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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen optischen Verstärker, eine optische Übertragungseinrichtung,
ein optisches Übertragungssystem
und ein zugehöriges Verfahren,
und insbesondere betrifft sie einen optischen Verstärker, eine
optische Übertragungseinrichtung,
ein optisches Übertragungssystem
und ein zugehöriges
Verfahren, mit denen eine kleine Rauschzahl (N/F) sowie eine Dispersionskompensation
für ein
dabei vorkommendes optisches Signal erzielt werden kann.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Es
ist bereits allgemein bekannt, dass die Eingangsverluste eines optischen
Signals in einer Stufe vor einer dotierten Faser zu einer Beeinträchtigung
des zugehörigen
S/R-Verhältnisses
führt,
insbesondere bei einem optischen Verstärker unter Verwendung einer
derartigen dotierten Faser in ihm. Jedoch ist es, wie es in "Optical Amplifier
and Applications thereof" (veröffentlicht
von Ohm Co. Ltd., Mai 1992) 5–3[1]
beschrieben ist, unabdingbar, bei der herkömmlichen optischen Übertragungseinrichtung einen
optischen Isolator in der Frontstufe der dotierten Faser einzusetzen,
um die Reflexion stimulierten oder induzierten Emissionslichts (d.h.
ASE: verstärkte,
spontane Emission) zu unterdrücken.
Bei der optischen Übertragungseinrichtung
mit einer derartigen Konstruktion bestehen jedoch die optischen
Teile, die in der Vorstufe der dotierten Faser einzusetzen sind, nicht
nur aus dem optischen Isolator. Im Allgemeinen gehören dazu
nämlich
auch optische Elemente einschließlich einer Wellenlängentrenneinheit
der die Wellenlänge
für die
Wellenlänge
von Überwachunglicht,
ein Koppler zum Überwachen
der Stärke
eines Übertragungssignals,
eines Multiplexers zum Multiplexen von Pump- oder Stimulationslicht,
usw., und sie zeigen jeweilige Verluste. Beispielsweise ist es,
um einen Gewinn von 25 dB auf 35 dB zu erzielen, erforderlich, einen
Halbleiterlaser mit ungefähr
100 mW zur Anregung und eine dotierte Faser mit einer Länge von
20 m bis 30 m zu kombinieren, und in diesem Fall kann die Rauschzahl
(d.h. der Rauschindex; nachfolgend als NF bezeichnet) der dotierten
Faser nicht vernachlässigt
werden.
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Bei
der optischen Übertragungseinrichtung mit
einer derartigen Konstruktion wird ein einmal geschädigtes optisches
Signal oder Empfangsverluste in diesem in einem Übertragungspfad oder einer
Leitung unter Verwendung einer dotierten Faser mit hoher NF verstärkt, nachdem
daran eine weitere Schädigung
oder Verluste auftraten, weswegen es schwierig ist, die NF unter
6 dB zu halten, wobei diese durch das Verhältnis zwischen dem S/R-Verhältnis auf
der Eingangsseite und demjenigen auf der Ausgangsseite definiert
werden kann.
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Ferner
ist es dann, wenn ein optisches Signal hoher Geschwindigkeit in
einem optischen Pfad einer normalen Übertragungsfaser (NDSF: Non-Dispersion
Shifted Fiber) angewandt wird, erforderlich, eine Vorrichtung zur
Dispersionskompensation einzufügen.
Infolge dessen kommt es zu einem weiteren Erfordernis, den Verlust
auf Grund dieser Vorrichtung zur Dispersionskompensation zu kompensieren.
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Ein
Beispiel für
die Struktur eines derartigen optischen Verstärkers gemäß der herkömmlichen Technik ist in der
Veröffentlichung "Trial of 2 × 2 Bi-directional
Relay Optical Fiber Amplifier (BDLA)" (1997 Society Conference of Electronic
Information Communication Society, B-10-184), veröffentlicht,
mit der die NF auf 7,5 dB herabgedrückt werden kann. Ferner ist
ein Strukturbeispiel beispielsweise im US-Patent Nr. 5,831,754 (japanische
Patentoffenlegung Nr. Hei 7-301831 (1995)) zum Kompensieren des
Verlusts auf Grund der Dispersionskompensationsvorrichtung offenbart.
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Im
Fall des Übertragens
eines optischen Signals durch mehrere Zwischenstationen oder Repeater
unter Verwendung von k optischen Verstärkern steigt der Beeinträchtigungsumfang
hinsichtlich des S/R-Verhältnisses
proportional zur Anzahl k der Stufen an. Daher muss bei einem tatsächlichen
optischen Übertragungssystem,
bei dem eine Obergrenze für
dem Gesamtumfang der Beeinträchtigung
des S/R-Verhältnisses
besteht, die Anzahl der Zwischenstationen oder Repeaterstufen der
Zunahme des S/R-Beeinträchtigungsumfangs
des optischen Verstärkers
folgend verringert werden. Infolge dessen muss der Abstand für die optische Übertragung
verkürzt
werden.
