DE69200402T2

DE69200402T2 - Erbium dotierter faseroptischer optischer Verstärker.

Info

Publication number: DE69200402T2
Application number: DE1992600402
Authority: DE
Inventors: Jacques Auge; Jose Chesnoy; Herve Fevrier; Jean-Francois Marcerou
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2012-04-08
Also published as: DE69200402D1; CA2065508A1; FR2674965B1; JPH05121818A; EP0508880B1; CA2065508C; ES2059194T3; EP0508880A1; JP2593997B2; FR2674965A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker mit einer mit Erbium dotierten Lichtleitfaser und findet insbesondere Anwendung in Lichtfaser-Fernmeldesystemen.
Die Besonderheit eines solchen Verstärkers liegt darin, daß durch einfachen Durchgang des Signals im Spektralbereich zwischen 1,5 und 1,6 um bei geringer optischer Pumpleistung von etwa 1 bis 100 mW ein hoher Verstärkungsgrad erreicht werden soll.
Die Stabilität des Verstärkungsprozesses in einer Lichtleitfaser hängt unter anderem vom modalen Rauschen der optischen Pumpe ab. Es ist deshalb günstig, wenn der Verstärker nach einem Prinzipschema arbeitet, bei dem die optische Pumpe und das zu verstärkende Signal monomodal sind, wobei die Grenzwellenlänge des Modus LP&sub1;&sub1; der verstärkenden Faser unterhalb der Pumpwellenlänge liegt. Dies schränkt die Pumpwellenlängen auf zwei Spektralbereiche ein, nämlich 0,98 ±0,04 um und 1,48 ±0,04 um.
Optische Verstärker mit Lichtleitfasern, die mit Erbium dotiert sind, wurden insbesondere in den folgenden Aufsätzen beschrieben:
[1] R.J. LAMING, D.N. PAYNE, F. MELI, G. GRASSO, E.J. TARBOX, "Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" - Optical Society of America, Washington, D.C. 1990, - Paper MB3.
[2] J.F. MARCEROU, H. FEVRIER, J. AUGE, C. CLERGEAUD, S. LANDAIS, A.M. BRIANCON, B. JACQUIER, "Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" - Optical Society of America, Washington, D.C. 1990, - Paper MD7.
[3] W.I. WAY, A.C. VON LEHMAN, M.J. ADRESCO, M.A. SAIFI, C. LIN, "Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" - Optical Society of America, Washington, D.C. 1990, - Paper TU B3.
Gemäß den Aufsätzen [1] und [2] erhält man einen Quantenwirkungsgrad größer als 80% unabhängig davon, ob man den einen oder anderen der oben genannten Spektralbereiche für die Pumpwellenlänge verwendet.
Anders liegt der Fall, wenn man sich auf den Wirkungsgrad des Verstärkers bezieht, der als Verhältnis der Leistung des Ausgangssignals verringert um die Leistung des Eingangssignals zur Pumpleistung definiert ist. So beträgt dieser Wirkungsgrad etwa 50% für ein Pumplicht bei 0,98 um und ungefähr 80% für ein Pumplicht bei 1,48 um. Dies beruht auf dem Verhältnis der Energie der Photonen bei der Pumpwellenlänge zu der des Signals. Für eine gegebene Pumpleistung weiß man also, daß es möglich ist, mehr Energie aus einem Verstärker mit Lichtleitfaser zu entnehmen, die mit Erbium dotiert ist, wenn das Pumpen bei 1,48 um erfolgt, als wenn das Pumpen bei 0,98 um erfolgt.
Außerdem ist aus den Aufsätzen [2] und [3] bekannt, daß das vom optischen Verstärker erzeugte Rauschen geringer ist, wenn man bei 0,98 um pumpt, als wenn man bei 1,48 um pumpt. Das Rauschen ist aber ein sehr kritischer Parameter in gewissen Anwendungen, wie z.B. der Verstärkung von Analogsignalen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verstärker mit einer Lichtleitfaser anzugeben, die mit Erbium dotiert ist, wobei die Ausgangsleistung möglichst hoch und das Rauschen möglichst gering sein soll.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Verstärker mit einer Lichtleitfaser, die mit Erbium dotiert ist, insbesondere für die Verstärkung von Signalen im Spektralbereich zwischen 1,5 und 1,6 um, wobei der Verstärker optische Pumpmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Pumpmittel mindestens eine erste Quelle, die bei einer Wellenlänge im Spektralbereich von 0,98 ±0,04 um Licht aussendet, und mindestens eine zweite Quelle aufweisen, die bei einer Wellenlänge im Spektralbereich von 1,48 ±0,04 um Licht aussendet.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die erste und die zweite Quelle über Lichtleiter-Multiplexer an den Eingang bzw. den Ausgang des Verstärkers angeschlossen, wobei die entsprechenden Pumpenergien sich in entgegengesetzten Richtungen durch die mit Erbium dotierte Lichtleitfaser fortpflanzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die erste und die zweite Quelle über Lichtleiter-Multiplexer an den Ausgang bzw. den Eingang des Verstärkers angeschlossen, wobei die entsprechenden Pumpenergien sich in entgegengesetzten Richtungen in der mit Erbium dotierten Lichtleitfaser fortpflanzen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel enthalten die optischen Pumpmittel eine erste und eine zweite Quelle, die über Multiplexer an den Eingang des Verstärkers angeschlossen sind.
Der Verstärker kann weiter eine erste und eine zweite Quelle enthalten, die über Multiplexer an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen sind.
Für alle diese Verstärkerkonfigurationen gemäß der Erfindung stellt man fest, daß man überraschenderweise für Signale des Spektralbereichs von 1,5 um bis 1,6 um einen sehr vorteilhaften Kompromiß zwischen Leistung am Ausgang und Rauschen erreicht.
Andere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen drei Varianten optischer Verstärker gemäß der Erfindung mit ihren Pumpquellen.
Figur 4 zeigt die Veränderung des Verstärkungsgrads G (in dB) des erfindungsgemäßen Verstärkers und von zwei bekannten Verstärkern abhängig vom Eingangssignal Sin.
Figur 5 zeigt die Veränderungen des Rauschfaktors NF (in dB) des erfindungsgemäßen Verstärkers und von zwei bekannten Verstärkern abhängig vom Eingangssignal Sin.
In den Figuren 1 bis 3 wurde sehr schematisch ein optischer Verstärker 1 mit einer Lichtleitfaser dargestellt, die mit Erbium dotiert ist und deren Eingang und Ausgang das Bezugszeichen 1 bzw. 3 tragen. Sin ist das Eingangssignal einer Wellenlänge von 1,532 um und Sout ist das Ausgangssignal. Die optischen Pumpquellen sind Laserdioden, die bei etwa 0,98 um (für p&sub1;) und ungefähr 1,48 um (für p&sub2;) Licht aussenden.
Die mit Erbium dotierte Lichtleitfaser hat folgende Merkmale:
- glasartige Kernmatrix auf der Basis von mit Al&sub2;O&sub3;, GeO&sub2; und außerdem mit Erbium dotiertem Siliziumoxid,
- Kernradius 1,34 um,
- Abstand der Brechungsindices zwischen der Hülle und dem Kern Δn = 28,5 x 10&supmin;³,
- die Länge entspricht der maximalen Ausgangsleistung.
In der Konfiguration gemäß Figur 1 wird die Energie von p&sub1; bzw. p&sub2; in die dotierte Lichtleitfaser in Höhe von deren Eingang 2 bzw. deren Ausgang 3 über Multiplexer 4 bzw. 5 eingespeist.
In der Konfiguration gemäß Figur 2 sind die Anschlüsse der Quellen p&sub1; und p&sub2; vertauscht im Vergleich zur Konfiguration gemäß Figur 1.
In der Konfiguration gemäß Figur 3 sind je zwei Quellen p&sub1; und p&sub2; über Multiplexer 4, 6 bzw. 5, 7 an den Eingang bzw. den Ausgang des Verstärkers 1 angeschlossen.
In Figur 4 sieht man den Verlauf des Verstärkungsgrads G (in dB) von drei Verstärkern mit einer Lichtleitfaser, die mit Erbium dotiert ist, in Abhängigkeit von einem Eingangssignal Sin, dessen Leistung um 1mW herum variiert (starkes Signal). Das Signal Sin wird in Einheiten von dBm ausgedrückt, wobei der Nullpunkt dem Wert 1mW entspricht.
Die Kennlinie A entspricht einem bekannten Verstärker mit einer Laserdiode, die eine Pumpleistung von 15 mW bei 1,48 um liefert.
Die Kennlinie B entspricht einem bekannten Verstärker mit einer Laserdiode, die eine Pumpleistung von 15 mW bei 0,98 um liefert.
Die Kennlinie C entspricht einem erfindungsgemäßen Verstärker (Konfiguration gemäß Figur 1) mit einer Diode p&sub1;, die 7,5 mW bei 0,98 um aussendet, und einer Diode p&sub2;, die 57,5 mW bei 1,48 um aussendet.
Die Kurven A', B', C' in Figur 5 zeigen die Rauschpegel NF (in dB) der drei erwähnten Verstärker.
Diese Ergebnisse zeigen, daß der erfindungsgemäße Verstärker einen deutlich geringeren Rauschfaktor als ein bei 1,48 um gepumpter Verstärker und einen fast ebenso niedrigen wie ein bei 0,98 um gepumpter Verstärker besitzt. Der Verstärkungsgrad ist dann aber größer als der eines bei 0,98 um gepumpten Verstärkers.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.

