DE69430614T2

DE69430614T2 - Faseroptischer Verstärker und optischer Zwischenverstärker

Info

Publication number: DE69430614T2
Application number: DE69430614T
Authority: DE
Inventors: Tomonori Kashiwada; Koji Nakazato; Masayuki Nishimura; Masayuki Shigematsu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1994-11-23
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2014-11-24
Also published as: KR950014919A; AU690585B2; AU7897494A; US5640269A; EP0654872B1; JPH07147445A; US5532870A; KR0175343B1; JP2636152B2; CA2136360C; CA2136360A1; DE69430614D1; EP0654872A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärker optischer Fasern zur Verwendung in optischen Kommunikationssystemen, die eine Wellenlängenaufteilungsmultiplex-Transmission oder eine optische Analog-Transmission durchführen, und sie betrifft einen optischen Zwischenverstärker zur Verwendung in optischen Kommunikationsleitungen, die in mehreren Stufen geschaltet sind.

Hintergrund der Technik

Verstärker von optischen Fasern, denen dynamische Energie in Form von Licht zugeführt wird und die zur Verstärkung des Eingangssignallichts und zum Emittieren des verstärkten Lichts vorgesehen sind, werden in der Hauptsache in optischen Kommunikationssystemen verwendet. Insbesondere ist ein Verstärker optischer Fasern, der eine optische Faser verwendet, in die ein Seltenerdelement, beispielsweise Erbium, dotiert ist, im Hinblick auf eine hohe Verstärkung und niedriges Rauschen überlegen und wird auf verschiedene Arten genutzt.
Es ist bekannt, dass in derartigen Verstärkern optischer Fasern die Verstärkung der mit einem Seltenerdelement dotierten Faser wellenlängenabhängig ist. Inbesondere in der optischen Analogtransmission behindert in Kombination mit Laser-Chirpen die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung die präzise Verstärkung des als Sender verwendeten Signallichts. Um das zu verbessern, sind verschiedene Versuche unternommen worden, die Wellenlängenabhängigkeit zu verringern.
Ein erstes Beispiel für diese Versuche ist eine Technik zur Verringerung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung durch Mit-Dotieren von Al in einer mit Er dotierten Verstärkungsfaser. Von dieser Technik wird beispielsweise in: C. G. Atkins et al., "Electron. Lett., Bd. 14, 1989, Seiten 1062 bis 1064", berichtet. Das zweite Beispiel solcher Versuche zur Verringerung der Wellenlängenabhängigkeit betrifft eine Technik zur Verkürzung der mit Er dotierten optischen Verstärkungsfaser. Von dieser Technik wird beispielsweise in: S. L. Hansen et al., "IEEE Photon. Technol. Lett., Bd. 4, Nr. 4, 1993, Seiten 409 bis 411", berichtet.
Bei einer Transmission über eine lange Entfernung wird ein optischer Zwischenverstärker verwendet, der einen Verstärker optischer Fasern umfasst, um eine mehrstufige Transmissionsleitung auszubilden, die die durch die Lichtwellenleitertransmission verursachten optischen Verluste kompensiert. In optischen Zwischenverstärkern wird das Signallicht mit dem Verstärker optischer Fasern verstärkt, aber in diesem optischen Zwischenverstärker werden bei einer Verstärkung des Signallichtes Rauschkomponenten in einem relativ großen Wellenlängenbereich verteilt, beispielsweise wird eine Wellenlänge an einem Verstärkungspeak den Signalkomponenten mit den Transmissionswellenlängen des Signallichtes hinzugefügt. Wenn hier die Wellenlänge des Signallichtes im wesentlichen mit der Wellenlänge am Verstärkungspeak des optischen Zwischenverstärkers übereinstimmt, werden die Signalkomponenten durch einen höheren Verstärkungsfaktor verstärkt als die Rauschkomponenten. Infolgedessen ist eine Unterscheidung zwischen Signalkomponenten und Rauschkomponenten sogar in der Transmissionsleitung einfach, in der optische Zwischenverstärker, die optische Faserverstärker der gleichen Art aufweisen, mehrstufig angeordnet sind.
Wenn aber die Transmissionswellenlänge von der Wellenlänge am Verstärkungspeak verschieden ist, werden die Rauschkomponenten durch einen höheren Verstärkungsfaktor verstärkt als die Signalwellenlängen. Infolgedessen ist eine Unterscheidung zwischen Signalkomponenten und Rauschkomponenten in der Transmissionsleitung schwierig, in der optische Zwischenverstärker, die optische Faserverstärker der gleichen Art aufweisen, mehrstufig angeordnet sind. Daher ist in der optischen Kommunikationsleitung, in der mehrere Transmissionsleitungen durch die optischen Zwischenverstärker mehrstufig zur Transmission und Verstärkung des Signallichts verbunden sind, ein Transmissionssignal im wesentlichen auf ein optisches Signal mit einer einzigen Wellenlänge beschränkt und eine Wellenlänge an einem Verstärkungspeak des optischen Zwischenverstärkers wird als die Wellenlänge des Signallichts eingesetzt.
Die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Verstärkungsbetrieb der Verstärkung einer mit einem Seltenerdelement dotierten optischen Faser hängt von der Glaszusammensetzung eines Kerns und dem zu dotierenden Typ des Seltenerdelements ab.
Dementsprechend besteht bei der Verringerung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung durch Mit-Dotieren von Al in hoher Konzentration oder bei der Verkürzung der verstärkenden optischen Faser eine Grenze, und es besteht ebenfalls eine Grenze in einem Wellenlängenbereich, in dem die Wellenlängenabhängigkeit verringert werden kann (T. Kashiwada et al.: "OAA '93, MA6"). Bei der Technik zur Verkürzung der verstärkenden optischen Faser tritt ferner das Problem auf, dass keine ausreichende Verstärkung erzielt werden kann.
Als Gegenmaßnahme gegen diese Probleme ist eine passive Komponente (z. B. ein optisches Filter), die die Wellenlängenabhängigkeit des Einführungsverlustes aufweist, an einem Ausgang des Faserverstärkers angeordnet, um die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung des Faserverstärkers zu beseitigen. Mit dieser Gegenmaßnahme ist jedoch das Verlustmedium vorhanden, das die Verschlechterung der für die Verstärkung verwendeten Effektivität der Energie verursacht und schließlich zur Verschlechterung der Effektivität der Verstärkung führt.
In der optischen Kommunikationsleitung, in der die optischen Zwischenverstärker mehrstufig angeordnet sind, ist der Transmissionsverlust jedes benachbarten optischen Zwischenverstärkers generell von dem der anderen verschieden, da der Abstand zwischen jedem der benachbarten optischen Zwischenverstärker von den anderen verschieden ist. Bei der Verstärkungsoperation zur Verstärkung der mit einem Seltenerdelement dotierten Faser ändert sich die Wellenlänge am Verstärkungspeak in Abhängigkeit vom zu verstärkenden Eingangslicht.
Um folglich die Wellenlänge am Verstärkungspeak jedes optischen Zwischenverstärkers im wesentlichen identisch zu haben, muß die Wellenlänge am Verstärkungspeak für jeden optischen Zwischenverstärker eingestellt werden, oder der Leistungsverlust zwischen jedem der optischen Zwischenverstärker muß festgelegt werden. Letzteres ist jedoch deshalb problematisch, weil es für eine Installation von optischen Transmissionsfasern eine Grenze gibt und weil an der Kommunikationsleitung eine hohe Energie für die Verstärkung benötigt wird.
Als ein früheres Verfahren ist das Verfahren zur Einstellung der Wellenlänge am Verstärkungspeak jedes optischen Zwischenverstärkers bekannt, wobei (1) die Einstellung der Länge der verstärkenden optischen Faser und (2) die Einstellung der Zusammensetzung der verstärkenden optischen Faser durch Mit-Dotieren von Al bekannt sind; das Verfahren (1) weist jedoch das Problem auf, dass die Verkürzung der optischen Faser eine Verschlechterung der Verstärkung verursacht und dass eine Verlängerung der optischen Faser eine Verschlechterung der Rauschcharakteristka verursacht. Es ist daher schwierig, die Wellenlänge am Verstärkungspeak unabhängig zu steuern. Das Verfahren (2) kann die Wellenlänge am Verstärkungspeak steuern, ohne dabei andere Eigenschaften zu beschädigen, wie aber in Fig. 1 gezeigt ist, ändert sich die Welle am Verstärkungspeak bei 0 bis 0,5 Gew.-% der mit Al mit-dotierten Konzentration stark, wodurch das Problem auftritt, dass eine präzise Einstellung der Wellenlänge am Verstärkungspeak in der Produktion schwierig ist. Es ist anzumerken, dass der Spannweitenverlust und die Übertragungsverstärkung in der letzten Stufe ausreichend stabil sind, wenn mehrere Zusammensetzungen, in denen der optische Zwischenverstärker in der letzten Stufe der Kommunikationsleitung angeordnet ist, in Reihe geschaltet sind und dass Fig. 1 eine Beziehung zwischen dem Spannweitenverlust und der Wellenlänge am Verstärkungspeak in diesem stabilen Zustand zeigt.
EP-0 440 024 A2 offenbart ein mehrstufigen Verstärker optischer Fasern. Der Verstärker hat zwei oder mehrere in Kaskaden geschaltete Verstärkerstufen, die aus einem Faserstück hergestellt sind, das das Signallicht verstärkt, einen wellenlängenselektiven Richtungskoppler und eine Pumplichtquelle. Das Ende des Faserstücks einer Verstärkungsstufe, das sich auf der Ausgangsseite in der Lichttransmissionsrichtung befindet, ist mit dem Eingang des Richtungskopplers der folgenden Verstärkungsstufe verbunden. Die Faserstücke der einzelnen Verstärkerstufen sind in Bezug auf Länge und/oder Dotierung und/oder Material voneinander verschieden, damit mit verschiedenen Wellenlängen eine maximale Verstärkung erzielt wird. Folglich werden die entsprechenden Faserstücke durch voneinander unabhängiges Anregungslicht angeregt und die jeweiligen Anregungslichtwellenlängen sind verschieden.
Ein mehrstufiger Verstärker optischer Fasern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus EP-0 463 771 A2 bekannt.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verstärker optischer Fasern anzugeben, der die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in verschiedenen Wellenlängenbereichen in der Wellenlängenmultiplex-Transmission oder der optischen Analog- Transmission reduziert und den Energiewirkungsgrad für die Verstärkung aufrechterhält.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Zwischenverstärker anzugeben, der einen Verstärker optischer Fasern umfasst, der aus einer Wellenlänge an einem Verstärkungspeak eine vorgegebene Wellenlänge in Übereinstimmung mit den Intensitäten verschiedener Typen von Eingangslicht erzeugt.