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Wenn
beispielsweise bei einer Regelung entsprechend des Gesamtumfangs
der Beeinträchtigung
des S/R-Verhältnisses
auf 12 dB oder weniger ein optischer Verstärker mit einer Beeinträchtigung des
S/R-Verhältnisses
von 4 dB sowie ein optischer Verstärker mit einer Beeinträchtigung
des S/R-Verhältnisses
von 6 dB mit einem Abstand von 80 km positioniert sind, wird der
Gesamt-Beeinträchtigungsumfang
des S/R-Verhältnisses
für den Übertragungspfad,
der durch drei (3) Stufen optischer Verstärker von 4 dB weitergeleitet
oder verstärkt
wurde, 12 dB, während
derselbe Gesamt-Beeinträchtigungsumfang
des S/R-Verhältnisses
von 12 dB kann erzielt wird, wenn eine Weiterleitung mit zwei (2)
Stufen optischer Verstärker
von 6 dB erfolgt. Das heißt,
dass das optische Signal mit optischen Verstärkern von 4 dB Beeinträchtigung
des S/R-Verhältnisses über einen
Abstand von 240 km übertragen
werden kann, da es damit in drei (3) Stufen weitergeleitet werden kann,
während
es mit optischen Verstärkern
von 6 dB nur über einen
Abstand von 160 km übertragen
werden kann, da es damit nur mit zwei (2) Stufen weitergeleitet
werden kann.
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Obwohl
für den
S/R-Beeinträchtigungsumfang
keine eineindeutige Entsprechung zur NF besteht, wird er groß, wenn
ein optischer Verstärker
mit schlechter NF angewandt wird, weswegen ein Problem dahingehend
existiert, dass der Abstand für
regenerierende Weiterleitung oder Wiederholung kurz wird, wobei
das optische Signal einmal in ein elektrisches Signal zurückgewandelt
wird, um weitergeleitet oder wiederholt zu werden.
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Ferner
sind bei einem optischen Verstärker, bei
dem die dotierte Faser in mehrere Stufen unterteilt ist, mehrere
Anregungs- oder Punktlichtquellen erforderlich, was zu einem Kostenanstieg
des optischen Verstärkers
sowie zu großen
Abmessungen desselben und einer Zunahme seines elektrischen Energieverbrauchs
führt.
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In "Three-stage erbium-doped
fiber amplifier for wide dynamic range and low noise figure", veröffentlicht
in Optical Fiber Communication, Summaries of papers presented at
the Conference OFC '95
(ISBN 0-7803-26454-7), Seiten 171–172 offenbaren S.Y. Park et
al. einen optischen Verstärker
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des vorliegenden Anspruchs 1.
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EP-A-0
805 571 offenbart eine optische Verstärkungsvorrichtung mit einer
Dispersionskompensationsfaser (DCF). Automatische Verstärkungssteuerung
wird dazu verwendet, die durch die DCF hervorgerufenen Verluste
zu kompensieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die oben angegebenen Probleme
zu überwinden
und einen optischen Verstärker
mit Dis persionskompensationsfunktion bei niedriger NF zu schaffen,
der bei niedrigem elektrischem Energieverbrauch wirtschaftlich ist.
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Diese
Aufgabe ist durch den optischen Verstärker gemäß dem Anspruch 1 und das Verfahren gemäß dem Anspruch
10 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen
bevorzugte Ausführungsformen
des Verstärkers
sowie eine optische Übertragungseinrichtung
und ein System unter Verwendung desselben.
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Bei
der Konstruktion gemäß der Erfindung wird
das schwache optische Signal, das im Übertragungspfad (den Übertragungspfaden)
auf Grund seiner Ausbreitung geschwächt wurde, einmal verstärkt, bevor
es durch den Verlust des optischen Teils, wie durch den optischen
Isolator usw., beeinträchtigt wird,
ohne Beeinträchtigung
seiner NF, während
die erste, zweite und dritte optisch dotierte Faser zu seiner Verstärkung gemeinsam
gepumpt oder angeregt werden, um dadurch einen optischen Verstärker zu erhalten,
der wirtschaftlich und klein bei niedrigem Energieverbrauch ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm, das eine optische Übertragungseinrichtung zur
Verwendung als Repeater gemäß einer
ersten und einer zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 zeigt
ein Kurvenbild eines Messergebnisses der NF bei der optischen Übertragungseinrichtung
zur Verwendung als Repeater gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
ein Kurvenbild zum Erläutern
einer Verlustkompensation durch Einfügen einer Dispersionskompensationseinheit
in die optische Übertragungseinrichtung
zur Verwendung als Repeater gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen eines optischen Übertragungssystems
als dritter Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen einer anderen Ausführungsform
des optischen Verstärkers
zur Verwendung als Repeater in der optischen Übertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen einer anderen Ausführungsform
des optischen Verstärkers
zur Verwendung als Repeater in der optischen Übertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7 ist
ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen noch einer anderen Ausführungsform
des optischen Verstärkers
zur Verwendung als Repeater in der optischen Übertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig erläutert.
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Ein
optischer Verstärker,
als erste Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, und eine optische Übertragungseinrichtung,
als zweite Ausführungsform
derselben, werden nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert.
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Gemäß der 1,
die das Blockdiagramm der optischen Übertragungseinrichtung 100 zur
Verwendung als Weiterleitungseinheit oder Repeater zeigt, werden
ein optisches Hauptsignal und ein optisches Überwachungssignal, die hinsichlich
ihrer Wellenlänge
gemultiplext sind, und die auf einem Übertragungspfad 20 auf
einer stromaufwärtigen
Seite (der linken Seite in der 9 durch
Wellenmultiplexen übertragen
werden, in eine Wellenlängentrenneinheit 4 eingegeben,
in der das Überwachungssignal
vom Hauptsignal getrennt wird.
