(57)【要約】本発明は、増幅作用を有する媒体、例えばドーピングされた光ファイバ導波体の光増幅度を制御する方法および装置に関し、ここで増幅された自然放出の強度を、増幅出力に対する制御量、例えばポンプレーザの出力の制御量として利用する。
2004520702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光データ伝送システムにおける、増幅作用を有する媒体（２６）の光増幅度を制御する方法であって、
前記の増幅作用を有する媒体には、光学的または電気的な経路でエネルギーが供給され、かつ該媒体を通る光信号が当該媒体によって増幅される形式の、増幅作用を有する媒体（２６）の光増幅度を制御する方法において、
前記媒体における光ビームの増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）の強度を検出し、
該強度に依存して、前記媒体（２６）の増幅出力または該媒体を含む構造体の増幅出力に関連するプロシージャを起動することを特徴とする、
増幅作用を有する媒体の光増幅度を制御する方法。
【請求項２】
増幅作用を有する媒体として、光導波体（２６）または半導体増幅器を使用する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光導波体は、光ファイバ導波体（２６）または基板上の導波体構造体である、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記の増幅作用を有する媒体（２６）には、希土類、例えばエルビウムがドーピングされている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記の増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）を検出する際に、前進方向を向いた光ビームおよび／または逆方向を向いた光ビームを出力結合する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記の逆方向を向いた光ビームを、サーキュレータ（３５）またはアイソレータ（２３）によって出力結合する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記の増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）を検出する際には、前記の前進方向を向いた光ビームおよび／または逆方向を向いた光ビームを少なくとも２つの周波数帯域（１４．１，１４．２）に周波数に依存して分割し、
有利にはデータ信号を含まない少なくとも１つの周波数帯域（１４．１）における強度を測定する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
エネルギー供給のため、９８０ｎｍおよび／または１４８０ｎｍの付近の波長を有しポンピングされるレーザ光ビームを使用する、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記の起動されるプロシージャは、供給されるエネルギーに対する制御機構である、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記の起動されるプロシージャは、ポンピングされるレーザ、有利には９８０ｎｍ−レーザ（２４）の出力に対する制御機構である、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
目下の増幅度を決定するために、実際の増幅度と、前記のＡＳＥの強度との依存性を関数またはテーブルによって記録して使用する、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記の起動されるプロシージャは、増幅器装置または増幅区間の正常機能に対する監視機構である、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
供給されるエネルギーと信号出力とに依存して前記増幅出力が閾値を上回っておよび／または下回って変化する場合、アラーム機能を起動する、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
測定した量に基づいて、個々のポンプレーザから出力されるポンプ出力を決定し、これによってポンプレーザの出力値データの変化を検出する、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記の測定した量を使用して、増幅器（３２）の雑音指数を決定する、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
