DE19940309A1

DE19940309A1 - Optischer Faserverstärker für das langwellige Band mit verbesserter Leistungswandlungseffizienz

Info

Publication number: DE19940309A1
Application number: DE19940309A
Authority: DE
Inventors: Uh-Chan Ryu; Nam-Kyoo Park; Ju-Han Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2019-08-26
Also published as: JP2000077755A; CN1246641A; ITMI991827A1; GB2340989A; IT1313112B1; GB9920040D0; JP3571967B2; US6222670B1; CN1134703C; DE19940309B4; GB2340989B; ITMI991827A0; FR2782851A1

Abstract

Ein optischer Faserverstärker für das langwellige Band mit einer verbesserten Leistungswandlungseffizienz enthält einen ersten optischen Faserteil, der mit einer Pumplichtquelle ausgerüstet ist, einen zweiten optischen Faserteil, der mit dem ersten optischen Faserteil verbunden ist und der nicht mit der Pumplichtquelle ausgerüstet ist, und einen Wiederverwendungsschaltkreis für die Nutzung der verstärkten spontanen Emission (ASE, amplified spontaneous emission) als auf den zweiten optischen Faserteil einwirkende Nebenpumplichtquelle. Vorzugsweise enthält der optische Faserverstärker einen WDM-Koppler, der zwischen den ersten und den zweiten optischen Faserteil geschaltet ist, und eine Lichtpumpvorrichtung, die mit dem WDM-Koppler verbunden ist, um die Pumplichtquelle vorzusehen. Der erste und der zweite optische Faserteil bestehen aus einer Erbium-dotierten optischen Faser. Die Erbium-dotierte optische Faser ist so eingestellt, daß sie eine Verstärkung in dem L-Band erzeugt.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Faserverstärker, und besonders auf einen optischen Faserverstär ker für das langwellige Band, der eine verbesserte Leistungs wandlungseffizienz durch Nutzung einer verstärkten spontanen Emission als Nebenpumplichtquelle vorsieht.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bei einem optischen Kommunikationssystem mit Wellenlängen multiplex (WDM) ist es ein wichtiges technologisches Anliegen, einen Erbium-dotierten Faserverstärker (EDFA) mit einem ausge glichenen Verstärkungsgang in einem breiten Band vorzusehen. Zusätzlich wurden Überlegungen angestellt für das Bereitstellen eines optischen Faserverstärkers, der im langwelligen Band arbeitet, welches konventionelle EDFA nicht abdecken können. Eines der Verfahren zum Bereitstellen des langwelligen optischen Faserverstärkers liegt in der Verwendung neuer Materialien für die optische Faser, wie etwa eine optische Faser auf Tellurit- Basis. Der optische Faserverstärker auf Tellurit-Basis hat Eigenschaften, um die Anforderungen für den optischen Faser verstärker im langwelligen Band zu erfüllen, aber er hat ein unregelmäßiges Verstärkungsspektrum, und außerdem sind die rele vanten Technologien noch nicht voll entwickelt, um sie zu prak tizieren.

Neben der Verwendung solcher neuen Materialien konzentrierte sich der Aufwand auf das Erreichen einer Verstärkung in einem Band jenseits des konventionell verstärkten Bandes (1530 nm- 1560 nm, im Folgenden als "C-Band" bezeichnet) unter Verwendung von Silizium-basierten EDFA verschiedener Strukturen. Zusätzlich ist eine geeignete Struktur vorgeschlagen worden, um etwa 30%- 40% Populationsinversion in dem EDFA zu erregen, um die optische Verstärkung in einem langwelligen Band von 1570 nm-1610 nm (im Folgenden als "L-Band" bezeichnet) zu erreichen. Dies ist etwas kompliziert, aber dies ordnet solche C-Band- und L-Band-Verstär ker parallel zueinander an, um so den Silizium-basierten EDFA mit einem weiten Verstärkungsband über 80 nm für das WDM-Über tragungssystem großer Kapazität herzustellen. Jedoch leidet die ser L-Band-Verstärker unter solchen Nachteilen, daß er eine lange EDF und eine hohe Leistungspumpe aufweisen sollte, und die Leistungswandlungseffizienz ist niedrig.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Faserverstärker mit verbesserter Leistungswandlungseffizienz in einem relativ langwelligen Band vorzusehen.

