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DE69809609T2 - Abstimmung der Pumpwellenlänge in optischen Verstärkern und ihre Anwendung in Wellenlängenmultiplex-Systemen - Google Patents

Abstimmung der Pumpwellenlänge in optischen Verstärkern und ihre Anwendung in Wellenlängenmultiplex-Systemen

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Publication number
DE69809609T2
DE69809609T2 DE69809609T DE69809609T DE69809609T2 DE 69809609 T2 DE69809609 T2 DE 69809609T2 DE 69809609 T DE69809609 T DE 69809609T DE 69809609 T DE69809609 T DE 69809609T DE 69809609 T2 DE69809609 T2 DE 69809609T2
Authority
DE
Germany
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wavelength
pump
gain
range
source
Prior art date
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Application number
DE69809609T
Other languages
English (en)
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DE69809609D1 (de
Inventor
Corning Incorporated Bennett
Fiona Davis
Richard A. Habel
Corning Incorporated Jakobson
Nigel E. Jolley
Robert W. Keys
Corning Incorporated Newhouse
Kim Bryon Roberts
Corning Incorp. Yadlowsky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nortel Networks Ltd
Oclaro North America Inc
Original Assignee
Nortel Networks Ltd
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by Nortel Networks Ltd, Corning Inc filed Critical Nortel Networks Ltd
Application granted granted Critical
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Publication of DE69809609T2 publication Critical patent/DE69809609T2/de
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Description

    Bereich der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf optische Verstärker, und im Speziellen auf die Wirkungsweise optischer Verstärker, welche in Lichtwellenübertragungssystemen genutzt werden. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung auf optische Verstärker, bei welchen sich dem Problem der differentiellen Signalverstärkung gewidmet wird, und auf ein Wellenlängenmultiplex- Übertragungssystem, welches eine Vielzahl solcher optischer Verstärker hat.
    • Hintergrund der Erfindung 1. Optische Verstärker
  • Die Grundelemente eines Kommunikationssystems sind ein Transmitter bzw. Übertrager, ein Empfänger und ein Übertragungsmedium. Optische Fasern sind heutzutage das Übertragungsmedium der Wahl zum Senden von Ton-, Video- und Datensignalen über große Entfernungen hinweg. Obwohl moderne Fasern sehr niedrige Verluste pro Längeneinheit haben, benötigen lange Faserspannweiten, z. B. Kabel; welche sich von einer Stadt zu einer anderen erstrecken, eine periodische Verstärkung des übertragenen Signals, um einen genauen Empfang am Empfänger sicherzustellen.
  • Erbium dotierte Faserverstärker wurden entwickelt, um dieser Notwendigkeit zur Signalverstärkung zu genügen. Solche Verstärker bestehen aus einer Länge einer optischen Wellenleiterfaser, z. B. 5 bis 30 Meter an Faser, welche mit Erbium dotiert wurden. Die quantenmechanische Struktur von Erbiumionen in einer Glasmatrix gestattet die stimulierte Emission in dem 1500-1600-Nanometer-Bereich, welcher einer der Bereiche ist, bei denen optische Wellenleiterfasern, welche aus Silizium aufgebaut sind, niedrigen Verlust aufweisen. Als Ergebnis einer solchen stimulierten Emission kann ein schwaches Eingangssignal mehr als eine hundertfache Verstärkung erreichen, wenn es durch einen Faserverstärker läuft.
  • Um eine derartige stimulierte Emission zu erreichen, müssen die Erbiumionen in einen angeregten elektronischen Zustand gepumpt werden. Ein derartiges Pumpen kann in verschiedenen Pumpbändern stattfinden, von denen das effektivste jene einschließt, welche ihre Mittenwellenlänge bei ~980 Nanometern und 2480 Nanometern haben. Effiziente Halbleiterlaserquellen sind für beide dieser Pumpbänder erhältlich. Wie erwartet werden würde, bestehen Vor- und Nachteile zwischen diesen Pumpbändern, wobei das 980-Band niedrigeres Rauschen im verstärkten Signal liefert und das 1480-Band einen niedrigeren Ausbreitungsverlust für das Pumplicht liefert, was von Bedeutung ist, wenn Fernpumpen ausgeführt werden muss.
  • Obwohl stimulierte Emission über den 1500-bis-1600-Nanometerbereich auftritt, ist der erreichte Verstärkungsbetrag nicht gleichmäßig über diesen Bereich hinweg. Diese Veränderungen in der Verstärkung erzeugen Probleme in den Multiplexsystemen, wo eine Gruppe von Wellenlängen benutzt wird, um gleichzeitig vielfache Signale über eine optische Faser zu übertragen. Dieses Multiplexen ist von großem kommerziellen Wert, da es eine signifikante vergrößerte Übertragungskapazität pro Faser gestattet. In der Tat besteht eine gegenwärtige Priorität in der Telekommunikationsindustrie darin, existierende Ein- Wellenlängen-Übertragungssysteme auf eine Viel-Wellenlängen- Umgebung in einer kosteneffizienten Weise auszubauen, um so sich der immer zunehmenden Nachfrage nach größerer Signalträgerkapazität zu widmen.
  • In einer typischen Anwendung wird ein Multiwellenlängensignal, welches auf einer optischen Faser getragen bzw. geführt wird, wiederholten Verstärkungskreisen ausgesetzt, wenn es vom Übertrager zum Empfänger läuft. Bei jeder derartigen Stufe werden irgendwelche Unterschiede in der Verstärkung, welche bei den verschiedenen Wellenlängen existieren können, zusammengesetzt, wobei die Wellenlängen, welche größerer Verstärkung ausgesetzt werden, sogar stärker auf Kosten derer werden, welche geringerer Verstärkung ausgesetzt sind. Es wurden verschiedene Vorgehensweisen entsprechend dem Stand der Technik genutzt, um dieses Problem einer nicht gleichmäßigen Verstärkung anzugehen.
  • Eine der grundlegendsten Vorgehensweisen schließt die Auswahl der Wellenlängen ein, welche genutzt werden, um die zahlreichen Signale zu übertragen. Wie entsprechend dem Stand der Technik gut bekannt ist, ist das Verstärkungsspektrum eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers flacher im "roten Band", d. h. im Bereich längerer Wellenlänge von ungefähr 1540- 1545 Nanometern bis ungefähr 1565 Nanometern, als im "blauen Band", d. h. im kürzeren Wellenlängebereich von ungefähr 1525 Nanometern bis ungefähr 1535 = 1540 Nanometern. Im Einzelnen kann eine sehr flache Verstärkung im roten Band erreicht werden, indem der Anteil von Erbiumionen im angeregten ("invertierten") Zustand durch die Auswahl der Länge des Faserverstärkers und den Pumppegel, welcher an die Faser angelegt wird, eingestellt wird.
  • Um einen Nutzen aus dieser Flachheit zu ziehen, hatten Wellenlängenmultiplexsysteme, welche Erbium dotierte Faserverstärker anwenden, ihre Signalkanäle im roten Band. Zusätzlich, um auf die restliche, nicht gleichförmige Verstärkung einzugehen, wurden die Signaleingangsleistungen an dem Übertrager eingestellt, um im Vorhinein die differentielle Verstärkung zu berücksichtigen, welche auftreten wird, wenn das Signal während seines Laufens zum Empfänger wiederholt verstärkt wird.
  • Um den nutzbaren Wellenlängenbereich, welcher durch mit Erbium dotierte Faserverstärker geliefert wird, auf das blaue Band auszudehnen, wurden Filter vorgeschlagen, um das Verstärkungsspektrum des Verstärkers abzuflachen. Die standardgemäße Annahme, welche beim Gestalten eines praktischen Filters für diesen Zweck gemacht wird, ist die, dass die Verstärkung des Verstärkers im Wesentlichen "homogenen" Charakter hat, z. B. dass die Verstärkung durch das homogene Modell beschrieben werden kann, welches z. B. von CR Giles et al. in "Modeling erbium-doped fiber amplifiers", J Lightwave Tech, Band 9, S. 271-283, 1991, und CR Giles, et al., in "Optical amplifiers transform long-distance lightwave telecommunications", Proc IEEE, Band 84, 5 870-883, 1996 diskutiert wird. Der wesentliche Inhalt dieser Annahme ist der, dass die Verstärkung eines Verstärkers durch die durchschnittliche Inversion des aktiven Stoffes, z. B. der Erbiumionen in einem Erbium dotierten Faserverstärker, bestimmt Wird, ungeachtet der einzelnen Signalwellenlänge, Signalleistungen, Pumpwellenlänge und Pumpleistung, welche diese durchschnittliche Inversion erzeugt haben. Auf eine andere Weise betrachtet, bedeutet die Annahme einer homogenen Verbreiterung, dass, wenn die Verstärkung bei irgendeiner Wellenlänge zu einem gewissen Grad auf einen speziellen Wert stabilisiert ist, eine Verstärkung bei den anderen Wellenlängen in ähnlicher Weise stabilisiert wird (wobei der stabilisierte Wert der Verstärkung unterschiedlich bei unterschiedlichen Wellenlängen ist).
  • Unter dieser Annahme wird ein Verstärkungsspektrum für einen Verstärker für eine gegebene Durchschnittsinversion berechnet, und dieses Verstärkungsspektrum wird benützt, um ein Filter zu gestalten, welches das Spektrum abflachen kann. Ein Satz von Signalwellenlängen, welcher an den Verstärker angelegt wird, wird dann ein abgeflachtes Verstärkungsspektrum sehen, vorausgesetzt, dass die durchschnittliche Inversion in Gegenwart dieser Signalwellenlänge die durchschnittliche Inversion ist, welche beim Gestalten des Filters genutzt wurde. Der Grad an Abflachung wird natürlich davon abhängen, wie gut ein hergestelltes Filter tatsächlich das gewünschte Dämpfungsspektrum hat.
  • Lieber als das Berechnen des Verstärkungsspektrums, wobei das homogene Modell benutzt wird, könnte jemand z. B. das Verstärkungsspektrum eines aktuellen Verstärkers messen und das gemessene Verstärkungsspektrum nutzen, um das Filter zu gestalten. Diese empirische Vorgehensweise übernimmt jedoch auch stillschweigend das homogene Modell, in dem angenommen wird, dass das Verstärkungsspektrum für irgendeinen Satz der Signalwellenlängen und -leistungen innerhalb des Arbeitsbereichs des Verstärkers abgeflacht wird, welcher die gleiche durchschnittliche Inversion aufweist, wie der, welcher existierte, als das empirische Verstärkungsspektrum gemessen wurde.
  • Die obigen Vorgehensweisen zum Implementieren eines die Verstärkung abflachenden Filters arbeiten gut für Signalwellenlängen im roten Band. Überraschenderweise wurde entsprechend der Erfindung entdeckt, dass das homogene Modell nicht gut im blauen Band arbeitet. Dieses Band weist eher ein substanzielles inhomogenes Verhalten auf. Speziell, wenn wenigstens eine Signalwellenlänge in diesem Band ist, kann das Verstärkungsspektrum nicht länger durch eine einzelne durchschnittliche Inversion beschrieben werden, welche auf alle aktiven Stoffe angewendet wird. Diese Inhomogenität führt zu einer Vielfalt von wichtigen Konsequenzen in Verbindung mit der Gestaltung, dem Implementieren und dem Nutzen optischer Verstärker, Komponenten solcher Verstärker und von Systemen, welche solche Verstärker anwenden.
  • Über inhomogene Linienverbreiterung in Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFAs), speziell über "Hole-Burning" bzw. "Löcherbrennen" wurde in der Literatur berichtet. Wie darin beschrieben wird, hat dieser Effekt eine Linienbreite (ein betroffener Teil des Spektrums) von ungefähr 10 nm. Der Effekt ist abhängig vom Grad der Sättigung des Verstärkers und ist jeweils bei der Sättigungssignalwellenlänge angesiedelt. Diskussionen über den Hole-Burning-Effekt können in den nachfolgenden Zitaten gefunden werden: M Tachibana, et al., "Gain cross saturation and spectral hole burning in wideband erbium- doped fiber amplifiers", Opt Lett, Band 16, S. 1499-1501, 1991; H Chou, et al., "Inhomogeneous gain saturation of erbium-doped fiber amplifiers", in Proc. Optical Amplifiers and their Application, Davos, Schweiz, 1995, S. 92-95; und AK Srivastava, et al., "Room temperature spectral hole burning in erbium-doped fiber amplifiers", in Proc. Optical Fiber Communication Conference, San Jose, CA, 1996, (Tu G7), S. 33-34. Weitere Diskussionen über inhomogene Effekte in EDFAs können gefunden werden in: E Desurvire, et al., "Gain hole burning at 1.53 um in erbium-doped fiber amplifiers", IEEE Phot Tech Let, Band 2, S. 246-248. 1990; JL Zyskind, et al., "Determination of homogenous linewidth by spectral gain hole burning in an erbium-doped fiber amplifier with GeO&sub2;:SiO&sub2; core", IEEE Phot Tech Let, Band 2, S. 869-871, 1990; und E Desurvire, et al., "Study of spectral dependence of gain saturation and effect of inhomogeneous broadening in erbium-doped aluminosilicate fiber amplifiers", IEEE Phot Tech Let, Band 2, S. 653-655, 1990.