雑音指数を決定するために、前記のＡＳＥと、信号出力などの別の影響量とに対する前記雑音指数の依存性を１つまたは複数の関数および／またはテーブルによって記録する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムにおいて、
該プログラムがコンピュータ（２２）またはマイクロプロセッサで実行される場合、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法の全ステップを実行することを特徴とする、
プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムは、コンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶されている、
請求項１７に記載のプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
【請求項１９】
コンピュータプログラムの伝送において、
送信器（１）と受信器（４）との間の少なくとも部分的に電子的な経路で行われることを特徴とする、
請求項１７に記載のコンピュータプログラムの伝送。
【請求項２０】
コンピュータプログラムの使用方法において、
請求項１７に記載されたコンピュータプログラムを使用することを特徴とする、コンピュータプログラムの使用方法。
【請求項２１】
入力側（６）と、出力側（７）と、該入力側と出力側との間に配置され逆方向を向いた光ビームを出力結合するのに殊に有利である手段（８．１，８．２）とを有するデータ伝送区間および／または増幅区間にてＡＳＥを検出する光アイソレータ（＝光ダイオード）において、
前記の逆方向を向いた光ビームを検出する手段が設けられていることを特徴とする、
光アイソレータ。
【請求項２２】
前記の入力側（６）と出力側（７）との間に配置された手段（８．１，８．２）は、光ビームを広げ、
前記の入力側（６）から出力側（７）に走行する光ビームは、前記出力側（７）に集束され、これに対して、
前記の出力側（７）から入力側（６）に走行する光ビームは、前記入力側（６）に集束されない、
請求項２１に記載の光アイソレータ。
【請求項２３】
前記の入力側（６）と出力側（７）との間に配置された手段は、２つのＧＲＩＮレンズ（８．１，８．２）を含み、
該ＧＲＩＮレンズは、２つの偏光子（１０．１，１０．２）とファラデー回転子（９）とからなる、該ＧＲＩＮレンズ間の装置を有する、
請求項２２に記載の光アイソレータ。
【請求項２４】
前記の逆方向を向いた光ビームを検出する手段（１２）はフォトダイオードである、
請求項２１から２３までのいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項２５】
伝送すべき光データ信号を有する光ビームに対して入力側（６）と出力側（７）を備える光データ伝送区間および／または増幅区間におけるＡＳＥを検出する装置において、
前記の入力側（６）と出力側（７）との間に少なくとも１つの周波数分割器（１５）および検出器（１２）が設けられており、
データ信号のない少なくとも１つの周波数領域が、出力結合されかつ前記検出器（１２）に供給されることを特徴とする、
ＡＳＥを検出する装置。
【請求項２６】
受信器（４）と送信器（１）との間の光データ伝送システムであって、
該システムは、増幅作用を有する媒体（２６）の光増幅度を制御する手段を有しており、
前記の増幅作用を有する媒体（２６）には、光学的または電気的経路でエネルギーが供給され、該媒体を通る光信号が当該媒体によって増幅される形式の光データ伝送システムにおいて、
前記媒体（２６）における光ビームの増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）の強度を検出する手段が設けられており、
前記のＡＳＥの強度に依存して、前記媒体（２６）の増幅出力または該媒体を含む構造体の増幅出力に関連するプロシージャを起動する手段が設けられていることを特徴とする、
光データ伝送システム。
【請求項２７】
前記の増幅作用を有する媒体は、光導波体（２６）または半導体増幅器である、
請求項２６に記載の光データ伝送システム。
【請求項２８】
前記光導波体は、光ファイバ導波体（２６）または基板上の導波体構造体である、
請求項２７に記載の光データ伝送システム。
【請求項２９】
前記の増幅作用を有する媒体（２６）には、少なくとも１つの希土類元素、有利にはエルビウムがドーピングされている、