Diese Aufgaben werden durch einen optischen Verstärker mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Ein erster Typ des optischen Verstärkers der vorliegenden Erfindung ist ein Verstärker optischer Fasern, der ein dem Wellenlängenmultiplexen unterzogenes optisches Signal verstärkt, das Informationen für jede Wellenlänge enthält und umfasst: (a) eine Verbundlichtleitfaser zum Empfangen von Signallicht und Anregungslicht, zum Verstärken des Signallichtes und zum Emittieren des verstärkten Signallichtes, die enthält: mehrere in Reihe gekoppelte optische Fasern in unterschiedlichen Zusammensetzungen, in denen ein Seltenerdelement dotiert ist, und (b) ein Anregungsmittel zur Erzeugung des Anregungslichtes und zur Zuführung des Anregungslichtes zur Verbundlichtleitfaser und für Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist und mit dem optischen Signal Informationen trägt, beträgt eine Differenz in den Verstärkungen des Verstärkers der optischen Fasern infolge der Differenz bei den Wellenlängen weniger als 1 dB.
Hier wird die Zusammensetzung jeder optischen Faser der mehreren optischen Fasern in Übereinstimmung mit der Wellenlängenabhängigkeit der gemessenen Verstärkung durch gleichzeitiges Verstärken von Licht mit mehreren Wellenlängen bestimmt und gleichzeitig zu jeder optischen Faser gesandt, die die gleiche Zusammensetzung wie jede der optischen Fasern aufweist.
Das Anregungsmittel kann enthalten: (a) eine Anregungslichtquelle zur Erzeugung des Anregungslichtes und (b) einen Richtungskoppler zum Empfang des Anregungslichts, das von der Anregungslichtquelle von einem ersten Anschluß emittiert wird, und zum Empfang von Eingangssignallicht oder Licht, das von der Verbundlichtleitfaser von einem zweiten Anschluß emittiert wird, und Emittieren des Anregungslichts zur Verbundlichtleitfaser, wobei das Seltenerdelement in der Verbundlichtleitfaser durch ein Verfahren angeregt wird, das unter Vorwärtspumpen, Rückwärtspumen und bidirektionalem Pumpen ausgewählt ist.
Das Seltenerdelement ist bevorzugt Erbium. Hier besteht der Unterschied der Zusammensetzungen bei den mehreren optischen Fasern im Unterschied der Al&sub2;O&sub3;-, der P&sub2;O&sub5;-Konzentrationen, der mit Erbium dotierten Konzentrationen, die sich in jeder optischen Faser befinden, oder einer Kombination dieser Konzentrationen.
Die Differenz zwischen maximaler Verstärkung und minimaler Verstärkung der Verbundlichtleitfaser in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich ist kleiner als die Differenz zwischen maximaler Verstärkung und minimaler Verstärkung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich, wenn jede der mehreren optischen Fasern die gleiche effektive Länge wie die Verbundlichtleitfaser hat und das gleiche Anregungslicht wie die Verbundlichtleitfaser erhält.
Ferner kann die Verbundlichtleitfaser umfassen: (1) eine erste Faser zum Empfang und Verstärken von Licht im vorgegebenen Wellenlängenbereich, wobei ein Verhältnis der Verstärkung an einer vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten relativ zu einer Änderung der Verstärkung, die einer Änderung einer Verstärkungswellenlänge im vorgegebenen Wellenlängenbereich entspricht, einen ersten Wert aufweist, und (2) eine zweite Faser zum Empfang und Verstärken von Licht, das von der ersten Faser emittiert wird, wobei ein Verhältnis der Verstärkung an der vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialquotienten relativ zu einer Änderung der Verstärkung, die einer Änderung einer Verstärkungswellenlänge im vorgegebenen Wellenlängenbereich entspricht, ein entgegengesetztes Vorzeichen und im wesentlichen den gleichen absoluten Wert aufweist wie der erste Wert.
Ein zweiter Typ eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung ist ein Verstärker optischer Fasern zur Verstärkung eines optischen Analogsignals, das Informationen mit einer Intensität trägt, die sich in jedem Augenblick ändert und der umfasst: (a) eine Verbundlichtleitfaser zum Empfangen von Signallicht und Anregungslicht, Verstärken des Signallichts und Emittieren des verstärkten Signallichts und die umfaßt: mehrere in Reihe gekoppelte optische Fasern, die verschiedene Zusammensetzungen haben, in denen ein Seltenerdelement dotiert ist, und (b) ein Anregungsmittel zur Erzeugung des Anregungslichts und zur Zuführung des Anregungslichts zur Verbundlichtleitfaser, und wobei eine Änderungsrate der Verstärkung des Faserverstärkers infolge einer Änderung der Wellenlänge für mehrere Wellenlängenkomponenten des optischen Signals unter 0,2 dB/nm liegt.
Hier wird die Zusammensetzung jeder optischen Faser der mehreren optischen Fasern in Übereinstimmung mit der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung bestimmt, die als Verstärkung in Bezug auf ein kleines Signal gemessen wird, während jede der optischen Fasern einen gesättigten Bereich aufrecht erhält.
Darüber hinaus kann das Anregungsmittel umfassen: (a) eine Anregungslichtquelle zur Erzeugung von Anregungslicht und (b) einen Richtungskoppler zum Empfang von Anregungslicht, das von der Anregungslichtquelle von einem ersten Anschluß emittiert wird, und zum Empfang von Eingangssignallicht oder von Licht, das von der Verbundlichtleitfaser von einem zweiten Anschluß ausgesandt wird und das Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser emittiert, wobei das Seltenerdelement in der Verbundlichtleitfaser mit einem Verfahren angeregt wird, das unter Vorwärtspumpen, Rückwärtspumpen und bidirektionalem Pumpen ausgewählt ist.
Das Seltenerdelement ist bevorzugt Erbium. Hier besteht der Unterschied der Zusammensetzungen bei den mehreren optischen Fasern im Unterschied der Al&sub2;O&sub3;-, der P&sub2;O&sub5;-Konzentrationen, der mit Erbium dotierten Konzentrationen, die sich in jeder optischen Faser befinden, oder einer Kombination aus denselben.
Die Differenz zwischen maximaler Verstärkung und minimaler Verstärkung der Verbundlichtleitfaser in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich ist kleiner als die Differenz zwischen maximaler Verstärkung und minimaler Verstärkung im vorgegebenen Wellenlängenbereich, wenn jede der mehreren optischen Fasern die gleiche effektive Länge wie die Verbundlichtleitfaser hat und das gleiche Anregungslicht wie die Verbundlichtleitfaser erhält.
Ferner kann die Verbundlichtleitfaser umfassen: (1) eine erste Faser zum Empfang und Verstärken von Licht im vorgegebenen Wellenlängenbereich, wobei ein Verhältnis der Verstärkung an einer vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten relativ zu einer Änderung der Verstärkung, die einer Änderung einer Verstärkungswellenlänge im vorgegebenen Wellenlängenbereich entspricht einen ersten Wert hat, und (2) eine zweite Faser zum Empfang und Verstärken von Licht, das von der ersten Faser emittiert wird, wobei ein Verhältnis der Verstärkung an der vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten relativ zu einer Änderung der Verstärkung, die einer Änderung einer Verstärkungswellenlänge im vorgegebenen wellenlängenbereich entspricht, ein entgegengesetztes Vorzeichen und im wesentlichen den gleichen absoluten Wert wie der erste Wert hat.
Ein dritter Typ eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung umfasst: (a) eine Verbundlichtleitfaser zum Empfangen von Signallicht und Anregungslicht, Verstärken des Signallichts und Emittieren des verstärkten Signallichts und die umfaßt: mehrere in Reihe gekoppelte optische Fasern, die verschiedene Zusammensetzungen haben, in denen ein Seltenerdelement dotiert ist, wobei eine Beziehung zwischen der Intensität des Eingangssignallichtes und einer Wellenlänge, bei der die Verstärkung am größten ist, die verschieden ist von einer Beziehung zwischen der Intensität des Eingangssignallichtes und der Verstärkung, wenn jede der mehreren optischen Fasern die gleiche effektive Länge wie die Verbundlichtleitfaser aufweist und das gleiche Anregungslicht wie die Verbundlichtleitfaser empfängt, und (b) ein Anregungsmittel zur Erzeugung des Anregungslichts und zur Zuführung des Anregungslichts zur Verbundlichtleitfaser, wobei eine Änderungsrate der Verstärkung des Faserverstärkers infolge einer Änderung der Wellenlänge für mehrere Wellenlängenkomponenten des optischen Signals unter 0,2 dB/nm liegt.
Das Anregungsmittel kann hier umfassen: (a) eine Anregungslichtquelle zur Erzeugung von Anregungslicht und (b) einen Richtungskoppler zum Empfang von Anregungslicht, das von der Anregungslichtquelle aus einem ersten Anschluß emittiert wird, und zum Empfang von Eingangssignallicht oder von Licht, das von der Verbundlichtleitfaser aus einem zweiten Anschluß ausgesandt wird und das Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser emittiert, und wobei das Seltenerdelement in der Verbundlichtleitfaser mit einem Verfahren angeregt wird, das unter Vorwärtspumpen, Rückwärtspumpen und bidirektionalem Pumpen ausgewählt ist.
Das Seltenerdelement ist bevorzugt Erbium. Hier besteht der Unterschied der Zusammensetzungen bei den mehreren optischen Fasern im Unterschied der Al&sub2;O&sub3;-, der P&sub2;O&sub5;-Konzentrationen, der mit Erbium dotierten Konzentrationen, die sich in jeder optischen Faser befinden, oder einer Kombination dieser Konzentrationen.
Die Verbundlichtleitfaser kann ferner umfassen:
(1) eine erste optische Faser zum Empfang von Signallicht mit einer Wellenlänge in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich und Anregungslicht und zur Verstärkung des Signallichts, wobei eine Intensität des Signallichts und eine Wellenlänge, bei der die Verstärkung in der vorgegebenen Wellenlänge am größten ist, eine erste Beziehung aufweist, und
(2) eine zweite optische Faser zum Empfang und zur Verstärkung von Signallicht, das eine Wellenlänge in dem von der ersten optischen Faser ausgesandten Wellenlängenbereich aufweist, und von Anregungslicht, wobei die Intensität des Signallichts und die Wellenlänge, an der die Verstärkung in der vorgegebenen Wellenlänge am größten ist, eine zweite, von der ersten Beziehung verschiedene Beziehung aufweist.
Ein optischer Leistungsverstärker kann konstruiert sein, indem in diesem die oben beschriebenen Faserverstärker verwendet sind.
Fig. 2 ist eine abstrakte Ansicht eines erfindungsgemäßen Verstärkers optischer Fasern. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst der erfindungsgemäße Verstärker optischer Fasern: (a) eine Verbundlichtleitfaser, in der mehrere von mindestens zwei Arten von mit einem Seltenerdelement dotierten Verstärkungsfasern mit verschiedenen Glaszusammensetzungen in Reihe geschaltet sind, und (b) ein Anregungsmittel zur Zuführung von Energie zur Verstärkung in Form von Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser. Beim Anregungsmittel kann Vorwärtspumpen, Rückwärtspumpen oder bidirektionales Pumpen verwendet werden.
Wenn Licht mit einer angenommenen Intensität (I&sub0;) auf den Verstärker optischer Fasern der obigen Konfiguration fällt, wobei angenommen wird, dass die Verstärkung jeder Faser gi (λ)beträgt, wird die Verstärkung g(λ) des gesamten Verstärkers optischer Fasern durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