  • Kennzeichnenderweise waren die berichteten inhomogenen Effekte klein, z. B. höchstens 1 dB. Im Gegensatz dazu wurden entsprechend der Erfindung Störungen von vielen dB im Verstärkungsspektrum der EDFAs als Ergebnis des Vorhandenseins von wenigstens einer Signalwellenlänge im blauen Band beobachtet.
    • II. Verstärkungsabsenkung in WDM-Übertragungssystemen
  • In Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Übertragungssystemen, welche bekannte, optisch gepumpte optische Verstärker in ihren Übertragungspfaden anwenden, bereitet das Phänomen der Verstärkungsabsenkung Probleme. Bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen verstärkt der Verstärker die verschiedenen Kanäle in unterschiedlichem Maße derart, dass jegliches passive System, welches gestaltet ist, um die Ausgangsleistung der Kanäle für einen speziellen Satz von Betriebsbedingungen auszugleichen, dazu neigt, zu verfehlen, um einen Ausgleich zu liefern, wenn diese Bedingungen verändert werden. Einer der Gesichtspunkte der Erfindung beinhaltet das Minimieren der nachteiligen Effekte dieses Verstärkungsabsenkungsphänomens.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein neuer und bisher unberichteter Effekt wurde von uns beobachtet, nämlich die Tatsache, dass mit Bezug auf einen optisch gepumpten optischen Verstärker, welcher bei einer speziellen Wellenlänge innerhalb seines Verstärkungsspektrums gesättigt ist, z. B. ein mit Erbium dotierter Faserverstärker, welcher im 980-nm-Band gepumpt wird und welcher im 1525-bis- 1570-nm-Band verstärkt, die Form des Verstärkungsspektrums sich signifikant mit der Pumpwellenlänge innerhalb eines Spektralbereichs ändert, über welchen es keine signifikante Änderung in der Absorption der Pumpleistung durch den Verstärker gibt.
  • Dieser Effekt wurde beobachtet, indem die Leistung, welche dem Verstärker durch die Pumpwelle geliefert wird, auf einen festen Leistungspegel gestellt wurde und dann eine Veränderung von ungefähr 5 nm in der Pumpwellenlänge gemacht wurde. Über diesen Wellenlängenbereich hinweg gibt es ungefähr eine 8%- Änderung in der Absorption der Pumpleistung durch den Faserverstärker. Signifikanterweise wird, entsprechend der Erfindung, unerwarteter Weise herausgefunden, dass sich die Form des Verstärkungsspektrums im Wellenlängenbereich von 1525 nm bis 1540 nm wesentlich ändert und dies mehr als für das rote Band (1540 nm bis 1570 nm). Der Effekt ist deshalb wesentlich mehr gegenüber der Pumpwellenlänge empfindlich als vorher beobachtete Effekte.
  • Die Form bzw. Gestalt des Verstärkungsspektrums innerhalb des 1525-nm-bis-1540-nm-Wellenlängenbereiches wurde mit einer Veränderung von 0,5 dB für eine Veränderung von 0,8 nm in der Pumpwellenlänge beobachtet. Das Fehlen einer adäquaten Steuerung der Pumpwellenlänge kann deshalb die Arbeitsweise von optischen Verstärkern eines optisch verstärkten Übertragungssystems, welches WDM-Kanäle innerhalb dieses Wellenlängenbandes verstärkt, ernsthaft beeinträchtigen.
  • Dieser Effekt wurde bisher nicht detektiert, und gegenwärtig werden Pumpwellenlängen beliebig ausgewählt, im Allgemeinen so, dass sie innerhalb des Absorptionsbandes der Erbium- dotierten Faser fallen, wie dies in Fig. 9 dargestellt wird. Ferner, um die Länge der Faser zu reduzieren, welche erforderlich ist, um eine voreingestellte Verstärkung zu liefern, wurden Quellen, welche nahe dem Absorptionsspitzenwert sind, vorzugsweise in Betracht gezogen.
  • Eine mögliche Ursache für diesen neuen Effekt könnte eine inhomogene Verbreiterung im Absorptionsband der Erbium-dotierten Faser sein. Dies kann an verschiedenen Erbiumionen liegen, welche an unterschiedlichen Stellen über die Faser hinweg platziert sind, wobei verschiedene Feldeffekte zusammentreffen. Dadurch werden verschiedene Pumpwellenlängen Ionen an verschiedenen Orten selektiv pumpen, wobei diese Ionen selektiv bei bestimmten Wellenlängen emittieren. Dadurch werden verschiedene Pumpwellenlängen unterschiedliche Verstärkung bei unterschiedlichen Signalwellenlängen erzeugen.
  • Entsprechend gewisser dieser Gesichtspunkte nutzt die Erfindung eine Feinsteuerung (Feinabstimmen) der Pumpmittenwellenlänge, z. B. eine Steuerung innerhalb von zwei Nanometern, vorzugsweise innerhalb von einem Nanometer, und bevorzugtest innerhalb eines halben Nanometers oder weniger, um das substanziell inhomogene Verhalten, welches optische Verstärker für Signale im blauen Band aufweisen, zu managen. Auf diese Weise kann die Form des Verstärkungsspektrums eines optischen Verstärkers eingestellt werden, um die gewünschten Verstärkungspegel bei einem gewünschten Satz von Signalwellenlängen, Signalleistungen und der Pumpleistung zu erhalten.
  • Im Vorfeld der vorliegenden Erfindung waren einige der grundlegenden Variablen/Parameter, welche dafür gehalten wurden, das Verstärkungsspektrum eines optischen Verstärkers zu beeinflussen, die folgenden: (1) die Wellenlängen, die zu verstärken sind; (2) die Eingangsleistungspegel bei diesen Wellenlängen; (3) die Charakteristika des Verstärkungsmediums, z. B. seine Zusammensetzung, Länge und der Dotiergrad; (4) die Einfügeverlustspektren der Bauteile des Verstärkers, wobei irgendwelche Filter, welche zum Abflachen der Verstärkung benutzt werden, eingeschlossen sind; (5) das Pumpband, welches gewählt wird, um das Verstärkungsmedium zu pumpen; und (6) der Gesamtbetrag der Pumpleistung, welche in dem gewählten Pumpband zugeführt wird.
  • Wie oben diskutiert, wurde, entsprechend der Erfindung, eine weitere fundamentale Variable identifiziert, welche genutzt werden kann, um das Verstärkungsspektrum eines optischen Verstärkers zu steuern. Diese Variable ist die Mittenwellenlänge des Spektrums der Ausgangsleistung einer Pumpquelle, innerhalb des gewählten Pumpbandes. Indem diese Variable in Verbindung mit den anderen Variablen/Parametern, welche oben aufgeführt wurden, genutzt wird, wird eine erhöhte Verstärkerleistung erreicht.
  • Des leichten Bezuges wegen wird das Einstellen der Mittenwellenlänge des Spektrums der Ausgangsleistung einer Pumpquelle innerhalb eines Pumpbandes, d. h. das Feinabstimmen der Mittenwellenlänge, hier als "Pumpwellenlängenabstimmen" bezeichnet.
  • Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung wird das Pumpwellenlängenabstimmen mit der Bauteilauswahl kombiniert, speziell die Auswahl der Pumpquellen und das Verstärkungsabflächen der Filter, um die Gesamtleistung des Verstärkers zu verbessern. Aufgrund von Herstellungstoleranzen variieren speziell Halbleiterlaser-Pumpquellen in ihrer Mittenwellenlänge. In ähnlicher Weise variiert das Dämpfungsspektrum eines die Verstärkung abflachenden Filters von Stück zu Stück. In einigen Fällen können diese Bauteilvariationen zusammenkommen, so dass der Betrag des Pumpwellenlängenabstimmens, welcher benötigt wird, um ein gewünschtes Verstärkungsspektrum für einen optischen Verstärker zu erreichen, schließlich nicht für einen bestimmten Pumpquellenprototyp und Filterprototyp erreicht werden kann. Entsprechend der Erfindung wird dieses Problem durch Vorsortieren der Pumpquellenprototypen und Filterprototypen gelöst, so dass durch die Kombination von Prototypen, welche in einem speziellen Verstärker genutzt werden, ein gewünschtes Verstärkungsspektrum durch das Abstimmen der Pumpwellenlänge erreicht werden kann. Auf diese Weise wird die Ausschussrate bei der Herstellung reduziert.
  • Bauteile, z. B. Filter, welche genutzt werden, um die Verstärkung abzuflachen, können z. B. Veränderungen unterliegen aufgrund, neben anderen Dingen, des Alterns und der Umgebung, in der sie genutzt werden. Z. B. wird der Spitzenwert der Dämpfung eines die Verstärkung abflachenden Filters sich mit der Temperatur ändern. Das Abstimmen der Pumpwellenlänge kann genutzt werden, um diese Veränderung zu kompensieren.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Abstimmen der Pumpwellenlänge genutzt werden, um die Effekte der Änderungen des Verstärkungsspektrums aufgrund der Änderungen im Signal der Eingangsleistung und des Spektrums zu kompensieren.
  • In anderen Ausführungsformen werden, anstatt des Nutzens einer einzelnen Pumpquelle mit einer einzelnen Zentralwellenlänge, zahlreiche Pumpquellen genutzt, welche unterschiedliche Zentralwellenlängen innerhalb des gewählten Pumpbandes haben, um eine weitere Steuerung der Form des Verstärkungsspektrums zu liefern. Auf diese Weise können optische Verstärker gestaltet werden, um komplexere Sätze von Signalwellenlängen, Signalleistungen und Pumpleistungen zu betreiben.
  • Zusätzlich zum Steuern der Zentralwellenlänge der Pumpquelle oder der Pumpquellen eines einzelnen Verstärkers können die Zentralwellenlängen der Pumpquellen einer Reihenkaskade von Verstärkern fein abgestimmt werden, um ein Gesamtleistungsziel zu erreichen, z. B. können die Zentralwellenlängen von Pumpquellen für Abwärtsverstärker eingestellt werden, um die Effekte der verstärkten spontanen Emission (ASE) zu berücksichtigen, welche durch Aufwärts- und/oder Abwärtsverstärker produziert werden.
  • Andere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert werden, beinhalten das Folgende:
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Verstärkers, welcher ein optisches Verstärkungsmedium hat, welches optisch mit einem Halbleiterlaser gepumpt wird, wobei in dem Verfahren die Gestalt des Verstärkungsspektrums durch dynamisches Steuern der Emissionswellenlänge des Lasers reguliert wird.
  • - Bereitstellen eines optischen Verstärkers, welcher ein optisches Verstärkungsmedium hat, welches optisch mit einem Halbleiterlaser gepumpt wird, wobei der Verstärker eine Steuervorrichtung beinhaltet, welche die Gestalt des Verstärkungsspektrums durch dynamisches Steuern der Emissionswellenlänge des Lasers reguliert.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines optischen Verstärkers, welcher ein optisches Verstärkungsmedium hat, welches optisch durch einen Halbleiterlaser gepumpt wird, wobei das Verfahren einen Rückkopplungssteuerkreis anwendet, um die Größe der Pumpleistung, welche an das Verstärkungsmedium durch den Laser geliefert wird, zu steuern, und eine Justiervorrichtung angewendet wird, um die Änderung in der Emissionswellenlänge, welche direkt auf den Änderungen in der gelieferten Pumpleistung beruht, zu modifizieren.
  • - Bereitstellen eines optischen Verstärkers, welcher ein optisches Verstärkungsmedium hat, welches optisch mit einem Halbleiterlaser gepumpt wird, wobei der Verstärker eine Rückkopplungsvorrichtung hat, welche die Größe der Pumpleistung, die von dem Verstärkungsmedium durch den Laser geliefert wird, steuert, und eine Justiervorrichtung hat, welche die Änderung in der Emissionswellenlänge modifiziert, welche sich direkt aus den Änderungen in der gelieferten Pumpleistung ergeben.
  • Eine Art, die dynamische Steuerung über die Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers entsprechend mit den obigen Gesichtspunkten der Erfindung auszuüben, beinhaltet das Anwenden eines dynamischen Wellenlängen-justierbaren, engbandigen optischen Laserresonators, wobei der Spiegel als ein externer Spiegel eines Halbleiterlasers mit externem Resonator definiert wird. Solch ein Spiegel kann durch ein Bragg- Reflexionsgitter in einem Längenstück einer Single-Modeoptischen Faser ausgeführt werden, welche dynamisch gestreckt wurde, z. B. piezoelektrisch. Ein alternativer Weg beinhaltet das Anwenden eines Drei-Anschluss-Halbleiterlasers, wie z. B. von Y. Yoshikuni und G. Motosugi in der Veröffentlichung beschrieben, mit dem Titel "Multielectrode Distributed Feedback Laser für Pure Frequency Modulation and Chirping Suppressed Amplitude Modulation", Journal of Lightwave Technology, Band LT5, Nr. 4, April 1987, S. 516-522. Eine bevorzugte Weise beinhaltet das Ausführen der dynamischen Steuerung über die Temperatur des Halbleiterlasers;
  • Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Verstärker geliefert, welcher ein optisches Verstärkungsmedium hat, welches mit einer Laserdiode optisch gepumpt wird, deren Temperatur dynamisch wenigstens in einem Teil durch ein Signal reguliert wird, welches von einem gemessenen Betriebsparameter des Verstärkers abgeleitet wird.
  • Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung liefert die Erfindung, in einem Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, welches einen Empfänger hat, der optisch mit einem Übertrager über einen Wellenlängenmultiplex-Übertragungspfad verbunden ist, welcher eine Verkettung von Laserdiodengepumpter optischer Verstärker hat, von denen jeder ein Verstärkungsspektrum aufweist, ein Verfahren zum Eistellen des Verstärkungsspektrums von wenigstens einem der Verstärker durch dynamisches Regulieren der Temperatur seiner Laserdiodenpumpquelle in Abhängigkeit zu einem gemessenen Betriebsparameter des Verstärkers oder des Systems.
  • Die Emissionswellenlänge eines typischen Diodenlasers, welcher bei 980 nm emittiert, kann um 0,8 nm bei einer Temperaturänderung von 2,5ºC verschoben werden, oder bei einer Änderung von 40 mA im Treiberstrom. Dies entspricht der Änderung der Wellenlängenkoeffizienten von jeweils 0,32 nm/ºC und 0,02 nm/mA, und gibt die intrinsischen Eigenschaften des Diodenlasers wieder. Wenn dementsprechend eine Verstärkerspezifikation den Pumptreibstrom für einen Bereich von nicht größer als 200 mA justierbar angibt, wird ein Halten der Diode bei einer konstanten Temperatur sicherstellen, dass die Emissionswellenlänge bei einem 5-nm-Bereich gehalten wird, so dass dadurch sichergestellt wird, dass die Absorption der Pumpleistung durch den Verstärker im Wesentlichen konstant bleibt. Auf der anderen Seite wird damit nicht sichergestellt, dass die mit der Pumpwellenlänge verbundenen unterschiedlichen Verstärkungseffekte, welche oben diskutiert wurden, auf einem nicht signifikanten Pegel gehalten werden. Mit anderen Worten, während das Stabilisieren der Temperatur eines Pumpdiodenlasers ausreichend ist, um Arbeitsprobleme des Verstärkers zu eliminieren, welche dem Absorptionswirkungsgrad der Pumpleistung zuzuschreiben sind, reicht es bei weitem nicht aus, diese neu entdeckten, mit der Pumpwellenlängen zusammenhängenden unterschiedlichen Verstärkungseffekte zu eliminieren.
  • Entsprechend einem bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird das die Pumptemperatur regulierende Signal von einer Messung des Treiberstroms der Pumpquelle abgeleitet.
  • Entsprechend einem anderen bevorzugten Merkmal wird das Signal von einer Messung der Emissionswellenlänge der Pumpquelle abgeleitet.
  • Entsprechend einem weiteren alternativen bevorzugten Merkmal wird das Signal von einer Messung der unterschiedlichen Verstärkung abgeleitet, welche von dem Verstärker zum Laufen bei unterschiedlichen Wellenlänge geboten wird.
  • In einem Übertragungssystem, welches eine Verkettung von optischen Verstärkern in seinem Übertragungspfad hat, kann das Signal, welches von einer Messung der differentiellen Verstärkung abgeleitet wurde, welche von einem Verstärker aufgebracht wurde, um bei verschiedenen Wellenlängen zu laufen, nicht nur gerade zur einfachen Regulierung der Temperatur der Diodenlaser-Pumpquelle dieses speziellen Verstärkers angewandt werden, sondern auch für die der Diodenlaser-Pumpquellen einiger oder aller anderen optischen Verstärker in dem Übertragungspfad, speziell für jene Verstärker, welche in Aufwärtsrichtung im Übertragungspfad liegen.
  • Noch weitere Gesichtspunkte der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert werden, beinhalten:
  • - Bereitstellen eines Übertragungssystems, welches einen Sender und einen Empfänger hat, welche über eine optische Faser verbunden sind, und eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche entlang dieser optischen Faser platziert sind, um Signalkanäle zwischen dem Sender und Empfänger zu verstärken, wobei jeder der Verstärker eine Pumplichtquelle hat, deren Wellenlänge so ist, dass Beiträge zur differentiellen bzw. unterschiedlichen Verstärkung aufgrund von auf die Pumplichtwellenlänge bezogener Effekte im Wesentlichen reduziert werden.
  • - Bereitstellen eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte Siliziumfaser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei die Wellenlänge der Quelle zwischen einem Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter liegt die Wellenlänge der Pumpquelle innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 983 nm. Am bevorzugtesten liegt die Wellenlänge der Pumpquelle im Bereich von 974,5 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm.
  • - Bereitstellen eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche angeordnet sind, um Signale zu verstärken, deren Wellenlänge im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte Siliziumfaser aufweist und eine Pumplichtquelle, wobei die Wellenlänge der Quelle im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt: Bevorzugter liegt die Wellenlänge der Pumpquelle im Bereich 974 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 984 nm. Am bevorzugtesten liegt die Wellenlänge der Pumpquelle im Bereich 974 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm.
  • - Bereitstellen eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte Siliziumfaser hat und eine Pumplichtquelle, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 2 nm im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter liegt die Wellenlänge der Quelle innerhalb des 1-nm-Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 986 nm. Am bevorzugtesten liegt die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 0,5 nm im Bereich von 970 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 986 nm.
  • - Bereitstellen eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche angeordnet sind, um Signale zu verstärken, deren Wellenlängen im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte Silizium-optische Faser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter liegt die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 1 nm im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm. Am bevorzugtesten liegt die Wellenlänge der Quelle innerhalb einer Bandbreite von 0,5 nm im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm.
  • Entsprechend den vorausgegangenen Gesichtspunkten ist am bevorzugtesten jede Pumplichtquelle ein Halbleiterlaser.
  • Zusätzliche Gesichtspunkte der Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert werden, beinhalten:
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Pumpen einer mit Erbium dotierten Silizium-optischen Faser, welches das Auswählen einer Pumplichtquelle beinhaltet, welche eine Wellenlänge von der Art hat, dass auf unterschiedliche Verstärkung entsprechend der Pumplichtwellenlänge bezogene Effekte im Wesentlichen reduziert werden.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches einen Sender und einen Empfänger hat, welche über eine optische Faser verbunden sind, und eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche entlang der optischen Faser platziert sind, um Signalkanäle zwischen Sender und Empfänger zu verstärken, wobei die Verstärker eine Pumplichtquelle haben, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle derart beinhaltet, dass auf unterschiedliche Verstärkung aufgrund der Pumplichtwellenlänge bezogene Effekte im Wesentlichen reduziert werden.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, wobei jeder optische Verstärker eine mit Silizium dotierte Faser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet, so dass diese innerhalb eines Bereiches von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Pumpquelle, so dass diese innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 983 nm liegt. Am bevorzugtesten beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Pumpquelle, so dass diese im Bereich von 974,5 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm liegt.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche angeordnet sind, um die Signale, deren Wellenlänge im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen, zu verstärken, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte Siliziumfaser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet derart, dass diese innerhalb eines Bereichs von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Pumpquelle, so dass diese innerhalb des Bereichs von 974 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 984 nm liegt. Am bevorzugtesten beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Pumpquelle, so dass diese innerhalb des Bereichs von 974 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 liegt.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte optische Siliziumfaser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle, so dass diese innerhalb eines 1-nm-Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Am bevorzugtesten beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle, so dass diese innerhalb eines 0,5-nm-Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
  • - Bereitstellen eines Verfahrens zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche angeordnet sind, um Signale zu verstärken, deren Wellenlängen im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen, wobei jeder optische Verstärker eine mit Erbium dotierte optische Siliziumfaser und eine Pumplichtquelle aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Bevorzugter beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle, so dass diese innerhalb eines 1-nm- Wellenlängenbereichs im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt. Am bevorzugtesten beinhaltet das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle, so dass diese innerhalb eines 0,5-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
  • Aus dem Vorausgegangenen wird offensichtlich, dass die Aufgaben der Erfindung beinhalten: (1) Bereitstellen von verbesserten optischen Verstärkern zum Gebrauch in Lichtwellen- Übertragungssystemen, z. B. optischen Wellenleiter- Kommunikationssystemen; (2) Bereitstellen von verbesserten optischen Verstärkern zum Gebrauch in Wellenlängenmultiplexsystemen; (3) Bereitstellen von verbesserten optischen Verstärkern zum Gebrauch mit Signalwellenlängen im blauen Band; (4) Bereitstellen von verbesserten Pumpstrategien für optische Verstärker; (5) Bereitstellen von verbesserten Pump- /Filterkombinationen für optische Verstärker; und (6) Bereitstellen von verbesserten Signal-/Pumpkombinationen für optische Verstärker.
  • Im Speziellen beinhalten die Aufgaben der Erfindung das Bereitstellen (I) eines optischen Verstärkers, welcher angepasst ist, um entsprechend der oben beschriebenen, neu entdeckten Auswirkung der Pumpwellenlänge auf das Verstärkungsspektrum eines optischen Verstärkers durch Begrenzen der Pumpwellenlänge zu arbeiten, und (2) eines Wellenmultiplex- Übertragungssystems, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, welche angepasst sind, um entsprechend mit dieser entdeckten Auswirkung zu arbeiten, indem ebenfalls die Pumpwellenlänge eingegrenzt wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es folgt eine Beschreibung von optischen Verstärkern und Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Übertragungssystemen, welche gewisse bevorzugte, aber nicht eingrenzende Ausführungen der Erfindung beinhalten. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
  • Fig. 1A und 1B zeigen die Veränderung des Verstärkungsspektrums eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers, abhängig von der Pumpwellenlänge. Die Kurven dieser Figuren sind kleine Signalverstärkungsspektren, welche bei Vorhandensein eines Sättigungssignals (λsat) erhalten werden, welches bei 1535 Nanometer in Fig. 1A und bei 1561 Nanometer in Fig. 1B war. Die Spektren wurden unter Nutzung der Zeitdomäneextinktionsrausch-Verstärkungsmesstechnik von Hewlett-Packard gemessen. Die Horizontalachse in jeder dieser Figuren zeigt die Wellenlänge in Nanometern, während die Vertikalachse die Verstärkung in dBs zeigt. Die durchgezogenen Linien sind für eine Pumpwellenlänge von 975 nm, die gestrichelten Linien sind für eine Pumpwellenlänge von 977 nm, die langstrichpunktierten Linien sind für eine Pumpwellenlänge von 978 nm und die kurzstrichpunktierten Linien sind für eine Pumpwellenlänge von 979 nm.
  • Fig. 2A zeigt das Vorhandensein einer dynamischen Verstärkungsneigung bzw. -absenkung und die Anwendung der Erfindung, um die Verstärkungswelligkeit von Spitze zu Spitze über ein rotes Band eines EDFA zu verbessern, welcher bei verschiedenen Verstärkungen für eine gegebene Signalwellenlänge betrieben wird. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometern, während die Vertikalachse die Welligkeit in dBs zeigt. Die Kurve mit den Quadraten steht für eine Verstärkung von 24 dB, während die Kurve mit den Rauten für eine Verstärkung von 33 dB steht.
  • Fig. 2B zeigt das Verstärkungsspektrum eines EDFA im roten Band für eine Reihe von Pumpwellenlängen (λp) zwischen 975 nm und 981 nm. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkung in dB zeigt. Für jede Kurve betrug die Verstärkung bei 1555,7 nm ungefähr 24 dB.
  • Fig. 3 ist ein Ausdruck der Verstärkung bei vier Signalwellenlängen von 1529, 1530,3, 1533,5 und 1535,0 Nanometer, wenn die Pumpwellenlänge von 975 Nanometer bis 985 Nanometer verändert wurde. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkung in dB zeigt.
  • Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Gerätes, welches benutzt wurde, um die Daten der Fig. 3, 5, 11 und 12 zu erzeugen. Die Referenzzahlen, welche in dieser Figur benutzt wurden, haben die folgenden Bedeutungen: 100 -- durchstimmbare Laser; 102 -- Isolator; 104 -- Pumpquelle; 106 -- VOA 1; 108 -- Pumpquelle VOA; 110 -- Verbinder; 112 -- EDFA; 114 -- Verbinder; 116 -- Isolator; 118 -- VOA 2; und 120 -- OSA.
  • Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Verstärkung abhängig von der Pumpwellenlänge für vier Signalwellenlängen von 1529 Nanometer (durchgezogene Linie), 1530,3 Nanometer (gestrichelte Linie mit Dreiecken), 1533,5 Nanometer (durchgezogene Linie mit Quadraten) und 1535,0 Nanometer (gestrichelte Linie). Die Daten dieser Figur wurden unter Nutzung des Gerätes der Fig. 4 und eines optischen Verstärkers von dem Typ, welcher genutzt wurde, um die Daten der Fig. 3, wie nachfolgend beschrieben, zu erhalten. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkung in dB zeigt.
  • Fig. 6 gibt schematisch einen optischen Verstärker wieder, bei welchem das Abstimmen der Pumpwellenlänge angewendet werden kann.
  • Fig. 7 gibt graphisch die Verstärkung einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten, mit Erbium dotierten Faser (EDF) über den Bereich 1525 nm bis 1575 nm wieder, wenn diese mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Pumpwellenlängen gepumpt wird. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkung in dB zeigt. Die Pumpwellenlängen für die verschiedenen Kurven dieser Figur sind wie folgt: A -- 981,7 nm; B -- 980,9 nm; C -- 980,1 nm; D -- 979,15 nm; E -- 978,2 nm; F -- 977,45 nm; G -- 976,7 nm; H -- 975, 9 nm; I -- 975, 1 nm.