Nach der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Faser verstärker für das langwellige Band mit einer verbesserten Leistungswandlungseffizienz einen ersten optischen Faserteil, der mit einer Pumplichtquelle ausgerüstet ist, einen zweiten optischen Faserteil, der mit dem ersten optischen Faserteil ver bunden ist und der nicht mit der Pumplichtquelle ausgerüstet ist, und einen Wiederverwendungsschaltkreis für die Nutzung der verstärkten spontanen Emission (ASE, amplified spontaneous emis sion) als auf den zweiten optischen Faserteil einwirkende Neben pumplichtquelle. Vorzugsweise enthält der Wiederverwendungs schaltkreis einen WDM-Koppler, der zwischen den ersten und den zweiten optischen Faserteil geschaltet ist, und eine Lichtpump vorrichtung, die mit dem WDM-Koppler verbunden ist, um die Pump lichtquelle vorzusehen. Der erste und der zweite optische Faser teil bestehen aus einer Erbium-dotierten optischen Faser. Die Erbium-dotierte optische Faser ist so eingestellt, daß sie eine Verstärkung in dem L-Band ergibt.

Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die nur beispielsweise angefügt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Struk tur eines konventionellen Silizium-basierten EDFA für das L- Band;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Struk tur eines anderen konventionellen Silizium-basierten EDFA für das L-Band;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Struk tur eines Silizium-basierten EDFA für das L-Band nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 3, aber nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 veranschaulicht Diagramme, welche die Kleinsignal verstärkungen des ersten bis vierten Typs EDFA entsprechend der Variation des EDF II miteinander vergleicht;

Fig. 6 veranschaulicht Diagramme, welche die Leistungswand lungseffizienzen des ersten bis vierten Typs EDFA entsprechend der Variation des EDF II miteinander vergleicht;

Fig. 7 ist eine Darstellung für die Veranschaulichung der Messung des Rück-ASE-Spektrums ausreichend für die Verbesserung der Leistungswandlungseffizienz, und

Fig. 8 ist eine Darstellung für die Veranschaulichung der Rauschindizes des ersten bis vierten Typs EDFA, gemessen über der Länge der EDF II.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der konventionelle Silizium-basierte EDFA für das L-Band kann die in Fig. 1 gezeigte Frontpumpstruktur (im Folgenden als "erster Typ EDFA" bezeichnet) oder die in Fig. 2 gezeigte Rück pumpstruktur (im Folgenden als "zweiter Typ EDFA") haben.

Im ersten Typ EDFA wird das einfallende Signallicht 10 durch die erste EDFA-Region EDF I, die durch die Frontpumpvorrichtung 30 gepumpt wird, und die zweite EDFA-Region EDF II verstärkt, und wird schließlich als das abgegebene Signallicht 40 erzeugt. Die Frontpumpvorrichtung 30 ist über den WDM-Koppler 20 ange schaltet. Ein Paar optischer Isolatoren 50 und 50' sind jeweils am Eingangs- und Ausgangsende angeordnet, um das Signallicht in einer einzigen Richtung zu führen.

Im zweiten Typ EDFA wird das einfallende Signallicht 10 durch die zweite, nicht gepumpte EDFA-Region EDF II und die erste EDFA-Region EDF I, die durch die Frontpumpvorrichtung 30' gepumpt wird, verstärkt, und wird schließlich als das abgegebene Signallicht 40 erzeugt. In gleicher Weise ist die Rückpumpvor richtung 30' über den WDM-Koppler 20 angeschaltet. Ein Paar optischer Isolatoren 50 und 50' sind jeweils am Eingangs- und Ausgangsende angeordnet, um das Signallicht in einer einzigen Richtung zu führen.

Der erfinderische Silizium-basierte EDFA für das L-Band kann in zwei Typen ausgeführt werden, deren einer darin besteht, das eingegebene Signallicht 12 zuerst durch das nicht gepumpte zweite EDF II zu senden, und dann zum ersten EDF I, das durch die Frontpumpvorrichtung 32 gepumpt wird, wie in Fig. 3 gezeigt (im Folgenden als "dritter Typ EDFA" bezeichnet), und deren anderer darin besteht, das eingegebene Signallicht 12 zuerst durch das erste EDF I, das durch die Rückpumpvorrichtung 32' gepumpt wird, zu senden, und dann zum nicht gepumpten zweiten EDF II, wie in Fig. 4 gezeigt (im Folgenden als "vierter Typ EDFA" bezeichnet). Natürlich sind die Front- und Rückpumpvor richtungen 32 und 32' über den WDM-Koppler 22 angeschaltet, und ein Paar optischer Isolatoren 52 und 52' sind jeweils am Ein gangs- und Ausgangsende angeordnet, um das Signallicht in einer einzigen Richtung zu führen.