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Das
abgetrennte Überwachungssignal
wird in einem O/E(optische/elektrisch)-Wandlerabschnitt 40 in
ein elektrisches Signal gewandelt oder umgesetzt. Indessen läuft das
Hauptsignal durch die Wellenlängentrenneinheit 4,
und es erreicht einen 95:5-Koppler 5 mit
der Funktion des Koppelns des optischen Signals mit einem Verhältnis von
95:5. Das heißt,
dass durch den 95:5-Kopper 5 ein
großer
Anteil (d.h. mit dem Anteil 95) des Hauptsignals an einen optischen
Verstärker 10A (der
in der Figur durch eine rechteckige oder gestrichelte Linie gekennzeichnet
ist) übertragen
wird, um mit diesem verstärkt
zu werden, und dass andererseits ein kleiner Teil desselben (d.h.
mit dem Anteil 5) über
ein schmalbandiges optisches Filter 31 an einen Lichtdetektor 32 übertragen
wird. Daher wird der kleine Anteil des Hauptsignals mit einer speziellen
Wellenlänge über das
schmalbandige optische Filter 31 ausgewählt, und es wird durch den
Lichtdetektor 32 in ein elektrisches Signal gewandelt oder
umgesetzt, das die zugehörige
Stärke
des einfallenden Lichts zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das schmalbandige
optische Filter 31 vorhanden, da davon ausgegangen wird,
dass das Hauptsignal ein solches ist, das hinsichtlich der Wellenlänge gemultiplext
ist, jedoch ist dieses schmalbandige optische Filter 31 selbstverständlich nicht
erforderlich, wenn das Hauptsignal eine einzige Wellenlänge zeigt.
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Auch
wird vom Hauptsignal, das im optischen Verstärker 10A (d.h. auf
der rechten Seite in der Figur) verstärkt wurde, ein kleiner Anteil
(d.h. mit dem Anteil 5) desselben über einen anderen 95:5-Koppler 5' und ein anderes
schmalbandiges optisches Filter 3' in einen Lichtdetektor 32' übertragen, um
in das elektrische Signal gewandelt zu werden, das die zugehörige Stärke des
einfallenden Lichts anzeigt. Indessen wird in einem 95:5-Koppler 4', der konträr zum Obigen
vorhanden ist, das verstärkte Hauptsignal
erneut mit dem Überwachungssignal
gemultiplext, das durch einen E/O(elektrisch/optisch)-Wandlungsabschnitt 41 in
ein optisches Signal gewandelt wird, um weiter an einen Übertragungspfad 31 auf
einer abwärts
gelegenen Seite (der rechten Seite in der Figur) übertragen
zu werden.
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Der
optische Verstärker 10A verfügt über einen
dotierten Faserabschnitt 1 mit drei (3) Stufen dotierter
Fasern 1A, 1B und 1C, von denen jede
mit einer Seltenen Erde dotiert ist, eine Pumplichtquelle 2 mit
einem zugehörigen
Lichtdetektor 32'', einen optischen
Isolator 6, eine Dispersionskompensationseinheit 7 sowie
mehrere Wellenlängenmultiplexer 3A, 3B und 3C und
auch mehrere Optokoppler 8, 8'. Bei diesem Aufbau wird Pumplicht
von der Pumplichtquelle 2 durch den Optokoppler 8 im
Verhältnis
8:2 (d.h., es ist ein 8:2-Koppler 8) aufgeteilt, und dann wird
ein kleiner Anteil des mit dem Verhältnis 2 abgetrennten Pumplichts
durch den Wellenlängen
Multiplexer 3A in die dotierten Fasern 1A eingeleitet,
um sie zu pumpen. Indessen wird der große Anteil des mit dem Anteil
8 abgetrennten Pumplichts durch den Optokoppler (d.h. einen 1:1-Koppler) 8' mit dem Verhältnis 1:1
in zwei Anteile aufgeteilt, und diese werden über die Wellenlängenmultiplexer 3B und 3C in
die dotierten Fasern 1B bzw. 1C, ebenfalls um
diese zu pumpen, eingeleitet.
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Das
an den optischen Verstärker 10A übertragene
optische Signal wird unter der Bedingung einer niedrigen Anregung
durch die dotierte Faser 1A einmal verstärkt. Danach
läuft es
durch den op tischen Isolator 6 zur Verwendung als Schutz
gegen ASE(Amplified Spontaneous Emission)-Reflexion, und es wird
ferner durch die dotierte Faser 1B verstärkt, um
die Dispersionskompensationseinheit 7 zu durchlaufen. Für diese
Konfiguration ist es sehr wesentlich, die erste optisch dotierte
Faser gegen ASE-Reflexion zu schützen.
So wird die Isolation des Isolators 6 vorzugsweise auf über 20 dB,
und bevorzugter auf über
30, gehalten. Im Allgemeinen ist der Signalverlust in der Dispersionskompensationseinheit
groß,
weswegen sie ferner mit der dotierten Faser 1C zum erneuten Verstärken des
Signals versehen ist.
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Hierbei
wird das Ausgangssignal der Pumplichtquelle 2 durch ein
Steuersignal von einem Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 gesteuert, der
sowohl die Stärke
des einfallenden oder Eingangslichts als auch die Stärke des
verstärkten Hauptsignals überwacht.
Ferner wird die Stärke
des Pumplichts im Lichtdetektor 32'' der
Pumplichtquelle 2 in ein elektrisches Signal gewandelt,
und sie wird an den Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 geliefert,
um dadurch überwacht
zu werden. Obwohl hier eine Erläuterung
aus der Zeichnung weggelassen ist, wird jedoch auch die Temperatur
der optischen Pumplichtquelle 2 usw. überwacht.