請求項２６から２８までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３０】
前記の増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）を検出する際に、前進方向を向いた光ビームおよび／または逆方向を向いた光ビームが出力結合される、
請求項２６から２９までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３１】
前記の逆方向を向いた光ビームを出力結合するために、有利には請求項２１から２４までのいずれか１項に記載のサーキュレータまたはアイソレータが設けられている、
請求項２６から３０までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３２】
前記の増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）の検出では、前進方向および／または逆方向を向いた光ビームに対して少なくとも２つの周波数帯域（１４．１，１４．２）に分割する周波数に依存する有利には請求項２５に記載された分割器と、
有利にはデータ信号のない少なくとも１つの周波数帯域（１４．１）における強度を測定する手段とが設けられている、
請求項２６から３１に記載の光データ伝送システム。
【請求項３３】
エネルギー供給のため、９８０ｎｍおよび／または１４８０ｎｍ付近の波長を有するポンプレーザが設けられている、
請求項２６から３２までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３４】
前記の起動されるプロシージャは、供給されるエネルギーに対する制御機構である、
請求項２６から３３までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３５】
前記の起動されるプロシージャは、ポンピングされるレーザ、有利には９８０ｎｍ−レーザ（２４）の出力に対する制御機構である、
請求項２６から３４までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３６】
下の増幅度を決定するために、実際の増幅度と、前記のＡＳＥの強度との依存性が、関数またはテーブルによって電子式記憶装置に記録され、かつマイクロプロセッサ（２２）を用いて評価される、
請求項２６から３５までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３７】
起動されるプロシージャとして、増幅装置または増幅区間の正常機能に対する監視機構が有利にはマイクロプロセッサ（２２）に設けられている、
請求項２６から３６までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３８】
供給されるエネルギーと信号出力とに依存して前記増幅出力が閾値を上回っておよび／または下回って変化する場合、アラーム機能を起動する手段が設けられており、
該手段は、有利には相応するプログラムを有するマイクロプロセッサ（２２）である、
請求項２６から３７までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項３９】
有利には相応するプログラムを有するマイクロプロセッサ（２２）である手段が設けられており、
該手段により、測定した量に基づいて、個々のポンプレーザから出力されるポンプ出力が決定され、これによってポンプレーザの出力値データの変化が検出される、
請求項２６から３８までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【請求項４０】
有利には相応するプログラムを有するマイクロプロセッサ（２２）である手段が設けられており、
該手段により、前記の測定した量から増幅器（３２）の雑音指数が決定される、
請求項２６から３９までのいずれか１項に記載の光データ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光データ伝送システムにおける、増幅作用を有する媒体の増幅度を制御する方法に関し、ここではこの媒体に光学的または電気的な経路でエネルギーが供給され、かつ上記の媒体を通る光信号がこの媒体によって増幅される。さらに本発明は、上記の方法を実施する装置に関する。
【０００２】