  • Fig. 8 gibt die Verstärkung in einem mit Erbium dotierten Faserverstärker bei unterschiedlichen Signalwellenlängen wieder, über einen Bereich der Pumpwellenlängen hinweg. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Pumpwellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkung zeigt. Die Signalwellenlänge für die verschiedenen Kurven dieser Figur sind wie folgt: A -- 1526,96; B -- 1528,02 nm; C -- 1529,07 nm; D - - 1530,13 nm; E -- 1531,18 nm; F -- 1532,24 nm; G -- 1532,94 nm; H -- 1533,99 nm; I -- 1535,05 nm; J -- 1536,11 nm; K -- 1539,97 nm; L -- 1550,18 nm; M -- 1560,03 nm; N -- 1565,30 nm.
  • Fig. 9 stellt graphisch die Absorption der Pumpquelle abhängig von der Wellenlänge eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers im Wellenlängenbereich 980 nm dar. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Pumpwellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Absorption in dB/Meter zeigt.
  • Fig. 10 ist ein Diagramm des Wellenlängen-abhängigen Anteils des passiven Verlustes der zwei Verstärkungsmodule. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse den Einfügeverlust in dB zeigt. Die durchgezogene Linie zeigt die Einfügeverluste für einen ersten Modul "N", und die gepunktete Linie Zeit die Einfügeverluste für einen zweiten Modul "L".
  • Fig. 11 stellt die Anwendung der Erfindung dar, um die Auswirkungen auf die Verstärkungsleistung der Differenzen in der Wellenlängen-abhängigen Komponente der passiven Verluste der zwei Verstärkungsmodule der Fig. 10 zu reduzieren. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse die Verstärkungsdifferenz in dB zeigt. Die durchgezogene Linie zeigt die Verstärkungsunterschiede für den Modul "L", und die gepunktete Linie zeigt die Verstärkungsunterschiede für den Modul "N". Die Pfeile 122 und 124 zeigen jeweils die optimale Pumpwellenlänge für die Module rmrr und "L".
  • Fig. 12 stellt die Anwendung der Erfindung für mehrere Sätze von Signalwellenlängen dar, wobei jeder Satz zwei Signalwellenlängen beinhaltet. Die Horizontalachse in dieser Figur zeigt die Wellenlänge in Nanometer, während die Vertikalachse den Verstärkungsunterschied in dB zeigt. Die durchgezogene Linie zeigt die Verstärkungsunterschiede für Signalwellenlängen von 1529 und 1533 nm, und die gepunktete Linie zeigt die Verstärkungsunterschiede für Signalwellenlängen von 1535,4 und 1541 nm, Die Pfeile 126 und 128 zeigen jeweils die optimale Pumpwellenlänge für die 1529/1533- und 1535, 4/1541-Kombinationen.
  • Fig. 13 gibt schematisch ein WDM-Übertragungssystem wieder, welches einen Empfänger hat, der mit einem Sender über einen Übertragungspfad verbunden ist, welcher eine Verkettung (eine Vielzahl) von optischen Verstärkern beinhaltet.
  • Die Fig. 14, 15 und 16 stellen schematisch alternative Ausführungen des optischen Verstärkers zum Gebrauch im System der Fig. 13 dar.
  • Fig. 17 stellt schematisch eine modifizierte Ausführung des WDM-Übertragungssystems der Fig. 13 dar.
  • Die vorausgegangen Zeichnungen, welche in die Spezifikation integriert sind und einen Teil dieser darstellen, erläutern die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Erfindung zu erklären. Natürlich ist davon auszugehen, dass sowohl die Zeichnungen als auch die Beschreibung nur der Erklärung dienen und nicht einschränkend bezüglich der Erfindung sind.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung 1. Optische Verstärker, bei welchen das Abstimmen der Pumpwellenlänge angewandt wird
  • Wie oben diskutiert, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Anwenden des Abstimmens der Wellenlänge, um das Verstärkungsspektrum eines optischen Verstärkers zu steuern.
  • Die Erfindung kann mit einer Vielfalt von Gestaltungen optischer Verstärker genutzt werden. In allen Fällen wird der Verstärker ein verstärkendes Mediums und eine Pumpquelle beinhalten und kann optional ein die Verstärkung abflachendes Filter beinhalten. Bevorzugte verstärkende Medien sind mit seltener Erde dotierte Materialien, z. B. mit Erbium dotierte Gläser. Das verstärkende Medium wird vorzugsweise als ein Wellenleiter ausgeführt, z. B. als eine optische Wellenleiterfaser. Die Pumpquelle ist vorzugsweise ein Halbleiterlaser, welcher im 980-Nanometer-Pumpband arbeitet. Das die Verstärkung abflachende Filter kann z. B., wenn es benutzt wird, ein Interferenzfilter oder ein Gitter mit langer Periode sein.
  • Das Abstimmen der Pumpwellenlänge wird sehr günstig durch das Steuern der Temperatur der Pumpquelle erreicht, wobei z. B. ein thermoelektrischer Kühler, der den Peltier-Effekt anwendet, genutzt wird. Derartige Kühler werden häufig als Teil einer kommerziellen Halbleiterlaseranordnung geliefert. In der Vergangenheit wurden thermoelektrische Kühler benutzt, um ein "Grob"-Abstimmen der Wellenlänge zu erreichen, d. h. sie wurden benutzt, um die Pumpwellenlänge allgemein innerhalb des ausgewählten Pumpbandes zu platzieren, z. B. dem 980-Nanometer-Band. Thermoelektrische Kühler wurden jedoch vorher nicht genutzt, um eine Feinabstimmung des hier beschriebenen Typs zu erreichen. Andere Vorgehensweisen, um die Wellenlänge abzustimmen, beinhalten das Anwenden von Gittern, wobei abstimmbare Gitter, als Teil eines externen Laserresonators, beinhaltet sind. Welche Vorgehensweise auch immer ausgewählt wird, sie sollte in der Lage sein, eine Feinsteuerung der Pumpwellenlänge zu erreichen. Wie oben diskutiert wurde, wird eine derartige Steuerung normalerweise innerhalb von zwei Nanometern, vorzugsweise innerhalb eines Nanometers und bevorzugter innerhalb eines halben Nanometers oder weniger liegen. Der Pegel der Steuerung, welcher erforderlich ist, wird von der Empfindlichkeit der Pumpwellenlänge vom Verstärkungsspektrum oder Teilen davon abhängen, dessen Form über das Abstimmen der Pumpwellenlänge gesteuert werden muss. Das Steuern innerhalb von 0,25 Nanometern wird schließlich mit einem thermoelektrischen Kühler erreicht.
  • Es sollte beachtet werden, dass das Abstimmen der Pumpwellenlänge entweder während der Gestaltung und/oder der Herstellung eines optischen Verstärkers oder in Echtzeit, wenn der Verstärker benutzt wird, praktiziert werden kann. Wenn das Abstimmen der Pumpwellenlänge während der Gestaltung und/oder der Herstellungsstufe benutzt wird, wird eine spezielle Pumpwellenlänge oder ein Satz von Pumpwellenlängen gewählt, um die gewünschten Verstärkungsspektren für einen oder mehrere Sätze von Signalwellenlängen, Signalleistungen und Pumpquellenleistungen zu erreichen. Die gewählte Pumpwellenlänge oder ein Glied aus dem Satz der gewählten Pumpwellenlängen wird dann durch z. B. Auswählen der genauen Einstelltemperatur des Pumplasers erreicht. Wenn das Echtzeitverfahren genutzt wird, wird die Pumpwellenlänge entweder von Hand oder automatisch basierend auf z. B. dem gerade vorhandenen Satz von Signalwellenlängen, welche zu verstärken sind, eingestellt. Es sollte ferner beachtet werden, dass das Abstimmen der Pumpwellenlänge sowohl bei der Stufe der Gestaltung/Herstellung als auch in Echtzeit genutzt werden kann.
  • Die Fig. 1A und 1B zeigen die Änderung des Verstärkungsspektrums eines mit Erbium dotierten Faserverstärkers abhängig von der Pumpwellenlänge. Diese Figuren wurden erstellt, indem ein -16 dBm-Signal bei 1535 Nanometern (Fig. 1A) oder bei 1561 Nanometern (Fig. 1B) an eine EDFA-Stufe angelegt wurde, welche einen Corning-Typ-II-EDF (Corning Incorporated, Corning, New York) beinhaltet, welche in Vorwärtsrichtung im 980- Band gepumpt wurde, wobei ein Halbleiterlaser benutzt wurde, der mit einem thermoelektrischen Kühler ausgestattet war, welcher benutzt wurde, um die Pumpwellenlänge einzustellen. Der Verstärker beinhaltete kein die Verstärkung abflachendes Filter. Der Ausgang des Verstärkers wurde analysiert, wobei ein Labortisch für Zeitdomänenextinktionsverstärkung von Hewlett- Packard genutzt wurde. Für jede Pumpwellenlänge wurden die Verstärkungswerte innerhalb von ungefähr 0,15 dB bei 1555 Nanometern für die Daten der Fig. 1A und bei 1529 Nanometern für die Daten der Fig. 1B geglättet, wobei ein Dämpfungsglied zwischen dem Pumplaser und der mit Erbium dotierten Faser benutzt wurde.
  • Wie in diesen Figuren gesehen werden kann, weist das Verstärkungsspektrum im blauen Band eine wesentliche Änderung als Funktion der Pumpwellenlänge auf, z. B. in der Größenordnung von 2-3 dB, sowohl für ein Sättigungssignal im blauen Band (Fig. 1A) als auch im roten Band (Fig. 1B). Die Veränderung im roten Band der Fig. 1B beruht auf der Glättung des Verstärkungswertes bei 1529 Nanometern, welche eine der Signalwellenlängen ist, die am meisten gegenüber der Pumpwellenlänge empfindlich ist. Entsprechend ist die Veränderung im roten Band dieser Figur ein Zeichen für die Verstärkungsänderungen speziell im blauen Band, Verstärkungsänderungen bei 1529 Nanometern, im Gegensatz zu Verstärkungsänderungen im roten Band. In der Tat können Verstärkungsänderungen bei 1529 Nanometern direkt von den fast parallelen Kurven des roten Bandes der Fig. 1B abgeleitet werden. Kennzeichnenderweise würde das homogene Modell im Wesentlichen kein Aufspreizen zwischen den Kurven des Verstärkungsspektrums der Fig. 1A und 1B, weder der blauen noch der roten Bänder vorhergesagt haben.
  • Auf dem untersten Pegel zeigen die Kurven dieser Figuren, dass das Verstärkungsspektrum eines Verstärkers durch Abstimmen der Pumpwellenlänge geglättet werden kann. In beiden Figuren ist das Verstärkungsspektrum für das Pumpen bei 975 Nanometern flacher als das Verstärkungsspektrum für das Pumpen bei 979 Nanometern, ein Unterschied von nur 4 Nanometern.
  • Bei einem komplexeren Pegel bedeutet die Tatsache, dass die Auswirkung der Abstimmung der Pumpwellenlänge stärker im blauen Band als im roten Band ausgeprägt ist, dass das Abstimmen der Pumpwellenlänge benutzt werden kann, die Auswirkungen der dynamischen Verstärkungsneigung zu verbessern. Wie vom Stand der Technik her bekannt ist, ist die dynamische Verstärkungsneigung bzw. -abfall die Änderung im Aussehen des Verstärkungsspektrums eines optischen Verstärkers als Ergebnis einer Änderung der Größe der Verstärkung, welche durch den Verstärker bei einer speziellen Wellenlänge geliefert wird, welche irgendeine Wellenlänge innerhalb des Betriebsbereichs des Verstärkers sein kann. Dies kann man mit Bezug auf Fig. 2A sehen, welche die Welligkeit der Verstärkung als Funktion der Pumpwellenlänge für einen EDFA zeigt, welcher bei Verstärkungen von 24 dB und 33 dB bei 1555,7 nm zeigt. Die 24-dB-Kurve der Fig. 2A (d. h. die Kurve mit den Quadraten) wurde von den Kurven des Typs abgeleitet, welcher in Fig. 2B gezeigt wird, welche die Verstärkungsspektren im roten Band für verschiedene Pumpwellenlängen zwischen 975 nm und 981 nm zeigen. Die 33-dB- Kurve der Fig. 2A (d. h. die Kurve mit den Rauten) wurde von den verstärkenden Spektren im roten Band (nicht gezeigt) für eine 33-dB-Verstärkung bei 1555,7 nm wieder für verschiedene Pumpwellenlängen im 980-nm-Pumpband abgeleitet.
  • Ähnlich wie das Abstimmen der Pumpwellenlänge ist der dynamische Verstärkungsabfall stärker im blauen Band als im roten Band ausgeprägt. Entsprechend kann das Abstimmen der Pumpwellenlänge genutzt werden, um wenigstens einige der Auswirkungen der dynamischen Verstärkungsneigung auszulöschen. Dieses Auslöschen ist vollständiger in dem Fall, dass bei einem System eine kleine Anzahl von Signalwellenlängen angewendet wird, z. B. zwei Wellenlängen.