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Der Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 empfängt das
elektrische Überwachungssignal,
das im oben genannten O/E-Wandlerabschnitt 40 in
ein elektrisches Signal gewandelt wird, um die Information zu entnehmen,
auf die die optische Übertragungseinrichtung
selbst achten muss. Zu dieser Information gehört beispielsweise Information
zur Wellenlängen
Multiplexzahl, eine Information, die eine Änderung des Verstärkungsfaktors
angibt. Das heißt,
dass an den Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 kondensierte
Information von Einrichtungen auf der stromaufwärtigen Seite sowie Überwachungsinformation
zur optischen Übertragungseinrichtung
selbst gelangen, um zur Steuerung der optischen Pumplichtquelle 2 verwendet
zu werden. Ferner führt der Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 einen Multiplexvorgang
an der Überwachungsinformation der
optischen Übertragungseinrichtung
selbst mittels des elektrisch4en Überwachungssignals aus. Dieses elektrische Überwachungssignal
wird im E/0-Wandlerabschnitt 41 in
das Überwachungssignal
gewandelt, und das gewandelte Signal wird hinsichtlich der Wellenlänge im Wellenlängenmultiplexer 4' mit dem Hauptsignal
gemultiplext, um an die Übertragungseinrichtung
auf der abwärts
gelegenen Seite geliefert zu werden.
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Bei
der oben angegebenen Konstruktion ist es, da keine optischen Teile
wie z. B. ein optischer Isolator oder dergleichen, der zu einem
großen
Signalverlust führt,
in der Eingangsstufe des optischen Verstärkers vorhanden sind, ist es
möglich,
einen optischen Verstärker
und eine optische Übertragungs (Sende)
einrichtung mit niedriger NF zu erhalten.
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Das
heißt,
dass bei der Struktur des herkömmlichen
optischen Verstärkers
der optische Isolator in der Stufe vor der dotierten Faser vorhanden sein
muss, um gegen ein durch ASE verursachtes Zurücklaufen des Reflexionslichts,
wegen der zugehörigen
hohen Anregung, zu schützen.
Jedoch kann, gemäß der Struktur
der vorliegenden Ausführungsform,
selbst bei einer dotierten Faser 1A unter der Bedingung
niedriger Anregung, eine ausreichende Verstärkung erzielt werden, da das
Einfallssignal einen niedrigen Pegel zeigt. Daher erfährt, wenn
der optische Isolator zwischen der hoch angeregten dotierten Faser 1B und
der nieder angeregten dotierten Faser 1A vorhanden ist,
das einfallende oder Eingangssignal keinen nachteiligen Effekt,
insbesondere hinsichtlich seiner NF, da das auf den optischen Isolator
fallende oder Eingangssignal bereits einmal verstärkt ist.
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Auch
kann, gemäß der oben
angegebenen Struktur, der sich aus dem Anbringen der Dispersionskompensationseinheit 7 folgende
Signalverlust durch die dotierte Faser 1C kompensiert oder
ausgeglichen werden.
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Ferner
ist es bei der optischen Übertragungseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
auch möglich,
da sie den Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 enthält, dass
sie zu ihr selbst gehörende
Information empfängt
und ihre eigene Information auch zur abwärts gelegenen Einrichtung herausgibt.
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Das
Eingangssignal in die dotierte Faser 1A aus dem Übertragungspfad 20 liegt,
bei der vorliegenden Konstruktion, hinsichtlich seines Signalpegels
zwischen –30
dBm bis zu –5
dBm, und die dotierte Faser 1A zeigt in ihrer Signalverstärkung einen Gewinn
von 10 dB. Da jedoch in der Stufe vor dem optischen Isolator 1A kein
Isolator vorhanden ist, wie oben angegeben, muss einem Lichtschwingungseffekt
Aufmerksamkeit geschenkt werden. Demgemäß wird der Gewinn bei der Signalverstärkung durch
die dotierte Faser 1A vorzugsweise auf einem solchen Wert
gehalten, dass sie 30 dB oder weniger entspricht, und dass sie bevorzugter
in einem Bereich von 10 dB bis 16 dB liegt. In diesem Fall reicht
eine Länge
der dotierten Faser 1A von 3 m bis 6 m. Innerhalb eines
derartigen Längenbereichs,
wie er oben angegeben ist, kann die NF in der dotierten Faser selbst
vernachlässigt
werden.
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Ferner
liegen die Gewinne in den dotierten Fasern 1B und 1C jeweils
von 10 dB bis 20 dB, während
ihre Längen
jeweils von 10 m bis 20 m betragen.
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Hierbei
kann für
die Pumplichtquelle ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von
980 nm verwendet werden oder alternativ kann statt dessen eine Wellenlänge von
1480 nm verwendet werden. Jedoch ist es bevorzugter, für sie einen
Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 980 nm zu verwenden. Dies,
da durch die Anregung mit Pumplicht einer Wellenlänge von
940 nm erzeugte Störsignale
kleiner als beim Pumplicht mit einer Wellenlänge von 1480 nm sind. Auch
liegt der Ausgangspegel des Pumplichts vorzugsweise z.B. zwischen
120 mW und 150 mW.
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Darüber hinaus
ist es, um die dotierte Faser 1C gegen Schwingungen in
ihr zu schützen,
auch möglich,
einen weiteren optischen Isolator in Reihe zur Dispersionskompensationseinheit 7 anzubringen. Als
Dispersionskompensationseinheit 7 kann beispielsweise eine
Dispersionskompensationsfaser, ein Bragg-Gitter usw. verwendet werden.