ディジタルデータおよびアナログデータが、光データ信号の形態でグラスファイバ線路にて長い区間にわたって伝送されることがますます多くなっている。このために必要であるのは、伝送区間を進行中に強度が損失されてしまう光信号を規則的な間隔で再度増幅することである。このような増幅は、例えば、この信号を電子的に読み出し、引き続きこの光信号を新たに生成し、この信号を別の伝送区間に供給することによって行われる。しかしながらこのような増幅を純粋に光増幅によって、例えばいわゆる光増幅器によって達成することも可能であり、ここでこれはリモートポンプ（ｆｅｒｎｐｕｍｐｅｎ）とすることも可能である。
【０００３】
リモートポンプされる光出力増幅器を有するこのようなデータ伝送区間は、本願発明人の特許明細書ＤＥ１９６２２０１２Ａ１から公知である。ここでは光データ伝送区間が示されており、このデータ伝送区間は、受動的な伝送ファイバを有する複数の区分と、その間に接続されているリモートポンプされ分割された光増幅器とからなり、この光増幅器は能動的なファイバをベースに構成されている。この能動的なファイバは、公知のように希土類元素のイオンによってドーピングされており、ポンプ光源を介してその増幅エネルギーが得られる。
【０００４】
上に引用した特許明細書およびそこに引用されたＩＥＥＥ−Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ７， Ｎｏ． ３，１９９５年３月、第３３３〜３３５頁をここに文献として完全に援用する。
【０００５】
このような光増幅器の問題は、これが情報を担う光波にノイズスペクトルを重畳させてしまうことである。このようにして生成されるノイズ成分も、後続の増幅器によって同様に増幅される。すべてのチャネルに対して同じ信号品質を維持するためには、伝送区間の端部においてすべての波長のチャネルに対して同じＳＮ比であるようにすべきである。さらにグラスファイバにおける非線形の影響によって、最大に許容されるチャネル出力が制限される。したがって伝送区間の最適な動作状態が存在するのである。区間をその最適な動作状態に最も近い状態で作動させるために必要であるのは、光増幅器をできる限り精確に制御することである。光信号を制御せずに増幅することによって、伝送品質は負の影響を被り、ディジタル信号の誤り率が増大してしまうことがある。
【０００６】
したがって本発明の課題は、光データ伝送信号の増幅を制御する方法および装置を提供して、従来技術よりも格段に精確な増幅利得の制御を可能にすることである。
【０００７】
この課題は、請求項１，請求項１７，請求項２０，請求項２１，請求項２５および請求項２６の特徴部分に記載された特徴的構成によって解決される。
【０００８】
本願発明者によって識別されたのは、データ伝送信号を光学的に出力増幅する際の実質的な問題は、増幅に使用されるポンプレーザの出力の制御に対して、実際に入力結合されるポンプレーザの出力も、実際の増幅度または利得（これが得られればさらに望ましいが）も測定されず、ポンプレーザの出力だけが測定されることである。このようなことが起こるのは、通例、ポンプレーザ光ビームの一部がファイバに入力結合される前に分割され、これがフォトダイオードを介して測定されるためである。測定信号と、実際にファイバに入力結合されるポンプ出力との間には非線形の関係があり、この関係は、別の外乱量、例えば温度などに依存する。老朽化の影響によってもこの関係は変化し得る。さらに所定のポンプ出力時に得られる利得も、信号の出力とその波長とに依存する。したがって得られた測定信号を用いても、ドーピングされたファイバに入力結合される出力を不正確にしか決定できないのである。
【０００９】
これを是正することは可能であり、ここでこれはポンプレーザの出力制御の際に、ポンプレーザビームの実際には関心のない出力それ自体をもはや測定せず、実際の増幅出力決定し、この実際の増幅出力に基づいてポンプレーザの出力を制御することによって行われる。これによって、例えば、温度変化または老朽化などの障害的な影響による制御の妨害が回避される。
【００１０】
いわゆるポンピングによる光学的出力増幅では、ドーピングされた光導波体の物理的特性が利用され、電子は、ポンプレーザの光ビームによって励起されて、より高いエネルギーレベルに上げられ、そこから電子は、データ伝送に利用される光ビームによって励起され、下降して元々のエネルギーレベルに戻り、この際にそのエネルギーが出力されてデータを伝送する光ビームがこれによって増幅されるのである。しかしながらより高いエネルギーレベルに上げられた電子に対しては、偶然に所定の時定数ないしは所定の確率で下降して元のレベルに戻り、その際にノイズ信号を放出することがあり得るのである。この過程は、公知のように増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）と称される。この確率的に発生する信号に対しては通例、主たる伝搬方向も存在せず、このためＡＳＥは、データ伝送区間の進行方向にも逆方向にも進む。光出力増幅器によって、それを通過する光はいずれも増幅されるため、増幅された自然放出（ＡＳＥ）も相応に増幅され、したがって光信号の実際に増幅に対する尺度として使用できるのである。