g(λ) = gi(λ) (1).
Folglich ist die Wellenlängenabhängigkeit dg(λ)/dλ der Verstärkung g(λ) des gesamten Verstärkers optischer Fasern durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Wie oben dargestellt, kann die Wellenlängenabhängigkeit dgi(λ)/dλ jeder Verstärkungsfaser durch Steuerung der Mit- Dotierungskonzentration, wie z. B. Al, eingestellt werden und die Verstärkung jeder Verstärkungsfaser kann durch Steuerung ihrer Länge eingestellt werden, so dass die Rauscheigenschaften nicht verschlechtert werden, oder durch Steuerung der Konzentration des zu dotierenden Seltenerdelements. Wenn daher sowohl die Zusammensetzung als auch die Länge jeder Verstärkungsfaser eingestellt werden, entsteht für eine Wellenlängenmultiplex-Transmission oder eine Analog-Tansmission ein Verstärker optischer Fasern, in dem die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich reduziert ist, sowie ein Verstärker optischer Fasern, in dem eine vorgegebene Wellenlänge an einem Verstärkungspeak erzielt werden kann.
Es ist anzumerken, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung des Faserverstärkers, d. h., die Wellenlänge der Verstärkung jeder Verstärkungsfaser, sich in Abhängigkeit von der Intensität (I&sub0;) des einfallenden Lichts ändert. Wenn jedoch die Änderung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung aufgrund der Glaszusammensetzung zur Verringerung der Wellenlängenabhängigkeit berücksichtigt wird, kann sogar mit dem Faserverstärker, der mit der angenommenen spezifizierten Intensität des einfallenden Lichts ausgebildet ist, die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im vorgegebenen Wellenlängenbereich verringert werden, wenn sich die Intensität des einfallenden Lichts nicht wesentlich von der angenommenen Intensität des einfallenden Lichts unterscheidet. Zur Einstellung einer vorgegebenen Wellenlänge an einem Verstärkungspeak im Faserverstärker, der im optischen Zwischenverstärker verwendet werden soll, kann die Intensität des einfallenden Lichts voreingestellt werden, denn der Transmissionsverlust zwischen jedem der optischen Zwischenverstärker ist bei der Installation der Kommunikationsleitung bekannt.
Im folgenden wird der Betrieb des ersten, zweiten und dritten Verstärkers optischer Fasern erläutert.
Bei der Wellenlängenmultiplex-Transmission bzw. WDM- Transmission unterscheidet sich die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem Fall, in dem Licht mehrerer Wellenlängen gleichzeitig mit einem Verstärker optischer Fasern verstärkt wird, in dem eine mit einem Seltenerdelement dotierte optische Faser verwendet ist (Mehrwellenlängenverstärkung), von der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Fall, in dem das Licht für jede Wellenlänge verstärkt wird (Einzelwellenlängenverstärkung). Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Fall der vier-Wellenlängen-Verstärkung und die Verstärkung im Fall der Einzel-Wellenlängen-Verstärkung zeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist zwischen der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der Mehrwellenlängen-Verstärkung und der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Fall der Einzel- Wellenlängen-Verstärkung nicht nur die Verstärkung unterschiedlich, sondern auch der Differentialkoeffizient an jeder Wellenlänge, bezogen auf eine Veränderung einer Verstärkungswellenlänge. Der erste Typ des erfindungsgemäßen optischen Verstärkers ist ein Verstärker optischer Fasern, bei dem eine Verbundlichtleitfaser verwendet ist, wobei mit einem Seltenerdelement dotierte optische Verstärkungsfasern verwendet werden, die mindestens zwei Arten von Glaszusammensetzungen mit unterschiedlicher Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung aufweisen, die auf der Basis der Auswertung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der mit dem Seltenerdelement dotierten optischen Fasern mit verschiedenen Arten von Glaszusammensetzungen für eine Mehrwellenlängenverstärkung in Reihe geschaltet werden, und was im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisiert wird. Mit diesem Verstärker optischer Fasern wird die Verstärkungsdifferenz, bezogen auf die Lichtwellenlängen für eine Wellenlängenmultiplex-Transmission unter 1 dB verringert.
Das bidirektionale Pumpen wird mit einer Verbundlichtleitfaser durchgeführt, in der mehrere, mit einem Seltenerdelement dotierte optische Fasern direkt miteinander ohne irgendeinen Einschluß gekoppelt sind, so dass jede, mit einem Seltenerdelement dotierte optische Faser in ausreichender Weise angeregt wird, der Rauschfaktor in exzellenter Weise aufrechterhalten werden kann und der Wirkungsgrad aufrechterhalten wird. Wenn ein Filter, ein Isolator oder ein Koppler zwischen jeder der mit einem Seltenerdelement dotierten optischen Fasern vorgesehen ist, wird der Verstärkungswirkungsgrad nur mit dem Anregungslicht verschlechtert, das von den beiden Enden der Verbundlichtleitfaser gesendet wird.
In der Analog-Transmission ändert sich die Amplitude des transmittierten Lichts jeden Augenblick. In diesem Fall war es bekannt, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung eines Faserverstärkers, der eine mit einem Seltenerdelement dotierte optische Faser verwendet, von der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung für Dauerlicht mit im wesentlichen der gleichen Intensität verschieden ist (S. L. Hansen et al., "IEEE Photon, Technol. Lett., Bd. 4, Nr. 4, 1993, Seiten 409 bis 411"). Andererseits hat ein optisches Signal bei der Einzellichtwellen-Analog-Transmission eine Wellenlängenverteilung in einem kleinen Bereich, wenn eine als Sender verwendete Laserdiode direkt moduliert wird. Der zweite Typ eines Faserverstärkers der vorliegenden Erfindung ist ein Faserverstärker, der eine Verbundlichtleitfaser verwendet, wobei mit einem Seltenerdelement dotierte optische Verstärkungsfasern verwendet werden, die mindestens zwei Arten von Glaszusammensetzungen mit unterschiedlicher Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung aufweisen, die auf der Basis der Auswertung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der mit dem Seltenerdelement dotierten optischen Fasern mit verschiedenen Arten von Glaszusammensetzungen für kleine Signale in Reihe geschaltet sind, und wobei die optischen Fasern den Sättigungsbereich aufrechterhalten (gesperrte Inversion (LI)), was in der Erfindung realisiert wird. In diesem Verstärker optischer Fasern wird der Änderungsbetrag der Verstärkung infolge einer Änderung der Wellenlänge unter 0,2 dB/nm herabgesetzt.
Der dritte Typ eines Faserverstärkers der vorliegenden Erfindung beruht auf dem gleichen Wissen wie dem des zweiten Typs des Faserverstärkers der vorliegenden Erfindung, und der Änderungsbetrag der Verstärkung des Faserverstärkers liegt infolge einer Änderung der Wellenlänge für jede Wellenlänge in der Wellenlängenmultiplex-Transmission unter 0,2 dB/nm.
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die jedoch lediglich als Illustration zu verstehen sind und keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung bedeuten, besser verständlich.
Ein weiterer Bereich der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung geht aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor. Es ist jedoch anzumerken, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Illustration dienen, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, den Fachleuten auf diesem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung einleuchtend sein werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung, die Charakteristika eines herkömmlichen optischen Zwischenverstärkers zeigt,
Fig. 2 eine abstrakte Ansicht, die einen erfindungsgemäßen Verstärker optischer Fasern zeigt,
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Fall der vier- Wellenlängen-Verstärkung und im Fall der Einzel-Wellenlängen- Verstärkung zeigt,
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit bei einer Verstärkung von vier Wellenlängen gleichzeitig zeigt,
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung zeigt, bei der die Länge einer mit Erbium dotierten Faser (EDF) geändert ist,
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit einer Verstärkung zeigt, bei der die Länge einer mit Erbium dotierten und mit P-Al mit-dotierten Faser geändert ist,
Fig. 7 eine Ansicht eines Aufbaus eines Verstärkers optischer Fasern gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die Meßergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einer Verbundlichtleitfaser der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die Differenz der Verstärkungseigenschaften zwischen Rückwärtspumpen und bidirektionalem Pumpen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 10 eine Ansicht eines Aufbaus eines Verstärkers optischer Fasern gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 und 12 graphische Darstellungen, die Charakteristika einer optischen Verstärkungsfaser der zweiten Ausführungsform zeigen,
Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen, die Charakteristika einer optischen Verstärkungsfaser der zweiten Ausführungsform zeigen,
Fig. 15 eine graphische Darstellung, die die Charakteristika einer Verbundlichtleitfaser der zweiten Ausführungsform zeigt,
Fig. 16 eine Ansicht eines Aufbaus eines Verstärkers optischer Fasern gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17 eine graphische Darstellung, die die Meßergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einer Verbundlichtleitfaser der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 18 eine Ansicht eines Aufbaus eines Verstärkers optischer Fasern gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 19 und 20 graphische Darstellungen, die Charakteristika einer optischen Verstärkungsfaser der vierten Ausführungsform zeigen,
Fig. 21 eine graphische Darstellung, die die Charakteristika einer Verbundlichtleitfaser der vierten Ausführungsform zeigt,
Fig. 22 eine Ansicht eines Aufbaus eines optischen Zwischenverstärkers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 23 eine graphische Darstellung, die die Charakteristika eines optischen Zwischenverstärkers der fünften Ausführungsform zeigt,
Fig. 24 eine Ansicht eines Aufbaus eines optischen Zwischenverstärkers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 25 eine graphische Darstellung, die die Charakteristika eines optischen Zwischenverstärkers der sechsten Ausführungsform zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen weisen die gleichen Komponenten die gleichen Bezugsziffern auf und eine Wiederholung der Beschreibung entfällt.