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In
der 2 ist ein Ergebnis von Messungen betreffend die
Eingangs/Ausgangs-Charakteristik und die NF eines optischen Signals
(d.h. Test betreffend das Eingangssignal über dem Gewinn & der NF) für Versuche
oder Tests an der Struktur eines optischen Verstärkers gemäß der oben angegebenen, vorliegenden
Ausführungsform
dargestellt. Insbesondere zeigt die 2 Messwerte,
wie sie an einem System erhalten wurden, das mit den Elementen von der
dotierten Faser 1A bis zur dotierten Faser 1B aufgebaut
ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 erfolgt nun eine Erläuterung
zu den Punkten, an denen die Messung bei den Versuchen erfolgte,
wobei das Eingangssignal (die Eingangsleistung) den Signalpegel kennzeichnet,
wie er vom Übertragungspfad 20 aufgenommen
oder eingegeben wird, während
der Gewinn auf der linken, vertikalen Skala und die NF auf der rechten,
vertikalen Skala jeweils die Messwerte an den dotierten Fasern 1A und 1B im
System von der dotierten Faser 1A bis zur dotierten Faser 1B angeben.
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Aus
der 2 ist es ersichtlich, dass die NF für das Eingangssignal
vom Übertragungspfad
so reguliert wird, dass sie 3,9 dB oder weniger beträgt. Selbst
wenn eine Temperaturschwankung des tatsächlichen Systems und auch Ungleichmäßigkeiten der
Größen bei
der Herstellung desselben berücksichtigt
werden, ist es ersichtlich, dass gemäß der Erfindung eine Kontrolle
auf 4,5 dB oder weniger erfolgen kann. Ferner ist es, durch Kompensieren
der Temperaturschwankung und durch Unterdrücken von Größe nungleichmäßigkeiten
bei der Herstellung auch möglich,
den Wert auf 4,0 dB oder weniger zu halten.
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Im
Vergleich zu den NF-Werten bei der herkömmlichen optischen Übertragungseinrichtung, nämlich 7
dB, bedeutet die Verbesserung auf den Wert von 4,0 dB hinsichtlich
der NF-Maßnahme, wenn
eine Umsetzung vom S/R-Wert in das Signal erfolgt, dass der Übertragungsabstand
für das
Signal weiter auf ungefähr
100 km erstreckt werden kann, so dass dadurch eine große Verbesserung
erzielt wird.
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Als
Nächstes
erfolgt, unter Bezugnahme auf die 3, eine
Erläuterung
zu Werten, wie sie bei den oben genannten Versuchen am System erhalten wurden,
das von der dotierten Faser 1B bis zur dotierten Faser 1C aufgebaut
ist. Die 3 zeigt das Ergebnis zum Gewinn
und zur NF (d.h. zum Rauschsignalindex), wie sie am oben angegebenen
System gemessen wurden, wobei jedoch die optische Abschwächungseinheit
an Stelle der Dispersionskompensationseinheit eingesetzt ist, um
den Effekt zu erzielen, dass der Verlust in der Dispersionskompensationseinheit
variabel gemacht wird. Die bei diesem Test gemessene Wellenlänge beträgt 1552
nm, die elektrische Leistung der Pumplichtquelle beträgt 50 nW,
und die Pumpwellenlänge
beträgt
980 nm.
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Wie
es aus der 3 ersichtlich ist, ist dann, wenn
das Eingangssignal hinsichtlich seines Signalpegels –20 dB oder
weniger entspricht, im System der Gewinn um 2 dB verringert, wenn
die Dämpfung durch
die Abschwächungseinheit
auf 5 dB eingestellt wird, im Vergleich zum Wert, wie er erhalten
wird, wenn keine Abschwächung
eingestellt wird. Auch wird im System eine Verringerung des Gewinns
um 4 dB erzielt, wenn die Abschwächung
auf 10 dB eingestellt wird. Indessen ist zwar die NF größer als
das in der 2 dargestellte Messergebnis,
da bei diesem Test keine positive Maßnahme zu ihrer Verringerung ergriffen
ist, jedoch ist es ersichtlich, dass sie beinahe konstant ungefähr 5 dB
beträgt.
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Eine
Beurteilung aus diesen vorstehenden Testergebnissen zeigt deutlich,
dass die oben angegebenen Ausführungsformen
gemäß der Erfindung einen
Effekt dahingehend zeigen, dass sie Verluste auf Grund der optischen
Teile, wie der Dispersionskompensationseinheit usw., kompensieren.
Ferner zeigt es sich auch deutlich, dass die Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
zu keiner Vergrößerung der
NF führen.
Als Nächstes
erfolgt eine Erläuterung zu
einer dritten Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
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Gemäß der 4,
die das Blockdiagramm eines optischen Übertragungssystems vom Wellenlängenmultiplextyp
gemäß der Ausführungsform
der Erfindung zeigt, werden optische Signale einer einzelnen Wellenlänge λ0 von mehreren
optischen Sendern 201 in einem Transponder 210A in
mehrere optische Signale verschiedener Wellenlängen von λ1 bis λn gewandelt und in einem Wellenlängenmultiplexer/Demultiplexer 220 gemultiplext.