【００１１】
すなわち本発明では、実際の増幅出力を、増幅された自然放出（ＡＳＥ）の強度に基づいて測定し、かつポンプレーザの出力を制御して、データ信号の増幅度が、要求される値を有するようにする。
【００１２】
ＡＳＥを決定するためには、例えば、つぎのような事実を利用することができる。すなわち、これが実際のデータ伝送方向とは反対にも伝搬し、または増幅の強度は、伝送すべきデータとは無関係な１波長において測定することができ、これによってここでもの純粋なＡＳＥ出力を決定することができるという事実を利用できるのである。
【００１３】
これに対して、どの程度の実際の増幅出力によってポンプレーザの所定の調整が得られるべきであるかが分かっている場合、このＡＳＥ出力を介する増幅出力のこの直接の測定を使用して、老朽化過程を逆に推定したり、またはデータ伝送区間に発生するその他のエラーを得ることができる。
【００１４】
ここでさらに述べておきたいのは、本発明の方法は、ファイバ増幅器だけに使用できるのではなく、基板における導波構造体にも、半導体増幅器にも使用できることであり、ここで最後の増幅器では光ビームを介してではなく電子的にポンピングされる。
【００１５】
本発明のこの基本的なアイデアに相応して、発明者により提案されるのは、光データ伝送システムにおいて、増幅作用を有する媒体の光学的増幅を制御する方法を改善して、増幅された自然放出の強度がこの媒体において検出され、かつこの強度に依存して、媒体の増幅出力またはこれを含む構造体に関連するプロシージャが起動されるようにすることであり、ここで上記の媒体には光学的または電気的な経路でエネルギーが供給され、上記の媒体を通る光信号がこの媒体によって増幅される。
【００１６】
上記のように、増幅作用を有する媒体とは、光導波体、基板上の光導波体構造または半導体増幅器とすることができ、ここで光導波体は、有利には光ファイバ導波体であり、増幅作用を有する媒体は、有利には希土類元素、有利にはエルビウムによってドーピングされている。
【００１７】
本発明の方法の有利な実施形態において提案されるのは、増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を検出する際に前進方向を向いたおよび／または逆方向を向いた光ビームが出力結合され、このことから増幅度を定量的に決定することができる。逆方向を向いた光ビームの出力結合は、例えば、サーキュレータまたはアイソレータを使用して行うことができる。
【００１８】
本発明によれば、増幅された自然放出（＝ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ＝ ＡＳＥ）を検出する際にも、前進方向および／または逆方向を向いた光ビームの、周波数に依存する分割が少なくとも２つの周波数帯域において行われ、また強度の測定が少なくとも１つの周波数帯域において行われ、ここでこの周波数帯域は有利はデータ信号には無関係である。このために考えられ得るのは、光増幅器のすでに組み込まれていることの多いＡＳＥ抑圧フィルタを変更して、抑圧されたＡＳＥをフォトダイオードによって検出できるようにすることである。
【００１９】
有利には光路におけるエネルギー供給を、９８０ｎｍおよび／または１４８０ｎｍ付近の波長を有するポンプレーザ光ビームによって行うことができる。
【００２０】
本発明のアイデアによって起動されるプロシージャは、供給されるエネルギーに対する、例えばポンピングを行うレーザの出力に対する制御機構とすることができ、ここで提案される方法は、有利には９８０ｎｍのレーザの制御に対して使用される。
【００２１】
本発明の別の有利な実施形態では、目下の増幅度を決定するために、信号の実際の増幅度および増幅された自然放出（ＡＳＥ）の強度の依存性をまず、例えば試作（Ｖｅｒｓｕｃｈｓａｕｆｂａｕ）において測定し、引き続いてこの依存性を、相応する数学の関数またはテーブルに記録し、実際の増幅度を決定する際にこれを使用する。
【００２２】
すでに上で述べたように起動されるプロシージャを、増幅装置または増幅区間の正常な機能に対する監視機構とすることも可能であり、ここでは増幅出力が閾値を上回っておよび／または下回って変化した場合に、供給されるエネルギーと信号出力とに依存してアラーム機能が起動される。
【００２３】
さらに本発明によれば、測定した量（信号出力および／または信号波長および／または温度）に基づいて、個々のポンプレーザによって出力されるポンプ出力を決定することができ、これによってポンプレーザの出力値データの変化が検出される。