Für den Vergleich des erfinderischen EDFA mit dem konventio nellen EDFA wurden dieselben EDF in dem ersten bis vierten EDFA verwendet. Es ist nämlich eine kommerziell verfügbare, A1-codo tierte, optische Faser mit dem maximalen Absorptionskoeffizien ten von 4,5 dB/m. Zusätzlich wurde die Länge des ersten EDF I auf 135 m festgelegt, und die Länge des zweiten EDF II wurde nacheinander verändert auf 0 m, 5 m, 15 m, 20 m, 25 m und 35 m, um die Kleinsignalverstärkung in Abhängigkeit von der Länge der zweiten EDF II zu analysieren. Für den Vergleich wurde die Pump wellenlänge von 980 nm mit der Ausgangsleistung von 90 mW gemeinsam verwendet. Die EDFA-Verstärkung wurde unter Verwendung eines Spektrometers zusammen mit einem in der Wellenlänge ein stellbaren Laser ausgewertet, der auf die zentrale Wellenlänge von 1590 nm eingestellt war. Es wurden zwei Arten von Eingangs signallicht mit einer Intensität von -20 dB bzw. 0 dB verwendet, um die Kleinsignalverstärkung, den Rauschindex, die Sättigungs leistungsintensität und die Leistungswandlungseffizienz korrekt zu messen. Auch wurde der Eingangsverlust am Eingangsende der EDF korrekt gemessen und lag in allen Fällen bei weniger als 2 dB.

Mit Bezug auf Fig. 5 haben die erfinderischen dritten und vierten Typen EDFA mit nicht gepumpten EDF eine Kleinsignalver stärkung, die im Vergleich zu den konventionellen ersten und zweiten Typen EDFA stark von der Länge der EDF II abhängt. Fig. 6 veranschaulicht die Diagramme der Leistungswandlungseffizienz der ersten bis vierten Typen EDFA, die entsprechend der variier ten Länge der EDF II gemessen wurde. Nach den Diagrammen wurden die höchste Kleinsignalverstärkung und Leistungswandlungseffi zienz beim dritten Typ EDFA mit einer EDF II von 35 m beobach tet, deren Werte 21,83 dB bzw. 21,1% waren. Diese Werte sind 4 dB bzw. 11,5% höher als diejenigen des ersten Typ EDFA, der die schlechtesten Ergebnisse in derselben Arbeitsumgebung hat. Dies zeigt an, daß die gepumpte Leistung effektiv durch Anordnung der EDF-Region EDF II vor oder nach der Pumplaserdiode genutzt werden kann, entsprechend der Einrichtung von Frontpumpen oder Rückpumpen. Die Verbesserung der Effizienz scheint durch ASE verursacht zu werden, die in der Gegenrichtung zum gepumpten Licht fortgepflanzt wird, und die als Pumplichtquelle von 1550 nm für die nicht gepumpte EDF-Region wiedergenutzt wird, um so Photonen in einem Band von 1600 nm zu erzeugen.

Um zu beweisen, daß die Rück-ASE ausreichend existiert, um die Leistungswandlungseffizienz zu verbessern, wurde ein Zirku lator verwendet, um das Rück-ASE-Spektrum im ersten Typ EDFA ohne EDF II zu messen. Fig. 7 zeigt das Diagramm des Rück-ASE- Spektrums, das für ein Eingangssignal von 0 dB im Auflösungsband von 0,2 nm gemessen wurde. In dem Diagramm scheint die Spitze in der Nähe von 1590 nm durch Rayleigh-rückgestreute Teile des Ein gangssignals verursacht zu sein. Die Wellenlängenregion, welche die optische Leistung von nicht weniger als -25 dB/0,2 nm dar stellt, nämlich in dem Bereich von 1520 nm bis 1565 nm, zeigt eine starke Rück-ASE von etwa 20,59 mW. Wenn dem EDFA ein schwä cheres Eingangssignal von -20 dB/0,2 nm zugeführt wurde, wurde eine stärkere Rück-ASE mit etwa 28,9 mW beobachtet, was angenä hert 30% der gesamten gepumpten Leistung ist. Dieser ASE-Pegel kann ausreichend sein, um mit Blick auf die vorangegangene For schung der L-Band-Verstärkung mit einer schwächeren Leistung und einem Signal im 1550-nm-Band das L-Band zu verstärken.

Der Rauschindex des Pumpens mit dem zweiten Pegel im 1550-nm- Band wurde für den ersten bis vierten Typ EDFA bei Variation der Länge des EDF II gemessen, wie in Fig. 8 gezeigt. Wie erwartet zeigen der erste und der dritte Typ EDFA mit der Frontpumpstruk tur eine bessere Leistung als der zweite und der vierte Typ EDFA. Insbesondere hat der zweite Typ EDFA einen im Vergleich zu den anderen viel höheren Rauschindex, was auch mit der Länge der EDF II stark variiert, und deshalb ist er nicht passend für den L-Band-EDFA. Dazu liegt der Grund dafür, daß der dritte Typ EDFA hinsichtlich des Rauschindexes eine schlechtere Charakteristik als der erste Typ EDFA aufweist, in dem großen Emissionskreu zungsabschnitt in der Rück-ASE-Wellenlänge, die für das 1600-nm- Pumpen in einem nicht gepumpten EDF-Teil verwendet wird. Obgleich der vierte Typ EDFA einen nicht gepumpten EDF-Teil hat, hat der hintere Teil aller EDFA eine nicht gepumpte EDF und ist hinsichtlich des Rauschindexes unempfindlich, so daß kein Ein fluß hinsichtlich des Rauschindexes beobachtet wurde.