Das gemultiplexte optische Signal wird dann durch einen optischen Verstärker 10' auf der Senderseite
verstärkt,
um auf den Übertragungspfad 20 ausgegeben
zu werden. Das im Übertragungspfad
beeinträchtigte
optische Signal wird durch mehrere Stufen optischer Weiterleitungs- oder Repeaterverstärker 10 verstärkt, um
auf den Übertragungspfad 21 weitergeschickt
zu werden. Das heißt,
dass das optische Signal durch den optischen Verstärker 10'' auf der Empfängerseite verstärkt wird,
nachdem es durch die mehreren Stufen der Weiterleitungs- oder Repeaterverstärker verstärkt wurde,
mit einer Zahl, die entsprechend der NF jedes optischen Verstärkers reguliert
wird, und es dann im Wellenlängenmultiplexer/Demultiplexer 220 hinsichtlich
seiner Wellenlänge
geteilt oder demultiplext wird. Ferner werden die Signale, die in
Signale mit Wellenlängen
von λ1 bis λn gemultiplext
wurden, im Transponder 210B ferner in optische Signale
der einzelnen Wellenlänge λ0 zurückgewandelt,
um durch mehrere optische Empfänger 202 empfangen zu
werden.
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In
diesem Fall wird Information betreffend die Wellenlängenwandlung
(d.h. Wellenlängenwandlungsinformation)
im Transponder 210A und im Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 220 auf
der Senderseite durch einen Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 51 kontrolliert,
und es erfolgt ein Multiplexen mit dem Hauptsignal am Ausgangssignal des
optischen Senderverstärkers 10' auf der Empfängerseite,
als Überwachungssignal.
Ein optischer Repeaterverstärker 10,
wie in der 1 erläutert, trennt daraus an seinem
Eingangs das Überwachungssignal
ab, und das Signal wird an seinem Ausgang mit dem Hauptsignal gemultiplext,
nachdem es reproduziert und verstärkt wurde. Indessen endet das
am Eingang des optischen Empfängerverstärkers 10' abgetrennte Überwachungssignal
mit seiner Wellenlängenwandlungsinformation
im Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 52,
und dann wird Entsprechung zwischen den jeweiligen optischen Signalen
und den optischen Empfängern,
an die sie übertragen
sind, dadurch hergestellt, dass die Vorgänge des Wellenlängen-Multiplexers/Demultiplexers
220B und des Transponders 210 auf der Senderseite kontrolliert
werden.
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Der Übertragungsabstand
L zwischen den optischen Verstärkern
ist hauptsächlich
durch den Verlust im optischen Signal im Übertragungspfad bestimmt. Jedoch
differiert der maximale Weiterleitungs- oder Repeater-Regenerationsabstand
L0, d.h. der maximale Abstand, über
den ein optisches Signal nur durch die optische Verstärkung mittels
des optischen Verstärkers übertragen
werden kann, stark abhängig
von der NF des optischen Verstärkers.
Das heißt,
dass die Anzahl der Stufen der Weiterleitungseinheit oder Repeater
mit optischen Verstärkern
mit kleiner NF größer als
bei optischen Verstärkern
mit hoher NF ist, weswegen der maximale Abstand L0 um einen Wert
erweitert werden kann, der den Abstand L zwischen den optischen
Sendern als zugehörige
Einheit bildet.
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Als
Nächstes
erfolgt eine Erläuterung
zur optischen Übertragungseinrichtung 100 mit
einem anderen optischen Verstärker 10B,
gemäß der Erfindung,
in ihr, wozu auf die 5 Bezug genommen wird.
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Für die 5,
die das Blockdiagramm der Übertragungseinrichtung 100 zur
Verwendung als Weiterleitungseinheit oder Repeater gemäß dieser anderen
Ausführungsform
zeigt, wird, da alle Elemente mit Ausnahme des optischen Verstärkers 10B hinsichtlich
ihrer Struktur gleich sind, hier eine Erläuterung zur Struktur und Funktion
der Übertragungseinrichtung
weggelassen.
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Wie
es aus der vorliegenden Ausführungsform
ersichtlich ist, verfügt
der optische Verstärker 10B auch über den
dotierten Faserabschnitt 1 mit drei (3) Stufen dotierter
Fasern 1A, 1B und 1C, von denen jede
mit einer seltenen Erde dotiert ist, die Pumplichtquelle 2 mit
dem zugehörigen
Lichtdetektor 32'', den optischen
Isolator 6 und die Dispersionskompensationseinheit 7 in
ihr. Bei dieser Konstruktion wird ebenfalls das Pumplicht von der
Pumplichtquelle 2 durch den Koppler 8 im Verhältnis 8:2
(d.h. ein 8:2-Koppler) aufgeteilt, und der kleine Anteil des Pumplichts
mit dem Anteil 2 wird durch den Wellenlängenmultiplexer 3A zum
Pumpen der dotierten Fasern 1A in diese eingeleitet. Jedoch
wird der große Anteil
des Pumplichts mit dem Anteil 8, bei dieser anderen Ausführungsform,
durch die Wellenlängenmultiplexer 3B zur
Anregung der dotierten Faser 1B in diese eingeleitet. Auch
sind, bei der vorliegenden Variation, die Länge der dotierten Faser 1B und
das Pumplicht mit dem Anteil 8 so konzipiert oder ausgewählt, dass
dabei Pumplicht im Überschuss
vorliegt. Daher wird das im Überschuss
vorhandene Pumplicht, das durch die dotierte Faser 1B läuft und dann
die Dispersionskompensationseinheit 7 durch das dazwischen
geschaltete Paar von Wellenlängen-Multiplexern/Demultiplexern 9A und 9B umgeht, zur
Anregung der dotierten Faser 1C in diese eingeleitet.