【００２４】
同様に、測定したＡＳＥ出力に基づいて、増幅装置の雑音指数を決定することができ、ここで雑音指数を決定するために、増幅された自然放出（ＡＳＥ）および場合によっては別の影響量（例えば温度）に対する依存性を、１つまたは複数の関数ないしはテーブルによって記録する。
【００２５】
上記の方法は、本発明によりコンピュータまたはマイクロプロセッサによって実行することができ、ここではプログラム手段によるコンピュータプログラムが使用され、このプログラムがコンピュータまたはマイクロプロセッサで実行されると、上に示した方法によるステップが実行される。
【００２６】
入力側と出力側とその間に配置された手段とを有するデータ伝送区間および／または増幅区間において、増幅された自然放出を検出するために、本発明では光アイソレータ（＝光ダイオード）を使用することができる。ここで上記の手段は、逆方向に配向された光ビームを出力結合するのに殊に有利である。また上記の光アイソレータは、逆方向に配向された光を検出する手段を有する。
【００２７】
この光アイソレータは、本発明ではつぎのように構成することができる。すなわち、入力側と出力側とに配置された手段は、光ビームの広がり（Ａｕｆｗｅｉｔｕｎｇ）引き起こし、ここで入力側から出力側に走行する光ビームは出力側に集束し、これに対して出力側から入力側に走行する光ビームは入力側に集束しない。
【００２８】
さらに入力側と出力側との間に配置される手段は、２つのＧＲＩＮレンズを含むことができ、ここでこれらのＧＲＩＮレンズはその間に配置された装置を有し、この装置は２つの偏光子とファラデー回転子とからなる。以下で偏光子とは、光ビームの伝搬特性が偏光状態に依存するコンポーネントまたは材料のことであると理解されたい。
【００２９】
本発明の光アイソレータにおいて逆方向に配向される光ビームを検出するための手段は、例えば、フォトダイオードとすることができる。
【００３０】
本発明では、伝送すべき光学的データ信号を有する光ビームに対する入力側と出力側とを有する光学的データ伝送区間および／または増幅区間において、増幅された自然放出（ＡＳＥ）を検出する装置を改善して、この入力側と出力側との間に少なくとも１つの分周器と検出器とが設けられ、ここで少なくとも１つの周波数領域がデータ信号なしに出力結合されて検出器に供給されるようにする。
【００３１】
上記の本発明の方法に相応して発明者により光学的データ伝送区間が提案され、ここでこれはここに示した方法を実施するための手段を含む。
【００３２】
本発明の別の特徴は、請求項および図面を参照して行われる実施例の以下の説明に記載されている。
【００３３】
以下では本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【００３４】
図１は、データ伝送区間であり、
図２は、データ伝送区間にわたる光の強度経過であり、
図３は、信号方向の光ビームの伝搬が示された光アイソレータであり、
図４は、信号方向とは逆方向の光ビームの伝搬が示された光アイソレータであり、
図４ａは、光学的サーキュレータであり、
図５は、信号を有しない光スペクトルのデータ伝送区間における出力結合であり、
図６は、ＡＳＥ強度の関数関係を、実際に信号に伝送される増幅出力に対して示す線図であり、
図７は、逆方向を向いたＡＳＥ強度の測定を介してポンプレーザ出力が制御される多段の増幅器を有するデータ伝送区間の概略図である。
【００３５】
図１には、送信器１から受信器４までの本発明による光データ伝送区間が示されており、ここでこれは部分区間２．１〜２．５と、それらの間に接続された出力増幅器３．１〜３．４とを有する。
【００３６】
その下にある図２では相応して、光信号の強度経過が、その下に示した部分区間Ｓ１〜Ｓ５と、その間にある増幅区間Ｖ１〜Ｖ５とについて線図で示されている。この図からわかるのは、個々の部分区間においてデータ信号の強度が単調に下降し、増幅区間にわたって再度増幅され、引き続いて伝送区間のこれに続く部分区間では再度下降し、最終的にこの信号が受信器から送信器に到達するまでこれが継続されることである。
【００３７】
本発明では増幅区間Ｖ１〜Ｖ４および出力増幅器３．１〜３．４は、例えば、エルビウムがドーピングされた光導波体ファイバとすることでき、これにはポンプレーザによってエネルギーが供給される。入力側において出力増幅器３．１〜３．４にはそれぞれ本発明の検出器が前置接続されており、これによって逆方向に伝搬する増幅された自然放出５．１〜５．４が測定される。ここでこれは公知の光アイソレータとすることができ、ここでは逆方向に配向される光ビームを測定する検出器を付加的に取り付けられる。