  • Der abflachende Effekt, welcher in Fig. 1 gezeigt wird, wird weiter in Fig. 3 erläutert. Diese Figur wurde erstellt, indem das Gerät der Fig. 4 angewendet wurde. Dieses Gerät beinhaltet vier durchstimmbare Laser (100), deren Wellenlängen (die "Signalwellenlängen") über das Erbiumverstärkungsband eingestellt werden können. Die Laser wurden auf die gleiche Leistung (auf einige Hunderstel eines dB genau) eingestellt, wie dies durch einen optischen Spektrum-Analyzer 120 (OSA) gemessen wurde, wenn der Verstärker durch einen kleinen Abschnitt einer Faser mit niedrigem Verlust ausgetauscht wurde.
  • Die Gesamtleistung, welche in den Verstärker läuft, wurde mit einem variablen optischen Dämpfungsglied 106 (VOA1) gesteuert. Um die einlaufende Leistung am OSA verhältnismäßig konstant für alle experimentellen Bedingungen zu halten, wurde das variable optische Dämpfungsglied 118 (VOA2) benutzt, um eine Dämpfung entsprechend der nominalen Verstärkung des Verstärkers hinzuzufügen. Die Verstärkung des Verstärkers für jede der Signalwellenlängen wurde bestimmt, indem der OSA benutzt wurde, um den VOA2-gedämpften Ausgang des Verstärkers als Funktion der Wellenlänge zu messen. Die Verstärkungswerte der Fig. 3 werden durch den Ausgangsleistungspegel gegeben, welcher am OSA gemessen wurde, plus der Dämpfung des VOA2 minus der Eingangsleistung, alle in dB.
  • Die Pumpquelle VOA 108 wurde benutzt, um den Betrag der 980- Band-Pumpleistung einzustellen, welche dem Verstärker zur Verfügung gestellt wird, ohne dass der Pumptreiberstrom eingestellt wurde und dadurch die Pumpwellenlänge beeinflusst wurde. Speziell wurde die Pumpleistung so eingestellt, dass die Verstärkung für die 1529-Signalwellenlänge beim gleichen Wert innerhalb von 0,15 dB beim gleichen Wert gehalten wurde, wenn die Pumpwellenlänge verändert wurde. Wie in Fig. 1, wurde die Pumpwellenlänge durch Ändern der Temperatur des Pumplasers verändert.
  • Der Verstärker, welcher genutzt wurde, um die Kurven der Fig. 3 zu erstellen, war ein Zwei-Stufen-Verstärker mit einem dazwischen liegenden, die Verstärkung abflachendes Filter, welches so gestaltet wurde, um im Wesentlichen eine gleichmäßige Verstärkung von 1528 Nanometern bis 1542 Nanometern zu liefern.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist das Verstärkungsspektrum, welches für eine Pumpwellenlänge von 977 Nanometern erreicht wird, wesentlich gleichmäßiger für die vier Signalwellenlängen als das Verstärkungsspektrum, welches für eine Pumpwellenlänge von 981 Nanometern erreicht wird. Speziell liegen die Verstärkungen der vier Signalwellenlängen innerhalb von 1,5 dB für das Pumpen bei 977 Nanometern, während das Streuen größer als 3,5 dB für das Pumpen bei 981 Nanometern ist. Offenbar ist für dieses System das Pumpen bei 977 Nanometern besser als das Pumpen bei 981 Nanometern im Sinne des Erhaltens eines ähnlichen Pegels von Verstärkung für alle Signalwellenlängen. Außerdem wird, wie oben diskutiert, diese Fähigkeit, die Verstärkung durch die Wahl der Pumpwellenlänge auszugleichen, sogar mehr bedeutend für eine Kaskade von Verstärkern.
  • Es sollte ferner in Fig. 3 beachtet werden, dass der Effekt des Verändern der Pumpwellenlänge höchst nicht-linear ist.
  • Z. B. ist die Verstärkung für das Pumpen bei 979 Nanometern größer als die Verstärkung bei 981 Nanometern für eine Signalwellenlänge von 1530,3 Nanometern, während dieses Verhältnis bei einer Signalwellenlänge von 1535,0 Nanometern umgekehrt ist. Diese Reichhaltigkeit an Effekten des Abstimmens der Pumpquelle bedeutet, dass die Form bzw. Gestalt des Verstärkungsspektrums eines optischen Verstärkers eingestellt werden kann, um einer Vielfalt von Übertragungsverstärkungsproblemen, welche in der Praxis auftreten, zu genügen.
  • Fig. 5 gibt graphisch den Typ, welcher in Fig. 3 gezeigt wird, in einem Format wieder, welches schließlich genutzt werden kann, um eine Pumpwellenlänge auszuwählen, wobei die Unterschiede in der Verstärkung innerhalb der verschiedenen Signalwellenlängen minimiert werden. Aus dieser Figur wird offensichtlich, dass das Betreiben bei einer Pumpwellenlänge von ungefähr 977 Nanometern die gleichmäßigste Verstärkung für den Satz von Signalwellenlängen dieser Figur liefern wird.
  • Ähnliche graphische Darstellungen können für andere Verstärkerausführungen erstellt werden und genutzt werden, um eine optimale Pumpwellenlänge für jeden gewünschten Satz von Signalwellenlängen und jedes gewünschtes Verhältnis zwischen den Eingangs- und Ausgangsleistungspegeln auszuwählen. Entlang der gleichen Linien können graphische Darstellungen des Typs, welcher in Fig. 5 gezeigt wird, für verschiedene Pumpleistungspegel aufbereitet bzw. erstellt werden. Auch können die Effekte der verstärkten spontanen Emission (ASE), z. B. ASE von dem Verstärker, welcher optimiert und/oder von einem vorherigen oder nachfolgenden Verstärker in einer Serienkaskade von Verstärkern beim Auswählen der Pumpwellenlänge b einhaltet sein, indem die ASE als ein zusätzlicher Satz von Eingangssignalen für den Verstärker behandelt wird.
  • Fig. 6 stellt einen Verstärker 13 dar, welcher eine Länge einer mit Erbium dotierten optischen Faser 20 hat, welche über ein Verbindungsglied 22 mit der Faser 12 verbunden ist. Eine Lichtquelle 21 ist darin enthalten, um das Pumplicht zu erzeugen, welches entlang einer Faser 61 und durch den Koppler 22 zur Pumpquelle der mit Erbium dotierten optischen Faser 20 übertragen wird. Die Pumpquelle 21 hat die Form eines Diodenlasers 62, welcher so ausgewählt ist, dass er eine Wellenlänge entsprechend der vorliegenden Erfindung hat.
  • Die mit Erbium dotierte optische Faser 20 ist mit ihrem Ausgangsende über ein Verbindungsglied 26 mit der optischen Faser 12 verbunden. Die Vorrichtung zum Auswählen der Wellenlänge der Diodenlaserpumpquelle wird nun mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschrieben.
  • Fig. 7 erläutert klar das Ergebnis, dass das Verstärkungsspektrum eines optischen Verstärkers im 1,5-um-Bereich, wenn er in dem 980-nm-Absorptionsband gepumpt wird, eine Abhängigkeit von der speziellen Wellenlänge des Pumplasers hat. Diese Abhängigkeit wird nicht aus der herkömmlichen Theorie des Betriebes der mit Erbium dotierten Faserverstärker erwartet. Das Absorptionsband für die mit Erbium dotierte Faser hat eine Streubreite von ungefähr 974 nm bis 986 nm. Normalerweise werden Pumplaserdioden bei ungefähr 980 nm so hergestellt, dass sie bei einer Wellenlänge lasern, innerhalb einer Streubreite der Zentralwellenlängen um den Absorptionsspitzenwert von ungefähr 979 nm herum.
  • Genauer ausgedrückt, haben Signalwellenlängen zwischen 1528 nm und 1540 nm (blaues Band) eine größere unerwartete Variation in der Verstärkung (Verstärkungswelligkeit), wohingegen Wellenlängen bei obigen 1540 nm (im roten Band) eine wesentlich geringere differentielle Verstärkung haben. Es kann also aus Fig. 7 ersehen werden, dass der Wellenlängen-abhängige Teil des Verstärkungsspektrums sich von kurzer Wellenlänge zu langer Wellenlänge verschiebt, wenn die Pumpwellenlänge ansteigt.
  • Zusätzlich erläutert Fig. 8 den Effekt der Pumpwellenlänge auf die Verstärkung bei verschiedenen Signalwellenlängen über das Pumpwellenlängenspektrum (975 nm bis 982 nm) hinweg. Diese Figur erläutert auch klar die Tatsache, dass, wenn die Pumpwellenlänge zum Absorptionsspitzenwert hin ansteigt, die differentielle Verstärkung anwächst. Deshalb ist, im Gegensatz zu früheren Auswahlkriterien, klar, dass Laserdioden, welche im Wellenlängenbereich nahe bei 979 nm emittieren und speziell in der Bandbreite von 977 nm bis 981 nm nicht als Pumpquellen erwünscht sind, trotz ihrer guten Absorption. Die Tabellen 1 und 2 erläutern diesen Effekt numerisch.
  • Wie aus Tabelle 1 ersehen werden kann, liefert der Effekt ein ansteigend gutes Ergebnis bei geringerer Welligkeit, d. h. eine gleichmäßigere Verstärkung bei allen Signalkanälen, je weiter die Pumpwellenlänge vom Absorptionsspitzenwert bewegt bzw. verschoben wird. Da die Veränderung in der Welligkeit als Funktion der Veränderung der Pumpwellenlänge beim Absorptionsspitzenwert am größten ist, kann eine bessere Steuerung im Allgemeinen erreicht werden, wenn die Pumpwellenlänge nicht beim Absorptionsspitzenwert liegt.
  • Wie aus Tabelle 2 ersehen werden kann, ist es auch vorzuziehen, eine Pumpwellenlänge innerhalb eines sehr kleinen Fensters zu haben, so dass der zusätzliche Effekt der Verstärkungswelligkeit aufgrund der Pumpwellenlängenabhängigkeit verhindert wird. Wenn dieses Wellenlängenfenster so klein wie 0,5 nm ist, so kann der Rand des erlaubten Bereiches näher an den Absorptionsspitzenwert herangeschoben werden. Zusätzlich ist es klar, dass der Effekt bei niedrigen Signalwellenlängen größer ist. Wenn man wünscht, Signale im Bereich 1528 nm und darüber zu haben, ist deshalb das Auswählen der Pumpwellenlänge kritischer, und der nicht erlaubte Bereich sollte größer sein, besonders im niedrigeren Pumpwellenlängenband. Wenn man deshalb auf Tabelle 2 zurücksieht, ist es klar, dass, wenn ein 2-nm-Fenster in der Pumpwellenlänge verwendet werden soll, für ein 1528-nm- und darüber liegendes Signal, das 2-nm-Fenster innerhalb eines Bereichs von 970 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 986 nm liegen muss, wohingegen, wenn das Signal in dem 1530- nm- und darüber liegenden Wellenlängenbereich ist, das Fenster in den Bereich 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm fallen kann. In ähnlicher Weise, wenn man ein 1-nm-Fenster und ein Signal im 1528-nm- und darüber liegenden Bereich hat, muss das erlaubte Fenster innerhalb des Bereiches von 970 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 986 nm liegen. Schließlich, wenn man ein 0,5- nm-Fenster und ein Signal im 1528-nm-Bereich hat, muss das Fenster innerhalb des 970-nm- bis 976-nm-Bereichs liegen oder zwischen 981 nm bis 986 nm. Es ist klar, wenn man die Größe des erlaubten Fensters reduziert, kann man den Rand des Fensters näher zum Absorptionsspitzenwert hin drücken.
  • Auch ist der Rand des erlaubten Bandes (der erlaubten Bänder), welches (welche) nahe dem Absorptionsspitzenwert liegt (liegen), kennzeichnend dafür, dass der Rand des Bandes (der Bänder) entfernt vom Spitzenwert zum Teil durch die Absorptionsbandbreite der mit Erbium dotierten Faser im 980-nm-Bereich bestimmt wird.
  • Für einen Fachmann wird es klar sein, dass man wünscht, so nahe als möglich am Absorptionsspitzenwert zu arbeiten, um die Länge der mit Erbium dotierten Faser, welche nötig ist, um das Signal auf eine spezielle Verstärkung zu Verstärken, zu minimieren. Jedoch wird dieser Vorteil durch die erhöhte differentielle Verstärkung mehr als aufgewogen, welche durch das Nutzen der Pumpwellenlängen in den vorher erwähnten, nicht erlaubten Bereichen geliefert wird.
  • In Fig. 10 und 11 wird eine andere Anwendung des Abstimmens der Pumpwellenlänge erläutert, nämlich deren Gebrauch zum Optimieren der Leistung der die Verstärkung abflachenden Filter. Das Herstellen von die Verstärkung abflachenden Filtern führt unvermeidlich zu einem gewissen Grad der Veränderung in den spektralen Eigenschaften des Filters, wobei Veränderungen in der Form des Dämpfungsspektrums des Filters und der Wellenlänge der maximalen Dämpfung beinhaltet sind. Da das Verstärkungsspektrum eines Verstärkers durch das Abstimmen der Pumpwellenlänge verändert werden kann, speziell im blauen Band, wo das Abflachen der Verstärkung am wichtigsten ist, kann man die Pumpwellenlänge nutzen, um die Variabilität des Filters zu kompensieren.