So sieht die Erfindung einen EDFA mit verbesserter Leistungs wandlungseffizienz vor, der für die Verstärkung des optischen Signals im Wellenlängenbereich von 1570 nm bis 1610 nm verwendet werden kann. Obgleich die Rück-ASE verhindert werden muß, um nach dem Stand der Technik eine ausreichende L-Band-Signalver stärkung zu erreichen, weil sie eine Sättigung des EDFA bewirkt, nutzt die Erfindung die Rück-ASE dazu, als Pumplichtquelle für den nicht gepumpten EDF-Teil zu dienen, und verbessert dadurch die Signalverstärkung und die Pumpeffizienz. Außer dem Verlust von 1 dB bei dem Rauschindex zeigt das Ergebnis des Versuchs eine Verbesserung der Leistungswandlungseffizienz um 9,6% bis 21,1% zusammen mit einer Vergrößerung der Kleinsignalverstärkung um maximal 4 dB. Zusätzlich wurde die Leistung selbst durch Pum pen von 1480 nm durch den nicht gepumpten EDF-Teil verbessert, was anzeigt, daß die erfinderische EDFA-Struktur für jede belie bige Wellenlänge verwendet werden kann. Das erfinderische Kon zept der Wiederverwendung der Rück-ASE als Pumplichtquelle trägt nicht nur zur Verbesserung der Leistung des EDFA bei, sondern auch zur Entwicklung eines praktikablen L-Band-EDFA hinsichtlich der ökonomischen Ausnutzung der Pumpleistung.

Während die vorliegende Erfindung mit spezifischen Ausfüh rungsformen in Begleitung von beigefügten Zeichnungen beschrie ben wurde, wird von den in der Technik Bewanderten erkannt werden, daß verschiedene auf sie angewandte Ersetzungen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Inhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band mit einer verbesserten Leistungswandlungseffizienz, der enthält:
einen ersten optischen Faserteil, der mit einer Pumplicht quelle ausgerüstet ist,
einen zweiten optischen Faserteil, der mit dem ersten opti schen Faserteil verbunden ist und der nicht mit der Pumplicht quelle ausgerüstet ist, und
einen Wiederverwendungsschaltkreis für die Nutzung der ver stärkten spontanen Emission (ASE, amplified spontaneous emis sion) als auf den zweiten optischen Faserteil einwirkende Neben pumplichtquelle.

2. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 1, wobei der Wiederverwendungsschaltkreis enthält:
einen Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Koppler, der zwischen den ersten und den zweiten optischen Faserteil geschaltet ist, und
eine Lichtpumpvorrichtung, die mit dem WDM-Koppler verbunden ist, um die Pumplichtquelle vorzusehen.

3. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite optische Faserteil aus einer Erbium-dotierten optischen Faser bestehen.

4. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 3, wobei die Erbium-dotierte optische Faser so einge stellt ist, daß sie eine Verstärkung in dem L-Band erzeugt.

5. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band mit einer verbesserten Leistungswandlungseffizienz, der enthält:
einen ersten optischen Faserteil, der mit einer Pumplicht quelle ausgerüstet ist,
einen zweiten optischen Faserteil, der mit dem ersten opti schen Faserteil verbunden ist und der nicht mit der Pumplicht quelle ausgerüstet ist,
einen Wiederverwendungsschaltkreis für die Nutzung der ver stärkten spontanen Emission (ASE, amplified spontaneous emis sion) als auf den zweiten optischen Faserteil einwirkende Neben pumplichtquelle; und
ein Paar optischer Isolatoren, die jeweils am vorderen und am hinteren Ende der ersten und zweiten optischen Faserteile vorge sehen sind, um die Fortpflanzung des Signallichts in einer ein zigen Richtung zu führen.

6. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 5, wobei der Wiederverwendungsschaltkreis enthält:
einen WDM-Koppler, der zwischen den ersten und den zweiten opti schen Faserteil geschaltet ist, und eine Lichtpumpvorrichtung, die mit dem WDM-Koppler verbunden ist, um die Pumplichtquelle vorzusehen.

7. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 5, wobei der erste und der zweite optische Faserteil aus einer Erbium-dotierten optischen Faser bestehen.

8. Optischer Faserverstärker für das langwellige Band nach Anspruch 7, wobei die Erbium-dotierte optische Faser so einge stellt ist, daß sie eine Verstärkung in dem L-Band erzeugt.