【００３８】
本発明のこのような光アイソレータは図３および４に示されており、図３では矢印によって光ビームの前進方向が、また図４では矢印によって、漏れ出る光ビームの逆方向が示されている。
【００３９】
光アイソレータは、光ビームが入射する入力側６と、光ビームがデータ伝送区間に再び入射する出力側７とからなる。入力側および出力側にはそれぞれＧＲＩＮレンズ（ＧＲＩＮ＝ｇｒａｄｉｅｎｔ−ｉｎｄｅｘ）が設けられている。これらの２つのＧＲＩＮレンズの間にはファラデー回転子９があり、これは２つの磁石１１．１および１１．２と、通常は光学的にアクティブでない物質とから構成され、かつ入力側および出力側の偏光子１０．１および１０．２によって取り囲まれている。
【００４０】
図３の矢印が示すのは、入射した光ビームが入力側において第１の偏光子１０．１に配向される様子である。ファラデー回転子９では２つの偏光軸の周りに４５°だけ偏光の回転が行われる。引き続き光ビームは出力側のＧＲＩＮレンズのいて再度組み合わされて出力側７に供給される。
【００４１】
図４に示したように、データ伝送方向とは逆に入射する、出力側７からこの光アイソレータに入射する光ビームも同様にまず第２の偏光子に導かれ、２つの偏光子およびその間にあるファラデー回転子を通して案内される。しかしながら入力側のＧＲＩＮレンズにおいてこの逆方向を向いた光ビームは、もはや入力側のファイバにコリメートせず発散性に伝搬し、これによって入力側に配置される検出器に当たり、逆方向に配向された光ビームの測定と、ひいては増幅された自然放出（ＡＳＥ）の測定とを可能にする。ここで上記の検出器は、入っていくファイバをここで取り囲む。
【００４２】
直接取り付けられた検出器の図示の状況の他に、逆方向を向いた光ビームを光導波体ファイバを介して、離れて配置された検出器に導くことも当然のことながら可能である。
【００４３】
アイソレータの代わりに図４ａに示したようにサーキュレータ３５を使用することも可能である。ポートＡにおいて入力結合される光ビームは、ポートＢにおいてサーキュレータ３５を離れ、これに対してポートＢにおいて入力結合される光ビームはポートＣにおいてサーキュレータ３５を離れる。すなわちこの適用のケースにおいては、信号はサーキュレータ３５をデータ伝送の方向にはポートＡからポートＢに通過し、これに対してポートＣにおいて逆方向を向いたＡＳＥを、例えばフォトダイオードによって検出することができる。
【００４４】
サーキュレータは、ポートＡからポートＢへの経路に対して、またポートＢからポートＣへの経路に対して同じ挿入損を提供するものであり、これによりその構造はアイソレータに比べて複雑である。これによって挿入損は、アイソレータの場合よりも高くなり、これは雑音指数にマイナスに作用する。したがってアイソレータの方が好まれるのである。
【００４５】
ＡＳＥを測定する別の装置は図５に示されている。ここでは光学的データ伝送区間においてフィルタ１５が中間に接続されており、ここに光信号の全スペクトル１６が入り、２つのスペクトル領域１６．１および１６．２に選択的に分割される。出力結合される第１のスペクトル領域１６．１にはディジタル信号はなく、したがって全信号のノイズの少なくとも一部だけを含む。スペクトル１６．１のこの成分は、引き続いて検出器１２（ここではフォトダイオードである）を介してその強度が測定される。データ伝送信号の出力結合されない部分スペクトル１６．２は引き続きデータ伝送線路において維持され、受信器の方向に導かれる。
【００４６】
データ信号のスペクトル成分１６．１には、実際のディジタル信号が伝送される周波数がないため、この成分の強度により、データ伝送線路における、増幅された自然放出（ＡＳＥ）に対する尺度が得られる。
【００４７】
したがってまとめると、図３および４においては、データ伝送区間における逆方向を向いたＡＳＥ強度を測定することができる装置が示されているのであり、これに対して図５の装置により、データ信号の伝送方向に伝搬する、データ伝送区間におけるＡＳＥを測定できる可能性が示されているのである。
【００４８】
ＡＳＥ強度の測定に基づいて、増幅作用を有する媒体、例えば厳選された光ファイバ導波体または光学的基板における実際の増幅度が逆に推定できることを示すために、図６では測定したＡＳＥ（Ｘ軸）の強度と、通過する信号の増幅度（Ｙ軸）との間の経験的に測定した関係が線図で示されている。線１７は、逆方向を向いたＡＳＥの強度を、エルビウムがドーピングされた光ファイバにおける実際の増幅度の関数として示しており、これに対してその下にある線１８は、前進方向における測定したＡＳＥ強度を、実際の増幅度の関数として、すなわちエルビウムがドーピングされた光ファイバ（ＥＤＦＡ）におけるデータ信号の実際の利得の関数として示している。