  • Fig. 10 zeigt die Wellenlängen-abhängige Komponente des passiven Einfügeverlustes von zwei optischen Verstärkern (Modulen), von welchen die mit Erbium dotierten Fasern (EDFs) entfernt wurden und durch einen Schmelzspleiß mit niedrigem Verlust ersetzt wurden. Die beiden Module enthielten unterschiedliche, die Verstärkung abflachende Filter. Wie in Fig. 10 gezeigt wird, wird der Verlust des Moduls L (gepunktete Linie) spektral zu längeren Wellenlängen hin verschoben, verglichen mit dem Verlust des Moduls N (durchgezogene Linie).
  • Fig. 11 zeigt die Welligkeit (Unterschied in der Verstärkung zwischen zwei Testwellenlängen) der beiden Verstärkungsmodule (EDFs zurückinstalliert) als Funktion der Pumpwellenlänge. In beiden Fällen waren die Testwellenlängen 1529 und 1535,4 Nanometer, und die Verstärkung wurde für die Gesamteingangsleistungen zu -12 dBm gemessen. Wie man in dieser Figur sehen kann, ist die optimale Pumpwellenlänge für Modul N (gepunktete Linie) mit einem die Verstärkung abflachenden Filter mit Spitzenwerten bei kürzeren Wellenlängen, ungefähr 977 Nanometer (siehe Referenzzahl 122). Für das Modul L (durchgezogene Linie) auf der anderen Seite ist die optimale Pumpwellenlänge ungefähr 981 Nanometer (siehe Referenzzahl 124), da das die Verstärkung abflachende Filter dieses Moduls eine Spitzendämpfung bei längeren Wellenlängen hat. Wenn man beide Module bei einer festen Pumpwellenlänge betreibt, würde dies klar zu einem signifikanten Leistungsabfall für einen der beiden Module führen. Das Abstimmen der Pumpwellenlänge auf den optimalen Wert eliminiert diese Unzulänglichkeit.
  • Der Dämpfungsspitzenwert eines die Verstärkung abflachenden Filters wird sich auch mit der Temperatur ändern. Die Veränderung in der Spitzenwertdämpfung kann durch das Steuern der Pumpwellenlänge kompensiert werden, wie dies in Fig. 1B augenscheinlich wird.
  • Wie bei Filtern ändert sich der Bereich der Betriebswellenlänge von Halbleiterlasern von Ausführung zu Ausführung aufgrund von Herstellungsveränderungen. Entsprechend kann die Optimierungsprozedur der Fig. 11 für eine spezielle Pumpquellen- /Filterkombination nicht erreichbar sein, z. B. kann es nicht möglich sein, die Pumpwellenlänge einer speziellen Pumpquelle auf einen Wert zu verschieben, welcher aufgrund eines speziellen Filters erforderlich ist. In einer Herstellumgebung kann dieses Problem durch Klassifizieren der Pumpquellen und Filter vor ihrem Einbau in einen Verstärker gelöst werden, so dass Kombinationen, für die eine Kompensation schwierig oder unmöglich zu erreichen ist, nicht auftreten oder nur bei einer niedrigen Frequenz auftreten. Auf diese Weise können die Ausfallraten reduziert werden.
  • In einem Gesichtspunkt dieser Ausführung der Erfindung wird der Einfluss der Herstellveränderungen der Pumpwellenlänge auf das Verstärkungsspektrum zurückgeführt, indem z. B. die Herstellwellenlängenverteilung in zwei Gruppen aufgeteilt wird, d. h. in lange und kurze Pumpwellengruppen, wie z. B. jeweils > 978 nm und < 978 nm, und indem eine Pumpquelle von jeder Gruppe entweder für eine doppelt gepumpte einzelne Erbiumwicklung oder für zwei Wicklungen geliefert wird. Zwei Pumplaser können mit einem einzelnen EDF verbunden werden, indem sie in Gegenrichtung gepumpt werden. Vorzugsweise werden die Ausgänge von zwei Pumpquellen bei unterschiedlichen Wellenlängen über einen 3-dB-Koppler gemischt, und die Leistung wird dann gleichermaßen zu einer oder zu zwei Wicklungen geliefert.
  • Fig. 5 oben erläutert die Anwendung der Erfindung auf einen einzelnen Satz von Signalwellenlängen. Anwender optischer Verstärker mögen wünschen, einen speziellen Verstärker mit zahlreichen Sätzen von Signalwellenlängen zu nutzen. In einem derartigen Fall kann die Leistungsfähigkeit des Verstärkers durch Ändern der Pumpwellenlänge optimiert werden, wenn der Satz von Signalwellenlängen verändert wird. Alternativ kann eine Kompromiss-Pumpwellenlänge gewählt werden, welche, obwohl sie nicht optimal für alle oder einige der Sätze der Signalwellenlängen ist, mit welchen der Verstärker zu nutzen ist, eine geeignete Leistungsfähigkeit für jene Sätze liefert, ohne die Notwendigkeit für eine Vor-Ort-Einstellung.
  • Diese Anwendungen der Erfindung werden in Fig. 12 erläutert. Die Daten dieser Figur wurden erhalten, indem das Gerät der Fig. 4 genutzt wurde, aber wobei nur zwei Signallaser zur gleichen Zeit arbeiteten. Die gesamte Signalleistung, welche dem Verstärker geliefert wurde, betrug -11 dBm für beide Sätze Von Wellenlängen. Die Signalwelligkeit, welche graphisch in dieser Figur aufgetragen ist, ist die Differenz zwischen den gemessenen Verstärkungen bei den beiden Sätzen von Testwellenlängen.
  • Für den Fall, bei dem die Signale bei 1529 und 1533 Nanometern (durchgezogene Linie) waren, beträgt die Pumpwellenlänge, bei der die niedrigste Wellenlänge erreicht wird, ungefähr 977 Nanometer (siehe Referenzzahl 126). Die minimale Welligkeit für den Fall der 1535, 4/1541 Nanometer (gepunktete Linie) auf der anderen Seite ist ungefähr 980,5 Nanometer (siehe Referenzzahl 128). Entsprechend können Vor-Ort-Einstellungen der Pumpwellenlänge gemacht werden, um optimale Verstärkerleistung zu erzielen, während die Signalwellenlängen, welche an den Verstärker angelegt werden, sich ändern. Alternativ kann die Pumpwellenlänge auf eine Kompromisswellenlänge von ungefähr 979 Nanometern gesetzt werden, welche eine Leistung liefert, die nicht zu weit vom Optimum für beide Sätze von Wellenlängen entfernt ist.
  • In ähnlicher Weise, wie man dies in Fig. 2A für einen Verstärker im roten Band sieht, kann die Verstärkungswelligkeit für zwei unterschiedliche Verstärkungseinstellungen für eine einzelne Wellenlänge von 1555,7 nm durch Steuern der Pumpwellenlänge minimiert werden.
  • Zusätzlich zum Abstimmen der Pumpwellenlänge für ein optisches Verstärkungsmedium, welches mit einer einzelnen Pumpquelle gepumpt wird, kann das Abstimmen der Pumpwellenlänge auch in Zusammenhang mit dem Pumpen eines verstärkenden Mediums durch zahlreiche Pumpquellen genutzt werden. Wenn z. B. "n" Wellenlängen zu verstärken sind, können "n-1" Pumpquellen genutzt werden, wobei die Pumpwellenlängen all dieser Pumpquellen gewählt werden, um die Form des Verstärkungsspektrums für alle "n" Wellenlängen zu optimieren. Alternativ können weniger Pumpquellen genutzt werden, um einen Kompromisspegel der Optimierung zu erhalten. Für eine Diskussion der Anwendung zahlreicher Pumpquellen, um die Nettopumpleistung zu erhöhen und eine Redundanz zu liefern, siehe CR Giles, et al., "Simultaneous wavelength-stabilization of 980-nm pump lasers", IEEE Phot Tech Let, Band 6, S. 907-909, 1994.
    • II. WDM-Übertragungssysteme, welche das Abstimmen der Pumpwellenlänge anwenden
  • Mit Bezug auf Fig. 13 wird ein WDM-Empfänger, welcher allgemein mit 10 gekennzeichnet ist, optisch mit einem WDM-Sender, welcher allgemein mit 11 gekennzeichnet ist, über einen Übertragungspfad 12 in Form einer optischen Faser verbunden, welche eine Verkettung optischer Verstärker 13 enthält, welche entlang der Faser im Abstand aufgestellt sind, um Signale zu verstärken, die zwischen dem Sender 11 und dem Empfänger 10 übertragen werden.
  • Der Sender 11 hat eine Vielzahl von mit Daten modulierten Quellen 14 (zur besseren Erläuterung nur für vier solcher Quellen in der Figur aufgezeigt), welche bei verschiedenen Wellenlängen arbeiten, typischerweise bei Wellenlängen im Wellenlängenbereich, der sich von ungefähr 1525 nm bis 1570 nm erstreckt. Auch zur Vereinfachung wird die Erfindung als ein Empfänger und ein Sender beschrieben, wohingegen natürlich auch ein Paar von Sende-/Empfangsgeräten genutzt werden könnte.
  • Diese Wellenlängen werden auf dem gewöhnlichen Übertragungspfad 12 durch einen Wellenlängenmultiplexer 15 gemultiplext. Optional kann der Sender einen aus der Verkettung von Verstärkern 13 beinhalten. Der Empfänger hat einen Wellenlängendemultiplexer 16, das Gegenstück von dem Multiplexer 15 des Senders. Die Ausgänge der Demultiplexer 16 führen die individuellen demultiplexten Signalkanäle zu den angeschlossenen Detektoren 17. Der Empfänger kann in ähnlicher Weise einen aus der Verkettung von Verstärkern 13 als einen Vorverstärker beinhalten, welcher in Aufwärtsrichtung vom Demultiplexer platziert ist.
  • Jeder der Verstärker 13 beinhaltet vorzugsweise ein mit einer Laserdiode gepumptes, verstärkendes Medium, dessen Laserdiode bezüglich seiner Temperatur dynamisch reguliert ist, wenigstens zum Teil durch ein Signal, welches von einem gemessenen Betriebsparameter des Verstärkers oder des Systems abgeleitet ist.
  • Fig. 14 stellt einen Verstärker 13 dar, bei welchem dieser gemessene Betriebsparameter der Treiberstrom der Laserpumpdiode ist. Der Verstärker hat ein optisches Wellenleiterverstärkungsmedium 20. Typischerweise besteht dieses aus einer Länge einer mit Erbium dotierten optischen Faser. Das verstärkende Medium wird optisch durch eine Diodenlaser-Pumpquelle 21 gepumpt, typischerweise eine Quelle, welche bei einer Wellenlänge von ungefähr 980 nm emittiert. Der Ausgang der Quelle 21 wird in den gewöhnlichen Übertragungspfad durch einen Wellenlängen-Multiplexkoppler 22 gekoppelt. Die Gesamtverstärkung des verstärkenden Mediums 20 wird durch Steuern des Treiberstroms, welcher an der Laserpumpdiode angelegt wird, stabilisiert.
  • Der Treiberstrom für die Laserdiode der Pumpquelle 21 wird von einem Stromsteuerglied 24 geliefert, welches durch ein Steuersignal von einem Rückkopplungskreis 25 reguliert wird, welcher sein Fehlersignal von einem optischen Koppler 26 ableitet, welcher einen kleinen Teil der optischen Leistung vom Ausgang des Verstärkers abgreift. Die Laserdiode der Pumpquelle 21 wird temperaturreguliert, z. B. durch einen Peltier-Kühler. Die Regelung wird durch ein Temperaturkontrollgerät 27 geliefert, welches von einer Wellenlängensteuereinheit 28 betrieben wird. Die Wellenlängensteuerungseinheit 28 empfängt ein Eingangssignal von dem laufenden Steuergerät 24, welches den Treiberstrom der Laserpumpdiode liefert, und verwendet gespeicherte Daten, um den Wert der Laserdiodentemperatur zu bestimmen, welche für diesen Wert an Treibstrom erforderlich ist, um die Laserdiode dazu zu bringen, bei einer speziellen Wellenlänge zu emittieren. Die Daten können in Form einer Look-up-Tabelle gespeichert werden, deren Werte vor der Installation durch Ausdrucken der Emissionswellenlänge der Laserdiode als Funktion des Treiberstroms für verschiedene Werte von Temperaturen der Laserdiode erhalten werden. Ein alternativer Weg, diese Werte zu erhalten, ist der, eine reduzierte Anzahl von Messpunkten zu nutzen und für den erforderlichen Betriebspunkt zu interpolieren.
  • Der Verstärker der Fig. 14 benutzt den Treiberstrom der Laserpumpdiode als regulierenden Parameter für das Steuern der Lasertemperatur. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist der, dass sie unabhängig davon ausgeht, dass die Beziehung zwischen der Emissionswellenlänge, dem Treiberstrom und der Temperatur sich nicht mit der Alterung des Lasers ändert. Dieses Problem wird besser durch den Verstärker der Fig. 15 gelöst.