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Bei
dieser Konstruktion wird das an den optischen Verstärker 10B zu übertragende
optische Signal unter der Bedingung niedriger Anregung einmal durch
die dotierte Faser 1A verstärkt. Danach durchläuft es zum
Schutz gegen ASE-Reflexion den optischen Isolator 6. Das
optische Signal wird ferner durch die dotierte Faser 1B verstärkt, und
es durchläuft
die Dispersionskompensationseinheit 7. Auch bei dieser
Variation wird, da der Signalverlust in der Dispersionskompensationseinheit 7 im
Allgemeinen groß ist,
das optische Signal durch die dotierte Faser 1C weiter
verstärkt.
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Außerdem kann,
gemäß dieser
Ausführungsform,
der optische Verstärker
in der optischen Übertragungseinrichtung
dieselben Effekte erzielen, wie sie durch die oben angegebene Ausführungsform
in der 1 erzielt werden, wenn dies berücksichtigt
wird, was bereits angegeben wurde.
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Als
Nächstes
erfolgt unter Bezugnahme auf die 6 eine Erläuterung
zu einer optischen Übertragungseinrichtung 100 gemäß der Erfindung
mit einem anderen optischen Verstärker 10C in ihr.
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Für die 6,
die das Blockdiagramm der Übertragungseinrichtung 100 zur
Verwendung als Weiterleitungseinheit oder Repeater gemäß dieser anderen
Ausführungsform
zeigt, wird, da alle Elemente für
den optische Verstärker 10C hinsichtlich der
Struktur gleich sind, eine Erläuterung
zur Struktur und Funktion der Übertragungseinrichtung
hier weggelassen.
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Bei
der vorliegenden, anderen Ausführungsform
verfügt
der optische Verstärker 10C ebenfalls über den
dotierten Faserabschnitt 1 mit drei (3) Stufen dotierter
Fasern 1A, 1B und 1C, von denen jede mit
einer Seltenen Erde dotiert ist, die Pumplichtquelle 2 mit
dem zugehörigen
Lichtdetektor 32'', den optischen
Isolator 6 und die Dispersionskompensationseinheit in ihm.
Bei dieser Kon struktion wird das Pumplicht von der Pumplichtquelle 2 ebenfalls
durch den optischen Koppler 8 im Verhältnis 8:2 geteilt (d.h., ein
8:2-Koppler 8), und der kleine Anteil des Pumplichts mit dem Anteil
2 wird durch den Wellenlängenmultiplexer 3A zum
Pumpen der dotierten Fasern 1A in diese eingeleitet. Indessen
wird der große Anteil
des Pumplichts mit dem Anteil 8, bei dieser Variation, durch die
Wellenlängenmultiplexer 3B zur
Anregung der dotierten Faser 1B in diese eingeleitet. Außerdem sind
auch bei der vorliegenden anderen Ausführungsform die Länge der
dotierten Faser 1B und das Pumplicht mit dem Anteil 8 so
kombiniert und konzipiert, dass das Pumplicht im Überschuss
vorliegt. Daher läuft
das im Überschuss
vorhandene Pumplicht, nachdem es durch die dotierte Faser 18 gelaufen
ist, ferner durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9', um zur Anregung
der dotierten Faser 1C in diese eingeleitet zu werden.
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Das
an den optischen Verstärker 10C zu übertragende
optische Signal wird durch die dotierte Faser 1A unter
der Bedingung niedriger Anregung einmal verstärkt. Danach durchläuft es zum
Schutz gegen ASE-Reflexion den optischen Isolator 6. Das optische
Signal wird ferner durch die dotierte Faser 1B verstärkt, und
es wird hinsichtlich seiner Wellenlänge in Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9' einmal geteilt,
und es durchläuft
die Dispersionskompensationseinheit 7. Außerdem kommt
es bei dieser anderen Ausführungsform,
da der Signalverlust in der Dispersionskompensationseinheit 7 im
Allgemeinen groß ist,
zu einem Signalverlust im optischen Signal. Das durch den Verlust
beeinträchtigte
optische Signal wird an den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9' zurückgeliefert
und hinsichtlich der Wellenlänge
mit dem Pumplicht gemultiplext, um das Signal in der dotierten Faser 1C zu
verstärken.
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Gemäß dieser
anderen Ausführungsform kann
der optische Verstärker
in der optischen Übertragungseinrichtung
dieselben Effekte erzielen, wie sie bei der oben angegebenen Ausführungsform
in der 1 erzielt werden, wenn das bereits Angegebene
berücksichtigt
wird.
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Als
Nächstes
erfolgt unter Bezugnahme auf die 7 eine Erläuterung
zu einer weiteren, anderen Ausführungsform
der Übertragungseinrichtung 100 mit
dem optischen Verstärker 10C,
gemäß der Erfindung,
in ihr.
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Für die 7,
die das Blockdiagramm der Übertragungseinrichtung 100 zur
Verwendung als Weiterleitungseinheit oder Repeater zeigt, wird hier ebenfalls
die Erläuterung
zur Struktur und Funktion derselben weggelassen, da alle Elemente
mit Ausnahme des optischen Verstärkers 10D hinsichtlich der
Struktur gleich sind.