Claims

1. Optischer Verstärker mit einer Lichtleitfaser, die mit Erbium dotiert ist, insbesondere für die Verstärkung von Signalen im Spektralbereich zwischen 1,5 und 1,6 um, wobei der Verstärker optische Pumpmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Pumpmittel mindestens eine erste Quelle (p&sub1;), die bei einer Wellenlänge im Spektralbereich von 0,98 ±0,04 um Licht aussendet, und mindestens eine zweite Quelle (p&sub2;) aufweisen, die bei einer Wellenlänge im Spektralbereich von 1,48 ±0,04 um Licht aussendet.

2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Quelle über Lichtleiter- Multiplexer (4, 5) an den Eingang (2) bzw. den Ausgang (3) des Verstärkers (1) angeschlossen sind, wobei die entsprechenden Pumpenergien sich in entgegengesetzten Richtungen durch die mit Erbium dotierte Lichtleitfaser fortpflanzen.

3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Quelle über Lichtleiter- Multiplexer (5, 4) an den Ausgang (3) bzw. den Eingang (2) des Verstärkers angeschlossen sind, wobei die entsprechenden Pumpenergien sich in entgegengesetzten Richtungen in der mit Erbium dotierten Lichtleitfaser fortpflanzen.

4. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Pumpmittel eine erste und eine zweite Quelle aufweisen, die über Multiplexer (4, 6) an den Eingang (2) des Verstärkers (1) angeschlossen sind.

5. Optischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Pumpmittel weiter eine erste und eine zweite Quelle aufweisen, die über Multiplexer (6, 7) an den Ausgang (3) des Verstärkers (1) angeschlossen sind.

6. Optischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die glasartige Matrix des Kerns der mit Erbium dotierten Lichtleitfaser Germanium und Aluminium enthält.