignalwellenlänge beseitigt wird; und (c) Einstellen, ansprechend auf Steuersignale, der Amplitude jedes gewinn-abgeflachten Komponentensignals, um den variierenden, nichteinheitlichen Gewinn der Verstärkungseinrichtung derart zu kompensieren, dass jede relative Amplitudendifferenz zwischen denselben aufgrund der Abweichungen bei den Amplituden der Komponentensignale des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls beseitigt wird;
Ein Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner folgende Schritte aufweist: a. Demultiplexen des Mehrfachwellenlängen-Optikstrahls in jedes entsprechende Komponentensignal; b. Erzeugen eines Rückkopplungssignals für jedes entsprechende Komponentensignal; c. Bestimmen der Amplitude jedes Komponentensignals; d. Vergleichen der Amplituden jedes Komponentensignals; und e. Erzeugen jedes entsprechenden Steuersignals abhängig von den Differenzen zwischen den Amplituden der Komponentensignale.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner nach Schritt (c) folgenden Schritt aufweist: Kompensieren der Dispersion der Komponentensignale des Mehrfachwellenlängen-Optiksignals.