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Bei
der vorliegenden, weiteren, anderen Ausführungsform verfügt der optische
Verstärker 10D ebenfalls über den
dotierten Faserabschnitt 1 mit drei (3) Stufen dotierter
Fasern 1A, 1B und 1C, von denen jede
mit einer Seltenen Erde dotiert ist, die Pumplichtquelle 2 und
die andere Pumplichtquelle 2' mit
dem zugehörigen
Lichtdetektor 32'', den optischen
Isolator 6 und die Dispersionskompensationseinheit 7 in
ihm. Bei dieser Konstruktion regt das Pumplicht von der Pumplichtquelle 2 die
dotierte Faser 1A über
den Wellenlänge
Multiplexer 3A an. Indessen regt das Pumplicht von der
anderen Pumplichtquelle 2' die
dotierte Faser 1B über
den Wellenlängen
Multiplexer 3B an. Auch sind bei der vorliegenden weiteren,
anderen Ausführungsform
die Länge
der dotierten Faser 1B und das Pumplicht von der anderen
Pumplichtquelle 2' so
kombiniert und konzipiert, dass Pumplicht im Überschuss vorhanden ist. Daher
kann das im Überschuss
vorhandene Pumplicht durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9D laufen,
um auch die dotierte Faser 1C anzuregen.
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Das
an den optischen Verstärker 10D zu übertragene
optische Signal wird unter der Bedingung niedriger Anregung einmal
durch die dotierte Faser 1A verstärkt. Danach durchläuft es Durchläufe durch
den optischen Isolator 6 für Schutz gegen ASE-Reflexion.
Ferner wird es durch die dotierte Faser 1B verstärkt und
dann im Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9' hinsichtlich
seiner Wellenlänge einmal
geteilt, und ferner durchläuft
es die Dispersionskompensationseinheit 7. Auch bei dieser
weiteren, anderen Ausführungsform
enthält
das optische Signal einen Signalverlust, da der Signalverlust in
der Dispersionskompensationseinheit 7 im Allgemeinen groß ist. Das
durch den Verlust beeinträchtigte
optische Signal kehrt zum Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 9' zurück, und
es wird hinsichtlich der Wellenlänge
mit dem Pumplicht gemultiplext, um das Signal in der dotierten Faser 1D zu
verstärken.
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Hierbei
wird das Ausgangssignal der anderen Pumplichtquelle 2' durch ein Steuerungssignal vom Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50,
der die Stärken
des Eingangslichts und des verstärkten Hauptsignals überwacht,
gesteuert. Ferner wird die Stärke
des Pumplichts durch den Lichtdetektor 32'' der
anderen Pumplichtquelle 2' in
ein elektrisches Signal gewandelt, um dadurch ebenfalls durch den Überwachungs-/Steuerungsabschnitt 50 überwacht zu
werden.
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Bei
dieser weiteren, anderen Ausführungsform
sind, abweichend von den verschiedenen oben angegebenen Ausführungsformen,
zwei Sätze
von Anregungslichtquellen enthalten. Jedoch ist der Preis gering,
da zum Pumpen der dotierten Faser 1A vom Typ mit niedriger Anregung
eine Pumplichtquelle mit einer Leistung von 30 mW bis 50 mW genügt.
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Auch
kann, gemäß dieser
weiteren, anderen Ausführungsform,
der optische Verstärker
in der optischen Übertragungseinrichtung
dieselben Effekte erzielen, wie sie bei der oben angegebenen Ausführungsform
in der 1 erzielt werden, wenn das bereits Angegebene
berücksichtigt
wird.
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Bei
der weiteren, anderen Ausführungsform, wie
sie angegeben wurden, wird die dotierte Faser in drei Stufen durch
die zwei Sätze
von Pumplichtquellen angeregt. Jedoch soll die Erfindung nicht alleine auf
die oben angegebene Ausführungsformen
eingeschränkt
sein. Beispielsweise ist es ferner möglich, die dotierten Fasern 1A und 1B durch
einen Satz einer Pumplichtquelle anzuregen oder zu pumpen, sowie
die dotierte Faser 1C als einzelne Pumplichtquelle auszubilden.
In diesem Fall ist es bevorzugt, Pumplicht mit Wellenlängen von
980 nm zum Pumpen der dotierten Fasern 1A und 1B zu
verwenden. Obwohl nicht nur Pumplicht mit den Wellenlängen von
980 nm sondern auch von 1480 nm verwendet werden kann, ist es möglich, dadurch
eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen, dass Pumplicht mit einer Wellenlänge von
1480 nm gewählt
wird.
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Bei
allen oben angegebenen Ausführungsformen
besteht für
die Beziehung zwischen den dotierten Fasern und der mindestens einen
Pumplichtquelle keine Einschränkung
auf die in den Figuren dargestellte Konstruktion. Das heißt, dass
eine Konstruktion mit einem Frontanregungsverfahren erfolgen kann,
bei dem das Signal und das Anregungslicht in derselben Richtung
laufen, oder durch ein Umkehranregungsverfahren, bei dem das Signal
und das Anregungslicht in ihren Richtungen umgekehrt werden, oder
durch ein Verfahren mit Anregung in beiden Richtungen.
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Ferner
ist es, gemäß der Erfindung,
auch möglich,
den optischen Verstärker
und die optische Übertragungseinrichtung
unter Verwendung desselben so auszubilden, dass ein optisches Signal
hoher Geschwindigkeit auf billige Weise verstärkt werden kann und eine niedrige
NF erzielt werden kann. Ferner ist es auch möglich, ein optisches Übertragungssystem
zu schaffen, das eine Übertragung über einen langen
Weg ermöglicht.