Erste Ausführungsform

Ein optischer Faserverstärker der vorliegenden Ausführungsform gehört zum ersten Typ eines optischen Faserverstärkers der vorliegenden Erfindung und verringert die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich (1,5 um-Band). Vor einer Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist eine Änderung des Mehrwellenlängen-Verstärkungsvermögens einer mit Er dotierten optischen Faser (EDF) für Mehrwellenlängen, die vom Typ des Dotierungsmittels, der Dotierungskonzentration und einer Längenänderung der optischen Faser abhängen, beschrieben.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit bei einer Verstärkung von vier Wellenlängen gleichzeitig für fünf Arten von mit Erbium dotierten optischen Fasern mit verschiedenen Al- Konzentrationen zeigt. Hierbei betragen die Signalwellenlängen 1546, 1552, 1558 und 1564 nm und die Gesamtintensität des Eingangssignallichts beträgt -14 dBm (- 20 dBm/eine Wellenlänge). Der gesamte Erbium-Verlust für jede EDF ist konstant eingestellt (α1,53·L (Länge der optischen Faser) = 120 dB). Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass bei der mit Al dotierten EDF unabhängig von der Dotierungsmenge die Verstärkungsdifferenz infolge einer unterschiedlichen Wellenlänge 3 bis 4,5 dB beträgt. Andererseits beträgt die Verstärkungsdifferenz bei einer nicht mit Erbium dotierten Al-Faser 11 dB.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung bei einer Änderung der Länge einer mit Erbium dotierten Faser zeigt, die eine Al-Konzentration von 1,4 Gew.-% aufweist. Hier betragen die Signalwellenlängen 1543, 1548, 1552 und 1558 nm. Die allgemeine Spezifikation dieser optischen Fasern ist in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

mit Al dotierte EDF

Al-Konzentration (Gew.-%) 1,4
P-Konzentration (Gew.-%) -
Er-Adsorptionsverlust (dB/m) 5,2 (@ 1,53)
α1,2 (dB/km) 9
Cut-Off-Wellenlänge (um) 1,3
MFD @ 1,55 (um) 3,8
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird die Verstärkung über verschiedene Wellenlängen flach, wenn die optische Faser verkürzt wird, und sie wird groß, wenn die optische Faser verlängert wird. Es ist anzumerken, dass die gesamte Intensität der Ausgangsleistung gesenkt wird, wenn die optische Faser verkürzt wird.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Fall zeigt, in dem die Länge einer mit Erbium dotierten und mit P-Al mitdotierten Faser geändert ist, wobei P eine Konzentration von 5 Gew.-% hat und die Al-Konzentration von 1 Gew.-% geändert wurde. Hier betragen die Signalwellenlängen 1543, 1548, 1552 und 1558 nm. Die allgemeine Spezifikation dieser optischen Fasern ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

mit P-Al dotierte EDF

Al-Konzentration (Gew.-%) 1
P-Konzentration (Gew.-%) 5
Er-Adsorptionsverlust (dB/m) 3,1 (@ 1,54)
α1,2 (dB/km) 9
Cut-Off-Wellenlänge (um) 1,2
MFD @ 1,55 (um) 4,5
Aus einem Vergleich der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung ist zu sehen, dass es einen Wellenlängenbereich gibt, in dem die Tendenz der Änderung der Verstärkung in Übereinstimmung mit einer größeren Wellenlänge in Abhängigkeit von der Länge der optischen Faser entgegengesetzt ist.
Der optische Faserverstärker der vorliegenden Ausführungsform reduziert die Wellenlängenabhängigkeit in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich mit einer Kombination optischer Fasern, die unterschiedliche Arten von Zusammensetzungen haben und nutzt dabei die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung aus, die auf einem Dotierungstyp, einer Dotierungskonzentration und einer Änderung der Länge der optischen Faser beruht.
Fig. 7 zeigt den Aufbau eines Verstärkers optischer Fasern gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie Fig. 7 zeigt, umfasst der Verstärker optischer Fasern (a) eine Verbundlichtleitfaser 150, in der eine 16 m lange optische Faser 151 mit einer in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung, die einen Kern enthält, der in einer Glaszusammensetzung mit Er dotiert ist, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; hergestellt ist, durch Schmelzen mit einer 9 m langen optischen Faser 152 in Reihe geschaltet ist, die eine in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung hat und einen mit Er dotierten Kern aufweist, der in einer Glaszusammensetzung, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und P&sub2;O&sub5; hergestellt ist, (b) ein Anregungsmittel 210 zur Aussendung von Anregungslicht an die Verbundlichtleitfaser 150, (c) einen optischen Isolator 310 zum Empfang von Eingangssignallicht und zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichts ausbreitet, so dass das Licht auf die Verbundlichtleitfaser 150 fällt, und (d) einen optischen Isolator 320 zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausbreitet, das von der Verbundlichtleitfaser 150 kommt.
Die Messergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der Verbundlichtleitfaser 150, in die die optische Faser 151 mit der optischen Faser 152 durch Schmelzen gekoppelt ist, sind in Fig. 8 gezeigt. Es ist anzumerken, dass die Verstärkungseigenschaft der in Fig. 5 gezeigten, mit Al dotierten optischen Faser zum Vergleich auch in Fig. 8 gezeigt ist. Aus der graphischen Darstellung von Fig. 8 ist zu ersehen, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem Wellenlängenbereich von 1535 bis 1565 nm des einfallenden Lichtes gegenüber der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der optischen Faser 151 oder der optischen Faser 152 reduziert ist.
Das Anregungsmittel 210 umfaßt (1) eine Anregungslichtquelle 211 zur Erzeugung von Anregungslicht und (2) einen Richtungskoppler 212 zum Empfang von verstärktem Licht, das aus der Verbundlichtleitfaser 110 von einem Anschluß 212 ausgesandt wird, und zur Emission des Lichts von einem Anschluß 212c und zum Empfang des Anregungslichtes, das von der Anregungslichtquelle 211 vom Anschluß 212b erzeugt wurde, und zur Emission des Anregungslichtes vom Anschluß 212a zur Verbundlichtleitfaser 150.
Es ist anzumerken, dass bei der Ausbildung einer Verbundlichtleitfaser, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung mit den oben beschriebenen zwei Arten von Verstärkungsfasern verringert, es effektiv ist, wenn das Verhältnis zwischen der Verstärkung an einer vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten in Bezug auf eine Änderung der Verstärkungswellenlänge für die zwei Arten von optischen Verstärkungsfasern auf einen Wert eingestellt ist, bei dem das Vorzeichen entgegengesetzt ist und der absolute Wert der gleiche Wert ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Rückwärtspumpen als Verfahren zur Aussendung von Licht angewendet, es können jedoch auch Vorwärtspumpen und bidirektionales Pumpen angewendet werden. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Differenz der Verstärkungseigenschaften zwischen Rückwärtspumpen und bidirektionalem Pumpen zeigt. Aus Fig. 9 ist zu ersehen, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung bei der gleichen Intensität des Eingangssignallichts mehr durch das bidirektionale Pumpen als durch das Rückwärtspumpen verringert wird.