  • Der Verstärker der Fig. 15 hat viele Komponenten in Übereinstimmung mit dem Verstärker der Fig. 14, und diese Komponenten werden in Fig. 15 mit den gleichen Indexziffern gekennzeichnet, wie diejenigen, welche bezüglich ihrer Gegenstücke in Fig. 14 angewendet werden. Der Unterschied zwischen den beiden Verstärkern weist das Ersetzen der Wellenlängensteuereinheit 28 der Fig. 14 durch einen zweiten Rückkopplungskreis 30 auf, welcher den Betrieb des Temperatursteuergeräts 27 steuert, und leitet dessen Fehlersignal von dem Ausgangssignal eines optischen Wellenlängendiskriminators 31 ab, welcher mit einem Eingangssignal von einem optischen Koppler 32 angewendet wird, welcher einen kleinen Teil der optischen Leistung abgreift, welche dem Wellenlängen-Multiplexkoppler 22 von der Pumpquelle 21 geliefert wird. Anstatt des Nutzens eines optischen Kopplers, um die Leistung, welche von der Frontseite der Laserdiode emittiert wird, abzugreifen, kann das Eingangssignal für den Diskriminator 31 von der Leistung genommen werden, welche von der rückwärtigen Facette emittiert wird. Der optische Wellenlängendiskriminator 31 kann z. B. in bekannter Weise aus einer parallelen Anordnung von zwei Mach-Zehnder (- Interfero-meter) aufgebaut werden. Eines davon ist so aufgebaut, dass es eine abfallende Flanke seiner Charakteristik bei der gewünschten Emissionswellenlänge aufweist, während das andere Mach-Zehnder (-Interferometer) so aufgebaut ist, dass es eine ansteigende Flanke, zentriert bei dieser Wellenlänge, hat.
  • Der Verstärker der Fig. 15 arbeitet, um die Wellenlängenemission seiner Laserpumpdiode zu stabilisieren. Auf diese Weise werden Änderungen im Verstärkungsspektrum, welche Änderungen in der Pumpwellenlänge zuzuordnen sind, unterdrückt. Ein erster Grund, um eine Stabilität im Verstärkungsspektrum zu wünschen, ist, Messungen zu ermöglichen, welche angestellt werden, um Signal-/Rauschprobleme zu vermeiden, welche auftreten, wenn die Leistungspegel von Signalen, welche in verschiedene Kanäle eines WDM-Übertragungssystems eingekoppelt werden, zunehmend verschieden werden dürfen, wenn diese Signale durch aufeinander folgende Verstärker im Übertragungspfad verstärkt werden.
  • Der Verstärker der Fig. 16 reguliert die Temperatur der Laserdiode seiner Pumpquelle 21, nicht so, um die Emissionswellenlänge zu stabilisieren, sondern um die Ungleichheit in der Leistung am Ausgang des Verstärkers zu minimieren, welche in den spektralen Bändern von zwei oder mehreren der gemultiplexten Signalkanälen auftreten, welche der Verstärker verstärkt. Der Verstärker der Fig. 16 hat die gleichen Bauteile wie der der Fig. 14, außer dem Ersetzen des Rückkopplungskreises 25 und einer Wellenlängensteuereinheit 28 des Verstärkers der Fig. 14 mit einer Detektoreinheit 40 und einem Mikroprozessor 41. Das Signal, welches von dem Ausgang des Verstärkers durch den optischen Koppler 26 abgegriffen wird und der Detektoreinheit 40 zugeführt wird, wird in dieser Einheit demultiplext und detektiert, um getrennte Ausgangssignale P(&lambda;&sub1;), (P&lambda;&sub2;) ... P(&lambda;n) für den Mikroprozessor 41, typischerweise in digitaler Form, zu liefern, welche für die relativen Leistungen, welche in jedem der WDM-Kanalbänder &lambda;&sub1;, &lambda;&sub2; ... &lambda;n detektiert werden, repräsentativ sind.
  • Zu diesem Zweck kann die Detektoreinheit 40 durch ein WDM- Demultiplexfilter implementiert werden, welches die WDM-Kanäle in getrennte Fasern trennt, wobei jede Faser in einer PIN- Diode endet, welche von einem Transimpedanzverstärker gefolgt wird. Das Spannungsausgangssignal jedes Transimpedanzverstärkers wird in digitale Form durch einen A/D-Wandler gewandelt, welcher z. B. bei 1 kHz arbeitet. Eine alternative Einfügung der Funktion der Detektoreinheit 40 ist die, wie sie im US- Patent Nr. 5,513,029 veröffentlicht wird und welche orthogonale Raster anwendet, welche von jedem der WDM-Kanäle moduliert werden, um die Bestimmung der Leistung, welche in jedem Kanal vorhanden ist, zu ermöglichen, ohne das Gebrauchen eines Wellenlängen-selektiven Filters oder zahlreicher PIN-Dioden zu erfordern.
  • Der Mikroprozessor 41 liefert einen ersten Ausgang, welcher dem Stromsteuergerät 24 zugeführt wird, um das Leistungsausgangssignal der Pumpquelle 21 zu regulieren, und liefert ein zweites Ausgangssignal, welches dem Temperatursteuergerät 27 zugeführt wird, um die Temperatur der Laserdiode der Pumpquelle 21 in derartiger Weise zu regulieren, um die Leistungsungleichheit zwischen einigen oder allen der Leistungspegel P(&lambda;&sub1;) bis P(&lambda;n) zu minimieren. Typischerweise wird dies so angeordnet, dass nur jene Leistungspegel P (&lambda;1) ... P (&lambda;n) involviert sind, welche einen gewissen Schwellwert überschreiten. Dies ist so, damit keine Rücksicht auf Kanäle genommen werden muss, welche aufgrund eines Fehlerzustandes außer Betrieb sind, oder wenn sie unfreiwillig ausgeschaltet wurden.
  • Im Übertragungssystem der Fig. 17 ist der optische Endverstärker des Übertragungspfades 12 als Teil des Empfängers 10 eingeschlossen und wendet im Wesentlichen die gleiche Art von Temperaturregelung an, wie sie in dem Verstärker der Fig. 16 angewendet wird. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Mikroprozessors 41 nicht genutzt, um nur das Temperatursteuergerät der Laserdiode der Pumpquelle 21 des Verstärkers allein zu steuern, sondern wird stattdessen genutzt, um die Temperaturen der Pumpquellen 21 aller Verstärker 21 im Übertragungspfad 12 über eine Systemmanagementeinheit 50 zu steuern.
  • Die Ausführung der Detektoreinheit 40 der Verstärkungseinheit der Fig. 16, welche oben beschrieben wurde, welche zahlreiche PIN-Dioden anwendet, erfüllt drei Funktionen. Erstens demultiplext sie die Kanäle, dann detektiert sie getrennt die demultiplexten Kanäle, und schließlich wandelt sie diese detektierten Signale in Leistungsmesssignale für den Eingang in den Mikroprozessor 41 um. Im Falle des Übertragungssystems der Fig. 17 werden die ersten beiden dieser Funktionen schon jeweils durch die Demultiplexer 16 und die Detektoren 17 des Empfängers ausgeführt, während die dritte Funktion im Mikroprozessor 41 beinhaltet ist, so dass man in der Lage ist, auf die Notwendigkeit für eine getrennte Detektoreinheit 40 zu verzichten.
  • Das Übertragungssystem der Fig. 17 wird im Wesentlichen auf die gleiche Weise funktionieren, auch wenn der Endverstärker aus der Kette im Empfänger platziert ist, aber an einem Punkt im Übertragungspfad, welcher physikalisch vom Empfänger getrennt ist. Unter diesen Umständen, auch wenn man sagt, dass es die Ungleichheit in der Leistung in verschiedenen Spektralbändern am Ausgang des letzten Verstärkers ist, welche genutzt wird, um die Temperatur der Laserpumpdioden zu regulieren, ist es korrekter, zu sagen, dass es die Ungleichheit am Empfänger ist, welche so angewendet wird.
  • Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und erläutert wurden, ist davon auszugehen, dass Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Z. B. kann, zusätzlich zu den obigen Kriterien zum Auswählen einer Pumpwellenlänge, die Tatsache, dass sich die Betriebswellenlänge eines Halbleiterlasers mit dem Alter ändert, auch in dem Auswahlprozess beinhaltet sein. Dadurch kann eine Pumpwellenlänge, welche anfangs nicht optimal ist, so gewählt werden, dass sie mit der Zeit des Altern des Lasers durch das Optimum gehen wird, jedoch während seines nutzbaren Lebens niemals sehr weit vom Optimum liegen wird.
  • In ähnlicher Weise ist bekannt, dass das Ausgangsspektrum eines Pumplasers Fluktuationen aufweisen kann, welche z. B. auf Mode-Hopping beruhen. Um diesen Effekt zu minimieren, kann man eine Kompromiss-Pumpwellenlänge wählen, welche nicht notwendigerweise optimal für die gewünschte Form des Verstärkungsspektrums ist, aber welche relativ unempfindlich gegenüber Fluktuationen des Pumplasers ist.
  • Als andere Variation ist in einem analogen optischen Übertragungssystem, z. B. einem System, welches Subträger-Multiplexen anwendet, das Verstärkungsverhältnis (d. h. &Delta;G/&Delta;&lambda;) ein wichtiger Parameter, welchen man einer Steuerung unterziehen könnte. Entsprechend könnte für diesen Fall, anstatt der obigen diskutierten Kriterien, das Verstärkungsverhältnis als Eigentümlichkeit des genutzten Verstärkungsspektrums genutzt werden, um eine Pumpwellenlänge innerhalb eines Pumpbandes auszuwählen.
  • Als weitere Variante können in einem Übertragungssystem, welches eine Vielzahl von optischen Verstärkern hat, die Laserpumpdioden unterschiedliche Wellenlängen haben, aber sie müssen alle innerhalb der erlaubten Fenster fallen.
  • Eine Vielfalt anderer Modifikationen, welche nicht vom Umfang der Erfindung abweichen, werden für gewöhnliche Fachleute aus der hier gegebenen Veröffentlichung offensichtlich. Die nachfolgenden Ansprüche dienen dazu, die speziellen Ausführungsformen, die hier aufgeführt sind, ebenso wie Modifikationen, Variationen und Äquivalente abzudecken. Tabelle 1 Auswählen des Bereiches der Pumpwellenlängen Tabelle 2 Auswählen des Bereiches der Pumpwellenlängen

Claims (68)

1. Verfahren zum Betreiben eines optischen Verstärkers (13), wobei der optische Verstärker (13) ein Verstärkungsspektrum hat und ein optisches Verstärkungsmedium (20) aufweist, und eine Pumpquelle, welche dem Medium Pumpleistung in einem Pumpband zuführt, wobei die Pumpleistung ein Spektrum aufweist, welches eine Mittenwellenlänge hat, wobei das Verfahren das Steuern des Wertes der Mittenwellenlänge innerhalb des Pumpbandes beinhaltet, um das Verstärkungsspektrum durch Festlegen der Gesamtverstärkung bei einer Signalwellenlänge des optischen Verstärkers zu steuern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der optische Verstärker (13) eine zusätzliche Pumpquelle (21) aufweist, wobei die zusätzliche Pumpquelle zusätzliche Pumpleistung dem Medium im Pumpband zuführt, wobei die zusätzliche Pumpleistung ein Spektrum hat, welches eine Mittenwellenlänge hat, wobei das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Justierens des Wertes der Mittenwellenlänge der zusätzlichen Pumpleistung innerhalb des Pumpbandes aufweist, um die Form des Verstärkungsspektrums des optischen Verstärkers zu ändern.
3. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Steuern der Größe der Pumpleistung, welche dem Medium zugeführt wird, aufweist, um das Verstärkungsspektrum des optischen Verstärkers zu steuern.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Größe der Pumpleistung gesteuert wird, indem ein Dämpfungsglied, welches sich zwischen der Pumpquelle und dem optisch verstärkenden Medium befindet, benutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Mittenwellenlänge im Bereich von 2 nm gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Mittenwellenlänge im Bereich von 1 nm gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Mittenwellenlänge im Bereich eines halben Nanometers gesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Anwenden eines Satzes von Signalwellenlängen an dem optischen Verstärker (13), und das Auswählen einer Pumpmittenwellenlänge innerhalb des Pumpbandes aufweist, wobei die ausgewählte Pumpmittenwellenlänge ein Verstärkungsspektrum für den Satz von Signalwellenlängen liefert, welches sich von dem hergestellten Verstärkungsspektrum um wenigstens eine andere Pumpmittenwellenlänge innerhalb des Pumpbandes unterscheidet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Pumpband die Wellenlängen zwischen ungefähr 975 nm und ungefähr 985 nm aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Veränderung in der Pumpmittenwellenlänge die Ebenheit des Verstärkungsspektrums in wenigstens einem Wellenlängenbereich verändert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der wenigstens eine Wellenlängenbereich von ungefähr 1525 nm bis ungefähr 1540 nm geht.
12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Veränderung in der Pumpmittenwellenlänge die Unterschiede zwischen den Größen des Verstärkungsspektrums für den Satz von Signalwellenlängen reduziert.
13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei erste und zweite Sätze von Signalwellenlängen an den Verstärker (13) angelegt werden und die Auswahl der Pumpmittenwellenlänge zu einem Kompromiss zwischen dem Reduzieren der Differenz zwischen den Größen des Verstärkungsspektrums beim ersten Satz von Signalwellenlängen und dem Reduzieren der Differenz zwischen den Größen des Verstärkungsspektrums beim zweiten Satz von Signalwellenlängen führt.
14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Auswahl der Pumpmittenwellenlänge zu einer Reduktion der Auswirkungen des Alterns der Pumpquelle auf das Verstärkungsspektrum führt.
15. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Pumpquelle (21) ein Laser ist und die Auswahl der Pumpmittenwellenlänge die Auswirkungen des Mode-Hoppings bzw -Springens auf das Verstärkungsspektrum reduziert.
16. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Steuern des Wertes der Mittenwellenlänge die Auswirkungen der dynamischen Verstärkungsabsenkung reduziert.
17. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verstärker (13) ein die Verstärkung abflachendes Filter aufweist und das Steuern der Pumpmittenwellenlänge die Auswirkungen des Filters auf das Verstärkungsspektrum ändert.
18. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Veränderung im Wert der Mittenwellenlänge die Flanke des Verstärkungsspektrums ändert.
19. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der optische Verstärker ein Glied einer Kaskadenreihe optischer Verstärker (13) ist und das Steuern des Wertes der Mittenwellenlänge die Auswirkungen von verstärkter spontaner Emission von wenigstens einem anderen Glied aus der Reihe der optischen Verstärker ändert.
20. Verfahren zum Pumpen eines mit Erbium dotierten optischen Siliciumfaserverstärkers innerhalb eines Übertragungssystems, welches zwei oder mehrere dieser Verstärker (13) aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen einer Pumplichtquelle (21) beinhaltet, welche eine Wellenlänge derart hat, dass die differentielle Verstärkung, während eine festgelegte Verstärkung bei ungefähr dem gleichen Pegel bei irgendeiner Signalwellenlänge beibehalten wird, aufgrund von auf die Pumplichtwellenlänge bezogener Auswirkungen wesentlich reduziert wird.
21. Verfahren zum Betreiben eines Übertragungssystems, welches einen Sender (11) und einen Empfänger (10) aufweist, welche über eine optische Faser (12) verbunden sind, und eine Vielzahl von optischen Verstärkern (13) hat, welche entlang der optischen Faser (12) platziert sind, um die Signalkanäle zwischen dem Sender (11) und dem Empfänger (10) zu verstärken, wobei jeder der Verstärker (13) eine Pumplichtquelle hat, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle derart beinhaltet, so dass Beiträge zur differentiellen Verstärkung des gesamten Systems, während die festgelegte Verstärkung bei irgendeiner Signalwellenlänge beibehalten wird, aufgrund von auf die Pumplichtwellenlänge bezogener Auswirkungen wesentlich reduziert werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte Siliciumfaser aufweist, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlängen der Quelle beinhaltet, so dass diese innerhalb eines Bereiches von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet, so dass diese innerhalb des Bereiches 974 bis 975 nm oder 981 nm bis 983 nm liegt.
24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle beinhaltet, so dass diese im Bereich von 974,5 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm liegt.
25. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Mehrheit des optischen Verstärkers (13) so angeordnet ist, um Signale zu verstärken, deren Wellenlängen im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 984 nm liegt.
27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb des Bereiches 974 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm liegt.
28. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Verfahren den Schritt des Auswählens der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 986 nm liegt.
29. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Auswählens der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 1- nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
30. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Auswählens der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 0,5- nm-Wellenlängenbereiches im Bereich on 970 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
31. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei die optischen Verstärker (13) angeordnet sind, um Signale zu verstärken, deren Wellenlängen innerhalb des Bereiches von 1530 nm bis 1565 nm liegen, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereiches von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 1-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
33. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Verfahren das Auswählen der Wellenlänge der Quelle (21) beinhaltet, so dass diese innerhalb eines 0,5-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
34. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pumpquelle einen Halbleiterlaser aufweist und die Form des Verstärkungsspektrums durch dynamisches Steuern der Emissionswellenlänge des Lasers geregelt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, welches ferner einen Rückkopplungssteuerkreis (15) beinhaltet, welcher die Größe der Pumpleistung steuert, welche dem verstärkenden Medium (20) durch den Laser geliefert wird, und Justiervorrichtungen beinhaltet, welche die Veränderung in der Emissionspumpwellenlänge modifizieren, welche direkt aus Veränderungen der gelieferten Pumpleistung resultieren.
36. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem, welches einen Empfänger aufweist, welcher optisch mit einem Sender über einen Wellenlängenmultiplex-Übertragungspfad verbunden ist, welcher eine Verkettung von mit Laserdioden gepumpten optischen Verstärkern (13) beinhaltet, von denen jeder ein Verstärkungsspektrum aufweist und welches eine Vorrichtung zum Justieren des Verstärkungsspektrums von wenigstens einem dieser Verstärker (13) durch dynamisches Regeln der Temperatur seiner Diodenlaserpumpquelle (21) in Abhängigkeit von einem gemessenen Betriebsparameter des Verstärkers oder des Systems aufweist.
37. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 36, wobei das Verstärkungsspektrum des Verstärkers (13) in Abhängigkeit von Veränderungen der Größe eines Treiberstroms justiert wird, welcher an der Diodenlaserpumpquelle des Verstärkers angelegt wird.
38. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 36, wobei das Verstärkungsspektrum des Verstärkers (13) in Abhängigkeit von Veränderungen der Wellenlänge der Emission der Diodenlaserpumpquelle des Verstärkers eingestellt wird.
39. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 37, wobei das Verstärkungsspektrum des Verstärkers (13), wobei der Verstärker wenigstens zwei Wellenlängenmultiplexsignale verstärkt, in Abhängigkeit von einer Differenz in der Ausgangsleistung des Verstärkers der Signale eingestellt wird.
40. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 39, wobei die Differenz in der Ausgangsleistung zusätzlich zum dynamischen Regeln der Temperatur der Diodenlaserpumpquelle (21) eines wenigstens anderen Verstärkers (13) aus der Verkettung angewendet wird.
41. Wellenlängendivisionsmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 36, wobei das Einstellen des Verstärkungsspektrums des Systems durch angepasstes dynamisches Regeln der Temperatur der Pumplaserdiode (21) von wenigstens einem der Verstärker (13) in Abhängigkeit von einer Differenz im Leistungsausgang am Empfänger (10) zwischen wenigstens zwei Wellenlängenmultiplexsignalen besteht, welche von dem Sender (11) durch den Empfänger (10) empfangen werden.
42. Verfahren zum Herstellen eines optischen Verstärkers, wobei der optische Verstärker ein Verstärkungsspektrum hat, wobei das Verfahren aufweist:
a) Liefern eines Verstärkungsmediums;
b) Liefern einer Pumpquelle (21) zum Zuführen von Pumpleistung an das verstärkende Medium in einem Pumpband, wobei die Pumpleistung ein Spektrum hat, welches eine Mittenwellenlänge hat und
c) Liefern eines die Verstärkung abflachenden Filters; wobei die Pumpquelle (21) und das die Verstärkung abflachende Filter so gewählt werden, dass das Justieren bzw. Einstellen auf dem Wert der Mittenwellenlänge innerhalb des Pumpbandes genutzt werden kann, das Verstärkungsspektrum des. Verstärkers einzustellen.
43. Verfahren nach Anspruch 1, 8 oder 42, wobei das optische Verstärkungsmedium eine mit Erbium dotierte optische Wellenleiterfaser ist und die Pumpquelle (21) ein Halbleiterlaser ist, der im 980-nm-Band arbeitet.
44. Optischer Verstärker (13), welcher ein Verstärkungsspektrum hat und aufweist: Ein optisches Verstärkungsmedium (20); eine Pumpquelle (21), welche Pumpleistung dem Medium (20) in einem Pumpband zuführt, wobei die Pumpleistung ein Spektrum hat, welches eine Mittenwellenlänge hat; und eine Vorrichtung zum Steuern des Wertes der Mittenwellenlänge innerhalb des Pumpbandes, um die Form des Verstärkungsspektrums durch Festlegen des Gesamtverstärkungswertes bei irgendeiner Signalwellenlänge zu steuern.
45. Optischer Verstärker nach Anspruch 44, welcher ferner aufweist:
a) Eine zusätzliche Pumpquelle (21), wobei die zusätzliche Pumpquelle (21) zusätzliche Pumpleistung dem Medium in dem Pumpband zuführt, wobei die zusätzliche Pumpleistung ein Spektrum hat, welches eine Mittenwellenlänge hat; und
b) eine zusätzliche Vorrichtung zum Steuern des Wertes der Mittenwellenlänge der zusätzlichen Pumpleistung innerhalb des Pumpbandes, um die Form des Verstärkungsspektrums zu steuern.
46. Optischer Verstärker nach Anspruch 44, welcher ferner eine Vorrichtung zum Steuern der Größe der Pumpleistung hat, welche dem Medium zugeführt wird, um die Form des Verstärkungsspektrums zu steuern.
47. Optischer Verstärker nach Anspruch 45, wobei die Vorrichtung zum Steuern der Größe der Pumpleistung, welche dem Medium zugeführt wird, ein Dämpfungsglied aufweist, das zwischen der Pumpquelle und dem optischen Verstärkungsmedium (20) platziert ist.
48. Optischer Verstärker nach Anspruch 44, welcher ferner ein die Verstärkung abflachendes Filter aufweist.
49. Optischer Verstärker nach Anspruch 44, wobei das optische Verstärkungsmedium (20) eine mit Erbium dotierte optische Wellenleiterfaser ist und die Pumpquelle (21) ein Halbleiterlaser ist, welcher im 980-nm-Band arbeitet.
50. Optischer Verstärker, welcher ein optisches Verstärkungsmedium (20) hat, welches optisch mit einem Halbleiterpumplaser gepumpt wird, wobei der Verstärker (13) eine Steuervorrichtung beinhaltet, welche die Form des Verstärkungsspektrums durch (1) Festlegen des Gesamtverstärkungswertes bei irgendeiner Signalwellenlänge und (2) dynamisches Steuern der Emissionswellenlänge des Pumplasers regelt.
51. Optischer Verstärker nach Anspruch 50, wobei der Verstärker eine Rückkopplungsvorrichtung beinhaltet, welche die Größe der Pumpleistung steuert, welche von dem verstärkenden Medium (20) durch den Laser geliefert wird, und eine Justiervorrichtung beinhaltet, welche die Veränderung in der Emissionswellenlänge, welche direkt aus den Veränderungen in der gelieferten Pumpleistung resultiert, modifiziert.
52. Optischer Verstärker nach Anspruch 50, wobei der Halbleiterlaser eine Laserdiode ist, deren Temperatur dynamisch wenigstens zum Teil durch ein Signal geregelt wird, welches von einem gemessenen Betriebsparameter des Verstärkers abgeleitet wird.
53. Optischer Verstärker (13) nach Anspruch 52, wobei die Laserdiode Licht in Abhängigkeit zu einem Treiberstrom emittiert, welcher veranlasst wird, durch den Laser zu fließen, und der Betriebsparameter dieser Treiberstrom ist.
54. Optischer Verstärker nach Anspruch 52, wobei die Laserdiode Licht bei einer Wellenlänge emittiert, wobei die Wellenlänge den Betriebsparameter darstellt.
55. Übertragungssystem, welches einen Sender (11) und einen Empfänger (10) aufweist, welche über eine optische Faser (12) verbunden sind, sowie eine Vielzahl optischer Verstärker (13), welche entlang der optischen Faser (12) platziert sind, um Signalkanäle zwischen dem Sender (11) und dem Empfänger (10) zu verstärken, wobei jeder der Verstärker (13) eine Pumplichtquelle hat, deren Wellenlänge innerhalb des 980-nm-Pumpbandes so gesteuert wird, dass Beiträge zur differentiellen Verstärkung aufgrund von Pumplichtwellenlängen bezogener Auswirkungen wesentlich reduziert werden, im Vergleich zu denen der 980-nm- Pumpquelle.
56. System nach Anspruch 55, wobei die Quelle des Pumplichtes ein Halbleiterlaser ist.
57. System nach Anspruch 55, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte Siliciumfaser aufweist und die Wellenlänge der Pumplichtquelle innerhalb eines Bereiches von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
58. System nach Anspruch 57, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 983 nm liegt.
59. System nach Anspruch 57, wobei die Wellenlänge der Quelle im Bereich von 974,5 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm liegt.
60. System nach Anspruch 57, wobei die Vielzahl der optischen Verstärker (13) angeordnet ist, um Signale zu verstärken, deren Wellenlängen im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen.
61. System nach Anspruch 60, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 984 nm liegt.
62. System nach Anspruch 60, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb des Bereiches von 974 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 983 nm liegt.
63. System nach Anspruch 55, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte optische Siliciumfaser aufweist und wobei die Wellenlänge der Pumplichtquelle innerhalb eines 2-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 982 nm bis 986 nm liegt.
64. System nach Anspruch 55, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte optische Siliciumfaser aufweist und wobei die Wellenlänge der Pumplichtquelle innerhalb eines 1-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 975 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
65. System nach Anspruch 55, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte optische Siliciumfaser aufweist und wobei die Wellenlänge der Pumplichtquelle innerhalb eines 0,5-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
66. System nach Anspruch 55, wobei die Vielzahl der optischen Verstärker (13) angeordnet ist, um Signale zu verstärken, deren Wellenlänge im Bereich von 1530 nm bis 1565 nm liegen, wobei jeder optische Verstärker (13) eine mit Erbium dotierte optische Siliciumfaser aufweist, und wobei die Wellenlänge der Pumplichtquelle innerhalb eines 2-nm- Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
67. System nach Anspruch 66, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines 1-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 977 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
68. System nach Anspruch 66, wobei die Wellenlänge der Quelle innerhalb eines 0,5-nm-Wellenlängenbereiches im Bereich von 970 nm bis 976 nm oder 981 nm bis 986 nm liegt.
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