Sechste Ausführungsform

Ein Verstärker optischer Fasern der vorliegenden Erfindung gehört zum zweiten Typ von Faserverstärkern der vorliegenden Erfindung und er verringert die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich (1,5 um-Band).
Fig. 10 zeigt den Aufbau eines Verstärkers optischer Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie Fig. 10 zeigt, umfasst der Verstärker optischer Fasern (a) eine Verbundlichtleitfaser 110, in der eine optische Faser 111, die einen mit Er dotierten Kern in einer Glaszusammensetzung enthält, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; hergestellt ist, durch Schmelzen mit einer optischen Faser 112 gekoppelt ist, die einen mit Er dotierten Kern in einer Glaszusammensetzung aufweist, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und P&sub2;O&sub3; hergestellt ist, (b) ein Anregungsmittel 210 zur Aussendung von Anregungslicht an die Verbundlichtleitfaser 110, (c) einen optischen Isolator 310 zum Empfang von Eingangssignallicht und zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichts ausbreitet, so dass das ausgesandte Licht auf die Verbundlichtleitfaser 110 fällt, und (d) einen optischen Isolator 320 zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausbreitet, das von der Verbundlichtleitfaser 110 kommt.
Die optische Faser 111 weist eine Erbium-Konzentration von 0,1 Gew.-% und eine Aluminium-Konzentration von 3,0 Gew.-% und einen Gesamtverlust an Erbium in der optischen Faser 111 von 35 dB auf. Die optische Faser 112 weist eine Erbium- Konzentration von 0,1 Gew.-%, eine Al-Konzentration von 3,0 Gew.-%, eine P-Konzentration von 3,9 Gew.-% und einen Erbium- Gesamtverlust in der optischen Faser 112 von 5 dB auf. Hierbei wird der "Erbium-Gesamtverlust" verwendet, um den Kennwert der Verstärkungsfaser auszudrücken, die insgesamt den Kennwert der optischen Verstärkungsfaser gegenüber einer Verstärkungsdifferenz infolge der Glaszusammensetzung des Kerns, die Erbium-Dotierungskonzentration und die Länge der Faser zeigt. Der "Erbium-Gesamtverlust" ist ein Produkt (α·L : Einheit = dB) aus "Verlust pro Längeneinheit (α : Einheit = dB/m) an einer bestimmten Wellenlänge infolge des Vorhandenseins von Er" und "Faserlänge (L : Einheit = m))". Es ist anzumerken, dass die Verstärkungsfasern, die den gleichen Erbium-Gesamtverlust aufweisen, als solche betrachtet werden können, die das gleiche Verstärkungsvermögen haben.
Fig. 11 und 12 sind graphische Darstellungen, die Charakteristika der optischen Faser 111 zeigen. Fig. 11 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit einer Fluoreszenzintensität (spontane Emission von angeregtem Erbium), die erzeugt wird, wenn nur Anregungslicht und kein Signallicht einfällt. Fig. 12 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einer Verstärkungsfaser, die die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 112 und den Erbium-Gesamtverlust von 40 dB an einer Wellenlänge von 1,55 um aufweist, mit dem ausreichend angeregten Erbium (induzierte Emission von angeregtem Erbium). Da sich die Tendenz der Wellenlängenabhängigkeit (Wellenlänge, an der eine maximale Verstärkung beobachtet wird), nicht mit der Differenz der Erbium-Gesamtverluste ändert, zeigt auch die optische Faser 111 die gleiche Tendenz der Wellenlängenabhängigkeit. Es ist anzumerken, dass ein Verfahren, das in der o. a. Veröffentlichung: S. L. Hansen et al., "IEEE Photon. Technol. Lett., Bd. 4, Nr. 4, 1993, Seiten 409 bis 411", angegeben wurde, für die Messung der Verstärkung mit der Ausnahme angewendet wird, dass Rückwärtspumpen zum Einsatz kommt. Fig. 13 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Intensität der Fluoreszenz (spontane Emission von angeregtem Erbium), die erzeugt wird, wenn nur Anregungslicht und kein Signallicht einfällt. Fig. 14 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einer Verstärkungsfaser mit der gleichen Zusammensetzung wie bei der optischen Faser 112 und einen Erbium-Gesamtverlust von 50 dB mit ausreichend angeregtem Erbium (induzierte Emission von angeregtem Erbium). Für die Verstärkungsmessung wurde das gleiche Verfahren wie in Fig. 12 angewendet.
Die Meßergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der Verbundlichtleitfaser 110, in der die optische Faser 111 und die optische Faser 112 mit den Kennwerten der Fig. 11 bis 14 durch Schmelzen eingekoppelt sind, sind in Fig. 15 gezeigt. Für die Verstärkungsmessung wurde das gleiche Verfahren wie in Fig. 12 angewendet. Ein Vergleich der graphischen Darstellung von Fig. 15 mit der graphischen Darstellung von Fig. 12 und der graphischen Darstellung von Fig. 14 zeigt, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Wellenlängenbereich des Eingangslichts von 1540 bis 1570 nm mehr verringert ist als die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der optischen Faser 111 oder der optischen Faser 112.
Ferner umfasst das Anregungsmittel 210 (1) eine Anregungslichtquelle 211 zur Erzeugung von Anregungslicht und (2) einen Richtungskoppler 212 zum Empfang von verstärktem Licht von der Verbundlichtleitfaser 110 von einem Anschluß 212a und Emission des Lichts von einem Anschluß 212c und Empfang des Anregungslichts, das von der Anregungslichtquelle 211 vom Anschluß 212b erzeugt wurde und Emission des Lichts vom Anschluß 212a zur Verbundlichtleitfaser 110.
In diesem Verstärker optischer Fasern wird Erbium in der Verbundlichtleitfaser 110 mit Anregungslicht angeregt, das vom Anregungsmittel 210 stammt, und sowohl die optische Faser 111 als auch die optische Faser 112 sind zur Verstärkung des Eingangssignallichts in einen Bereit-Zustand geschaltet. In diesem Zustand wird zunächst das Signallicht verstärkt, wenn das Signallicht (1,5 um-Band) durch den optischen Isolator 310 auf die Verbundlichtleitfaser 110 fällt und hat durch die induzierte Emission des angeregten Erbiums in der optischen Faser 111 dann die in Fig. 12 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Signallichts wird Licht mit der in Fig. 11 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit durch die spontane Emission erzeugt und das erzeugte Licht fällt zusammen mit der induzierten Emission auf die optische Faser 112. Das auf die optische Faser 112 fallende Licht wird verstärkt und weist durch die induzierte Emission des angeregten Erbiums in der optischen Faser 112 die in Fig. 14 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit auf. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Signallichts wird Licht mit der in Fig. 13 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit durch die spontane Emission erzeugt und das erzeugte Licht tritt zusammen mit dem Licht von der induzierten Emission aus der Verbundlichtleitfaser 110 aus. Das aus der Verbundlichtleitfaser 110 austretende Licht wird verstärkt, weist die in Fig. 15 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit auf und breitet sich sukzessive im Richtungskoppler 212 und dem optischen Isolator 320 aus und wird zum Ausgangslicht des Verstärkers optischer Fasern.
In der vorliegenden Ausführungsform bilden die zwei optischen Fasern, die Faser 111 und die Faser 112, die Verbundlichtleitfaser 110, aber eine optische Faser, die die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die optische Faser 111, eine kürzere Länge als die optische Faser 111 und einen Gesamtverlust an Erbium von n&sub1; aufweist, ist in Reihe mit einer optischen Faser gekoppelt, die die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 112, eine kürzere Länge als die optische Faser 112 und einen Gesamtverlust an Erbium von n&sub2; ( = n&sub1;/7) aufweist, wodurch ein Faserpaar erzeugt wird, und es können mehrere der Faserpaare zur Verbundlichtleitfaser in Reihe gekoppelt werden, so dass der Gesamtverlust an Erbium 40 dB beträgt. In dieser Verbundlichtleitfaser ist die Differenz der Anregungslichtintensitäten zwischen jeder der benachbarten optischen Fasern im Vergleich zur vorliegenden Ausführungsform klein, so dass der Aufwand einer Berücksichtigung einer relativen Differenz der Verstärkungscharakteristika und der Änderung der Intensität des Anregungslichts infolge der Faserzusammensetzungen verringert werden kann. Mit anderen Worten, es kann eine Verbundlichtleitfaser ausgebildet werden, die Charakteristika aufweist, die einfach aus den relativen Beziehungen der Charakteristika der einzelnen optischen Faser zu erwarten sind.
Es ist anzumerken, dass es bei der Ausbildung einer Verbundlichtleitfaser mit den oben beschriebenen zwei Arten von optischen Verstärkungsfasern, für die die Wellenlängenabhängigkeit von der Verstärkung verringert ist, effektiv ist, wenn das Verhältnis der Verstärkung an einer vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten, bezogen auf eine Änderung einer Verstärkungswellenlänge für die zwei Arten der Verstärkungsfasern, auf einen Wert eingestellt ist, in dem das Vorzeichen entgegengesetzt und der Absolutwert der gleiche ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Rückwärtspumpen als Methode zur Zuleitung von Anregungslicht eingesetzt, es können aber auch Vorwärtspumpen und bidirektionales Pumpen eingesetzt werden, wodurch die Wellenlängenabhängigkeit der Verbundlichtleitfaser 110 auch von der Wellenlängenabhängigkeit der optischen Faser 111 oder der optischen Faser 112 verschieden eingestellt werden kann.

Dritte Ausführungsform

Fig. 16 zeigt den Aufbau eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Ausführungsform. Dieser Verstärker verstärkt Licht mit zwei oder mehr Wellen. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, umfasst der Verstärker optischer Fasern (a) eine Verbundlichtleitfaser 160, in der eine optische Faser 161 einer Länge von 16 m mit einem mit Erbium dotierten Kern in einer Glaszusammensetzung aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; durch Schmelzen mit einer optischen Faser 162 einer Länge von 9 m mit einem mit Erbium dotierten Kern in einer Glaszusammensetzung aus SiO&sub2;, GeO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und P&sub2;O&sub5; gekoppelt ist, (b) ein Anregungsmittel 210 zur Zuleitung von Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser 160, (c) einen optischen Isolator 310 zum Empfang von Eingangssignallicht und zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichtes ausbreitet, so dass das ausgesandte Licht auf die Verbundlichtleitfaser 160 fällt, und (d) einen optischen Isolator 320 zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausbreitet, das von der Verbundlichtleitfaser 160 ausgeht.
Die Zusammensetzung der optischen Faser 161 ist die in Tabelle 3 gezeigte und die Zusammensetzung der optischen Faser 162 ist die in Tabelle 4 gezeigte Zusammensetzung.

Tabelle 3

mit Al dotierte EDF

Al-Konzentration (Gew.-%) 1,4
P-Konzentration (Gew.-%) -
Er-Adsorptionsverlust (dB/m) 5,1 (@ 1,53)
α1,2 (dB/km) 9
Cut-Off-Wellenlänge (um) 1,3
MFD @ 1,55 (um) 3,8
Gesamtadsorptionsverlust Er (dB) 15

Tabelle 4

mit P-Al dotierte EDF

Al-Konzentration (Gew.-%) 1
P-Konzentration (Gew.-%) 5
Er-Adsorptionsverlust (dB/m) 3,1 (@ 1,54)
α1,2 (dB/km) 9
Cut-Off-Wellenlänge (um) 1,2
MFD @ 1,55 (um) 4,5
Gesamtadsorptionsverlust Er (dB) 30
Die Messergebnisse der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der Verbundlichtleitfaser 160, in der die optische Faser 161 und die optische Faser 162 durch Schmelzen gekoppelt sind, sind in Fig. 17 gezeigt. Aus der graphischen Darstellung von Fig. 17 ist ersichtlich, dass die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung im Wellenlängenbereich von 1535 bis 1565 nm des Eingangslichts gegenüber der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der optischen Faser 161 oder der optischen Faser 162 verringert ist.
Das Anregungsmittel 210 umfaßt (1) eine Anregungslichtquelle 211 zur Erzeugung von Anregungslicht und (2) einen Richtungskoppler 212 zum Empfang von verstärktem Licht, das von der Verbundlichtleitfaser 110 von einem Anschluß 212a ausgesandt wird, und die das Licht von einem Anschluß 212c emittiert und zum Empfang von Anregungslicht, das von der Anregungslichtquelle 211 vom Anschluß 212b erzeugt wird und zur Emission des Anregungslichts vom Anschluß 212a zur Verbundlichtleitfaser 160.
Es ist anzumerken, dass es bei der Ausbildung einer Verbundlichtleitfaser mit den oben beschriebenen zwei Arten von optischen Verstärkungsfasern, die die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung verringern, effektiv ist, wenn das Verstärkungsverhältnis an einer vorgegebenen Wellenlänge zu einem Differentialkoeffizienten, bezogen auf eine Änderung der Verstärkungswellenlänge für die zwei Arten der Verstärkungsfasern, auf einen Wert eingestellt ist, in dem das Vorzeichen entgegengesetzt und der Absolutwert der gleiche ist.
Es ist weiter anzumerken, dass das Meßsystem das gleiche wie in der zweiten Ausführungsform ist, und dass die Eingangssignalenergie für LI = +1,4 dBm/eine Wellenlänge, die Signallichtwellenlängen für LI = 1552 und 1558 nm, und die Anregungslichtenergie = 70 mW betragen.

Vierte Ausführungsform

Der Verstärker optischer Fasern der vorliegenden Ausführungsform gehört zum vierten Typ der vorliegenden Erfindung und steuert eine Verstärkungspeak-Wellenlänge, an der die Verstärkung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich die größte ist (1,5 um-Band). Der Verstärker optischer Fasern der vorliegenden Ausführungsform weist mit Ausnahme einer Verbundlichtleitfaser 120 den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform auf.
Fig. 18 zeigt einen Aufbau eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, umfasst der Verstärker optischer Fasern (a) eine Verbundlichtleitfaser 120, in der eine optische Faser 121, die einen Kern hat, in dem Erbium in einer Glaszusammensetzung dotiert ist, die aus SiO&sub2; und GeO&sub2; besteht, mit einer optischen Faser 122 durch Schmelzen gekoppelt ist, die einen Kern hat, in dem Erbium in einer Glaszusammensetzung dotiert ist, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; besteht, (b) ein Anregungsmittel 210 zur Zuleitung von Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser 120, (c) einen optischen Isolator 310 zum Empfang von Eingangssignallicht und zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichts ausbreitet, so dass das ausgesendete Licht auf die Verbundlichtleitfaser 120 fällt, und (d) einen optischen Isolator 320 zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Lichts ausbreitet, das von der Verbundlichtleitfaser 120 ausgesandt wurde.
Die optische Faser 121 weist eine Erbiumkonzentration von 0,04 Gew.-% auf und der Erbium-Gesamtverlust in der optischen Faser 121 beträgt 20 dB. Die optische Faser 122 hat die gleiche Zusammensetzung wie in der ersten Ausführungsform und der Erbium-Gesamtverlust in der optischen Faser 122 beträgt 20 dB.
Fig. 19 und 20 sind graphische Darstellungen einer Charakteristik der optischen Faser 121. Fig. 19 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit einer Fluoreszenzintensität (spontane Emission des angeregten Erbiums), die erzeugt wird, wenn nur Anregungslicht ohne Signallicht auftrifft. Fig. 20 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einer optischen Verstärkungsfaser, die die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 121 aufweist und den Gesamtverlust an Erbium, 40 dB, bei einer Wellenlänge von 1,55 um mit dem ausreichend angeregten Erbium (induzierte Emission von angeregtem Erbium). Da sich die Tendenz der Wellenlängenabhängigkeit (beispielsweise eine Wellenlänge, an der eine maximale Verstärkung beobachtet wird), nicht mit der Differenz des Erbiumgesamtverlustes ändert, zeigt die optische Faser 121 ebenfalls die gleiche Tendenz der Wellenlängenabhängigkeit. Für die Verstärkungsmessung wurde das gleiche Verfahren wie in Fig. 12 angewendet. Die Charakteristika der optischen Faser 122 sind die gleichen wie die in den Fig. 13 und 14 gezeigten.
Die Ergebnisse der Messung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung der Verbundlichtleitfaser 120, in der die optischen Fasern 120 und 121 gekoppelt sind, welche die in den Fig. 19 und 20 bzw. 13 und 14 gezeigten Charakteristika aufweisen, sind in Fig. 21 gezeigt. Für die Verstärkungsmessung wurde das gleiche Verfahren wie in Fig. 12 angewendet. Wenn man die graphische Darstellung der Fig. 21 mit den graphischen Darstellungen der Fig. 20 und 12 vergleicht, ist zu erkennen, dass die Wellenlänge, an der die maximale Verstärkung im Wellenlängenbereich von 1530 bis 1570 nm des Eingangslichts auftritt, von der Wellenlänge der optischen Faser 121 oder 122 verschieden ist.
In diesem Verstärker optischer Fasern wird Erbium in der Verbundlichtleitfaser 120 mit dem Anregungslicht vom Anregungsmittel 210 angeregt, und sowohl die optische Faser 121 als auch die optische Faser 122 sind für die Verstärkung des Eingangssignallichtes in den Bereit-Zustand gesetzt. Wenn in diesem Zustand über den optischen Isolator 310 Signallicht (1,5 um-Band) auf die Verbundlichtleitfaser 120 fällt, wird erst das Signallicht verstärkt, so dass es die in Fig. 12 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit durch induzierte Emission vom angeregten Erbium in der optischen Faser 121 hat. Zur gleichen Zeit wie die Verstärkung des Signallichts wird Licht mit der in Fig. 19 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit infolge der spontanen Emission erzeugt und das erzeugte Licht fällt zusammen mit dem Licht der induzierten Emission auf die optische Faser 122. Das auf die optische Faser 122 fallende Licht wird durch die induzierte Emission von angeregtem Erbium in der optischen Faser 122 bis zur in Fig. 12 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit verstärkt. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Lichts wird infolge der spontanen Emission Licht mit der in Fig. 11 gezeigten Wellenlängenabhängigkeit erzeugt und das erzeugte Licht tritt aus der Verbundlichtleitfaser 120 aus. Das aus der Verbundlichtleitfaser 120 austretende Licht wird so verstärkt, dass es die in Fig. 21 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit hat, während es sich sukzessive durch den Richtungskoppler 212 und den optischen Isolator 320 ausbreitet und dann als das Ausgangslicht des Verstärkers der optischen Fasern austritt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Rückwärtspumpen als Verfahren zur Emission von Anregungslicht eingesetzt, es können aber auch Vorwärtspumpen oder bidirektionales Pumpen verwendet werden, durch welche die Wellenlängenabhängigkeit der Verbundlichtleitfaser 120 ebenso von der Wellenlängenabhängigkeit der optischen Fasern 121 und 122 verschieden eingestellt werden kann.
Es ist anzumerken, dass das Verhältnis des Erbium- Gesamtverlustes und die Zusammensetzung der optischen Verstärkungsfaser nicht auf die oben beschriebene erste und zweite Ausführungsform beschränkt ist, auch sind die optischen Verstärkungsfasern nicht auf die zwei Arten beschränkt. Wenn das Verhältnis des Erbium-Gesamtverlustes, die Zusammensetzung der optischen Verstärkungsfaser oder die Anzahl von Arten optischer Verstärkungsfasern gesteuert werden, können optische Verstärkungsfasern mit verschiedenen Wellenlängenabhängigkeiten erhalten werden.

Fünfte Ausführungsform

Die vorliegende Ausführungsform betrifft den optischen Zwischenverstärker und umfasst den vierten Typ des Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung.
Fig. 22 zeigt eine Konfiguration eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 22 gezeigt ist, umfasst der optische Zwischenverstärker einen Verstärker optischer Fasern 100, empfängt Signallicht durch eine optische Transmissionsfaser 410, verstärkt das Signallicht und emittiert das verstärkte Signallicht zu einer Transmissionsfaser 420. Der Verstärker optischer Fasern 100 umfaßt (a) eine Verbundlichtleitfaser 130, in der eine optische Faser 131, die einen Kern hat, in den Erbium in einer ersten Glaszusammensetzung dotiert ist, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; besteht, durch Schmelzen mit einer optischen Faser 132 gekoppelt ist, die einen Kern hat, in den Erbium in einer zweiten Glaszusammensetzung dotiert ist, die aus SiO&sub2;, GeO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; besteht, und (b) ein Anregungsmittel 230 zur Zuleitung von Anregungslicht zur Verbundlichtleitfaser 130, (c) einen optischen Isolator 310 zum Empfang von Eingangssignallicht und zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichts ausbreitet, so dass das ausgesandte Licht auf die Verbundlichtleitfaser 130 fällt, und (d) einen optischen Isolator 320 zur Transmission von Licht, das sich nur in einer Ausbreitungsrichtung des Lichts ausbreitet, das von der Verbundlichtleitfaser 130 ausgesandt wird.
Die optische Faser 131 weist eine Erbiumkonzentration von 0,1 Gew.-% und eine Al-Konzentration von 0,2 Gew.-% auf und der Erbium-Gesamtverlust in der optischen Faser 131 beträgt 40 dB. Die optische Faser 132 weist eine Erbiumkonzentration von 0,1 Gew.-% und eine Al-Konzentration von 1,0 Gew.-% auf und der Erbium-Gesamtverlust in der optischen Faser 132 beträgt 40 dB.
Das Anregungsmittel 230 umfasst ferner (1) eine Anregungslichtquelle 231 zur Erzeugung von Anregungslicht und (2) einen Richtungskoppler 232 zum Empfang von Signallicht, das vom optischen Isolator 310 von einem Anschluß 232a emittiert wird, und zur Emission des Lichtes von einem Anschluß 232c zur Verbundlichtleitfaser 310 und zum Empfang des von der Anregungslichtquelle 231 vom Anschluß 232b erzeugten Anregungslichts und zur Emission des Anregungslichtes vom Anschluß 232c zur Verbundlichtleitfaser 130.
Fig. 23 ist eine graphische Darstellung, welche die Charakteristika eines Spannweitenverlustes in einem Fall zeigt, in dem ein optischer Zwischenverstärker dieser Ausführungsform in einer Transmissionsleitung mit Mehrstufenübertragung verwendet ist. Der Spannweitenverlust und die Übertragungsverstärkung in der letzten Stufe sind ausreichend stabil, wenn mehrere der Zusammensetzungen mit einem bestimmten Spannweitenverlust, in denen der optische Zwischenverstärker in der letzten Stufe der Kommunikationsleitung angeordnet ist, in Reihe geschaltet sind, und Fig. 23 zeigt die Beziehung zwischen dem Spannweitenverlust und der Wellenlänge am Verstärkungspeak in diesem stabilen Zustand. Es ist anzumerken, dass der Kennwert einer optischen Faser, in der der Erbium-Gesamtverlust bei einer Wellenlänge von 1,53 um 80 dB beträgt, und welche die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 131 aufweist, und der Kennwert einer optischen Faser, in der der Erbium- Gesamtverlust 80 dB beträgt, und welche die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 132 aufweist, ebenfalls zum Vergleich in Fig. 23 gezeigt ist. Aus dem Vergleich in der graphischen Darstellung der Fig. 23 ist zu ersehen, dass die Abhängigkeit der Wellenlänge am Verstärkungspeak von der Verbundlichtleitfaser 130 infolge des Spannweitenverlustes eine Änderung der Abhängigkeit der Wellenlänge am Verstärkungspeak der einzelnen optischen Faser infolge des Spannweitenverlustes bedeutet.
In diesem Verstärker optischer Fasern wird Erbium in der Verbundlichtleitfaser 130 mit Anregungslicht angeregt, das vom Anregungsmittel 230 stammt, und sowohl die optische Faser 131 als auch die optische Faser 132 sind zur Verstärkung des Eingangssignallichts auf einen Bereitzustand gesetzt. Wenn Signallicht (1,5 um-Band) durch den optischen Isolator 310 und den Richtungskoppler 232 auf die Verbundlichtleitfaser 130 fällt, wird in diesem Zustand zunächst das Signallicht durch die induzierte Emission von angeregtem Erbium in der optischen Faser 131 verstärkt. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Signallichtes wird Licht infolge der spontanen Emission erzeugt und das erzeugte Licht fällt zusammen mit dem Licht von der induzierten Emission auf die optische Faser 132. Das auf die optische Faser 132 fallende Licht wird durch die induzierte Emission von angeregtem Erbium in der optischen Faser 132 verstärkt. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Lichtes wird Licht infolge der spontanen Emission erzeugt und das erzeugte Licht tritt zusammen mit dem Licht der induzierten Emission aus der Verbundlichtleitfaser 130 aus. Das von der Verbundlichtleitfaser 130 kommende Licht wird durch den optischen Isolator 320 verstärkt und hat dann die Verstärkungseigenschaft, bei der die Wellenlänge am Verstärkungspeak in Übereinstimmung mit der Abhängigkeit vom Spannweitenverlust bestimmt wird, wie in Fig. 23 gezeigt ist, und wird dann das Ausgangslicht des optischen Zwischenverstärkers.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Vorwärtspumpen als Verfahren zur Emission von Anregungslicht eingesetzt, es kann aber auch Rückwärtspumpen oder bidirektionales Pumpen verwendet werden, durch das sich die Wellenlängenabhängigkeit der Verbundlichtleitfaser 130 ebenso von der Wellenlängenabhängigkeit der optischen Fasern 131 und 132 verschieden einstellen läßt.
In den obigen fünf Ausführungsformen bestehen die Komponenten des Kerns aus SiO&sub2; und GeO&sub2;, wenn sie jedoch aus SiO&sub2; bestehen, wird die gleiche Wirkung erzielt.

Sechste Ausführungsform

Die vorliegende Ausführungsform betrifft den optischen Zwischenverstärker der fünften Ausführungsform und umfasst den zweiten Typ des Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung.
Fig. 24 zeigt eine Konfiguration eines Verstärkers optischer Fasern der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 24 gezeigt ist, umfasst der optische Zwischenverstärker einen Verstärker optischer Fasern 150 wie in der fünften Ausführungsform, empfängt Signallicht durch eine optische Transmissionsfaser 410, verstärkt das Signallicht und emittiert das verstärkte Signallicht zu einer optischen Transmissionsfaser 420. Der Verstärker optischer Fasern 150 hat die gleiche Konfiguration wie der Verstärker optischer Fasern 100 in der dritten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass eine Verbundlichtleitfaser 140 verwendet wird, in der die Anordnungsreihenfolge der optischen Faser 131 und der optischen Faser 132 entgegengesetzt ist.
Fig. 25 ist eine graphische Darstellung, die die Charakteristika eines Spannweitenverlustes in einem Fall zeigen, in dem der optische Zwischenverstärker dieser Ausführungsform in einer Transmissionsleitung mit Mehrstufenübertragung verwendet ist. Es ist anzumerken, dass der Kennwert einer optischen Faser, in der der Erbium- Gesamtverlust 80 dB beträgt, und welche die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 131 aufweist, und der Kennwert einer optischen Faser, in der der Erbium- Gesamtverlust 80 dB beträgt, und welche die gleiche Zusammensetzung wie die optische Faser 132 aufweist, sowie der Kennwert der dritten Ausführungsform zum Vergleich gezeigt sind. Aus dem Vergleich in der graphischen Darstellung der Fig. 25 ist zu ersehen, dass die Abhängigkeit der Wellenlänge am Verstärkungspeak der Verbundlichtleitfaser 140 infolge des Spannweitenverlustes eine Änderung der Abhängigkeit der Wellenlänge am Verstärkungspeak der einzelnen optischen Faser infolge des Spannweitenverlustes bedeutet. Aus der Figur ist ferner ersichtlich, dass sich die Abhängigkeit der Wellenlänge am Verstärkungspeak infolge des Spannweitenverlustes ändert, da die Anordnungsreihenfolge der optischen Fasern in der Verbundlichtleitfaser geändert ist.
In diesem Verstärker optischer Fasern wird Erbium in der Verbundlichtleitfaser 140 mit Anregungslicht angeregt, das vom Anregungsmittel 230 stammt, und sowohl die optische Faser 131 als auch die optische Faser 132 sind zur Verstärkung des Eingangssignallichtes auf den Bereit-Zustand gesetzt. Wenn Signallicht (1,5 um-Band) durch den optischen Isolator 310 und den Richtungskoppler 232 auf die Verbundlichtleitfaser 140 fällt, wird in diesem Zustand zunächst das Signallicht durch die induzierte Emission von angeregtem Erbium in der optischen Faser 132 verstärkt. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Signallichtes wird Licht durch spontane Emission erzeugt und das erzeugte Licht fällt zusammen mit dem Licht der induzierten Emission auf die optische Faser 131. Das auf die optische Faser 131 fallende Licht wird durch die induzierte Emission von angeregtem Erbium in der optischen Faser 131 verstärkt. Gleichzeitig mit der Verstärkung des Lichtes wird Licht durch spontane Emission erzeugt und das erzeugte Licht tritt zusammen mit dem Licht der induzierten Emission aus der Verbundlichtleitfaser 140 aus. Das von der Verbundlichtleitfaser 140 kommende Licht wird durch den optischen Isolator 320 verstärkt und hat dann die Verstärkungseigenschaft, bei der die Wellenlänge am Verstärkungspeak in Übereinstimmung mit der Abhängigkeit vom Spannweitenverlust bestimmt wird, wie in Fig. 25 gezeigt ist, und wird dann das Ausgangslicht des optischen Zwischenverstärkers.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Vorwärtspumpen als Verfahren zur Emission von Anregungslicht eingesetzt, es kann aber auch Rückwärtspumpen oder bidirektionales Pumpen verwendet werden, durch das die Wellenlängenabhängigkeit der Verbundlichtleitfaser 140 ebenso von der Wellenlängenabhängigkeit der optischen Fasern 131 oder 132 verschieden eingestellt werden kann.
Es ist anzumerken, dass in der dritten und vierten Ausführungsform die optischen Verstärkungsfasern, bei denen die Erbium-Gesamtverluste im wesentlichen die gleichen sind, verwendet sind, dass aber das Verhältnis des Erbium- Gesamtverlustes willkürlich eingestellt werden kann. Ferner ist die Zusammensetzung der optischen Verstärkungsfasern nicht auf die obigen Fasern beschränkt, ebenfalls sind die optischen Verstärkungsfasern, welche die Verbundlichtleitfaser bilden, nicht auf die beiden Arten beschränkt. Da das Verhältnis des Erbium-Gesamtverlustes, die Zusammensetzung der optischen Faser für den Verstärker oder die Anzahl der Arten der verstärkenden optischen Faser gesteuert wird, können optische Zwischenverstärker mit verschiedenen Beziehungen in Bezug auf Spannweitenverlust und Wellenlänge im Verstärkungspeak realisiert werden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß einem Verstärker optischer Fasern der vorliegenden Erfindung eine Verbundlichtleitfaser, in der optische Verstärkungsfasern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen der Reihe nach gekoppelt sind, zur Verstärkung verwendet, so dass ein Verstärker optischer Fasern, in dem die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung verringert ist, und ein Verstärker optischer Fasern erhalten werden kann, in dem die Wellenlänge an einem Verstärkungspeak präzise gesteuert wird.
Des weiteren ist gemäß einem erfindungsgemäßen optischen Zwischenverstärker ein Verstärker optischer Fasern der vorliegenden Erfindung verwendet, bei dem die Wellenlänge an einem Verstärkungspeak präzise gesteuert wird, so dass ein optischer Zwischenverstärker erhalten werden kann, in dem eine Signallichtwellenlänge in Übereinstimmung mit einem Spannweitenverlust infolge der Anordnung des optischen Zwischenverstärkers bei der Ausbildung der Transmissionsleitung zu einer Wellenlänge an einem Verstärkungspeak wird, und eine Kommunikationsleitung mit Mehrstufenübertragung konstruiert werden kann, in der Signallicht in geeigneter Weise gefiltert wird.
Aus der oben beschriebenen Erfindung geht klar hervor, dass die Erfindung auf vielerlei Art und Weise variiert werden kann, solche Variationen aber keine Abweichung vom in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung bedeuten.

Claims

1. Optischer Verstärker, umfassend:

eine Verbundlichtleitfaser (110; 120; 130; 150; 160) zum Empfangen von Signallicht, welches eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten hat, und Anregungslicht, zum Verstärken des Signallichtes, und zum Aussenden des verstärkten Signallichtes, wobei die Verbundlichtleitfaser eine erste Faser (111; 121; 131, 151; 161) und eine zweite Faser (112; 122; 132; 152; 162) umfasst, wobei die erste und zweite Faser mit einem Seltenerdenelement dotiert sind und unterschiedliche Zusammensetzungen haben, und

ein Anregungsmittel (210), welches eine Anregungslichtquelle (211) zur Erzeugung des Anregungslichtes enthält, und zur Zuführung des Anregungslichtes zur Verbundlichtleitfaser,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Faser direkt verbunden sind, ohne Zwischenschaltung irgendwelcher Teile, und so in Reihe geschaltet sind, dass das Signallicht verstärkt wird, selbst wenn das Anregungsmittel nur eine Anregungslichtquelle enthält;

die jeweiligen Vorzeichen der Differentiale der Verstärkungen der ersten und zweiten Faser relativ zu einer Wellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich verschieden sind;

die Absolutwerte der Differentiale so eingestellt sind, dass bewirkt wird, dass die Verbundlichtleitfaser die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich verringert, so dass die Differenz zwischen der Maximalverstärkung und der Minimalverstärkung der Verbundlichtleitfaser in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich kleiner ist als die Differenz zwischen der Maximalverstärkung und Minimalverstärkung in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich, wenn die erste und zweite Faser jeweils die gleiche effektive Länge haben wie die Verbundfaser und das gleiche Anregungslicht empfängt wie die Verbundfaser.

2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Anregungslichtes in der ersten und der zweiten Faser gleich ist.

3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen des verstärkten Signallichtes nach Wellenlängen eine Differenz von weniger als 1 dB haben.

4. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faser (111; 121; 131; 151; 161) mit Er und Al dotiert ist, wobei im wesentlichen kein P dotiert ist,

die zweite Faser (112; 122; 132; 152; 162) mit Er, Al und P dotiert ist, wobei die Konzentration von Al anders ist als in der ersten Faser (111; 121; 131; 151; 161), und

die Anregungslichtquelle (211) Licht aussendet, welches Er anregen kann.

5. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Faser (111; 121; 131; 151; 161) mit Er dotiert ist, wobei im wesentlichen kein P dotiert ist, die zweite Faser (112; 122; 132; 151; 162) mit Er und P dotiert ist, und die Anregungslichtquelle (211) Licht aussendet, welches Er anregen kann.

6. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faser (111; 121; 131; 151; 161) mit Er dotiert ist, wobei im wesentlichen kein Al dotiert ist,

die zweite Faser (112; 122; 132; 152; 162) mit Er und Al dotiert ist, und

die Anregungslichtquelle (211) Licht aussendet, welches Er anregen kann.

7. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Faser (111; 121; 131; 151; 161) mit Er und Al dotiert ist,

die zweite Faser (112; 122; 132; 152; 162) mit Er und Al dotiert ist, wobei die Konzentration von Al anders ist als in der ersten Faser (111; 121; 131; 151; 161), und

die Anregungslichtquelle (211) Licht aussendet, welches Er anregen kann.