【００４９】
線１７は、少なくとも約３５ｄＢの強度領域にわたってほぼ直線状の経過を示しており、これに対して線１８は、若干の２次の関数関係を示している。両方の線は、厳密に単調に増大しているため、ＡＳＥ強度の値を測定することによって、実際の増幅度を逆に推定することが可能である。測定したＡＳＥ強度と、実際の増幅度との関係は、関数またはテーブルの形式で記録することができ、これにより、データを伝送する光ビームのＡＳＥ強度によって、実際の増幅度の効果を直接、逆に推定することができる。
【００５０】
すなわちこの関係に基づいてポンプレーザの制御ないしは増幅作用を有する媒体への電気エネルギー供給の制御を実行することができ、これによって回避されるのは、少な過ぎる増幅出力が使用されて雑音指数が増大してしまうことか、または過剰の増幅出力が使用されてファイバにおける非線形の影響によって、過度に大きな信号の歪みが生じてしまうことである。
【００５１】
最後に図７おいて概略的に示されているのは、光学的データ伝送区間２であり、これは多段の光増幅器３２からなる内部構造を有し、またこの光増幅器は、第１の増幅器段３３（９８０ｎｍ）と、第２の増幅器段３４（１４８０ｎｍ）とを有する。この実施例が示しているのはここで提案される、第１の増幅器段３２における制御方法と、第２の増幅器段３４におけるすでに公知の制御方法との組み合わせである。増幅器の第１の段３２では、到来する信号のわずかな部分が、データ伝送区間２から結合器２０によって出力結合され、信号出力検出器２１に供給され、これによって到来したこの信号の強度が測定される。伝送される光ビームの残りは、本発明の光アイソレータ２３に供給され、その構造は図３および４に例示的に示されている。ここでは検出器１２を介して、この段で生成された逆方向を向いたＡＳＥ出力が測定され、引き続きポンプレーザからの９８０ｎｍの波長を有する光ビームを入力結合する別の結合器２５が続く。ポンプレーザ２４は、コンピュータ２２を介して制御され、ここでは制御量として、測定された逆方向を向いたＡＳＥ出力を使用し、記録された関数または記録されたテーブルに相応しこのＡＳＥ出力に依存してポンプレーザ２４の強度を調整し、データ信号の最適な増幅が、エルビウムがドーピングされた第１のファイバ（ＥＤＦ）において調整されるようにする。
【００５２】
引き続きＥＤＦ２６には再び光アイソレータ２３が続く。これは、逆方向を向いたＡＳＥを測定する検出器１２を有する。最後にデータ信号は、結合器２５を介して導かれ、これを介してポンプレーザにより、エルビウムがドーピングされた後続のファイバ２６に１４８０ｎｍの光ビームが供給される。続いて従来技術から公知のアイソレータ１９が続いており、これは後置接続されたデカップラ２０を有しており、これを介して部分信号が出力結合され、信号出力側出力検出器２７において、データ伝送区間の端部における信号の強度が測定される。この強度についての情報も同様にコンピュータに供給されるため、これを介してポンプレーザ２８を制御することができる。しかしながら択一的には、最後の入力結合器２５の直前に測定される逆方向を向いたＡＳＥ出力を検出し、この情報を利用してポンプレーザ２８を制御することも可能である。
【００５３】
プロセッサ２２は、機能的に３つの役割領域に分割される。機能ブロック３０の役割は、ポンプレーザ２４のポンプ出力を制御することである。このために測定した逆方向を向いたＡＳＥを評価する。この測定量によってさらに、第１の段の雑音指数を決定することができる。全体装置の雑音指数は、もっぱら第１の段によって決定されるため、全体装置の雑音指数も知ることができる。
【００５４】
機能ブロック２９は、ポンプレーザ２４の出力データを監視するために使用される。動作開始の時点に実行される測定に基づいてわかるのは、測定される入力側出力において、測定される逆方向を向いたＡＳＥ出力から決定される利得を得るためには、ポンプ出力またはレーザーダイオードに注入される電流がどのくらいの大きさでなければならないかである。測定を改善するためには、入力側出力をスペクトル的に分析して測定するか、または入力側出力の分布を、送信器側において測定された出力から導き出すことも可能である。実際に入力結合されるポンプ出力ないしはレーザダイオードに実際に供給される注入電流がこの値から変さする場合、ポンプレーザ２４の出力値データは変化している。このようにして例えば、老朽化の影響を検出することができる。
【００５５】
同じ手法によって第２の増幅段を制御することができる。しかしながら以下では、提案する制御コンセプトと、別の制御手法とをいかに有意義に組み合わせされるかについて説明したい。増幅器を制御することの目的は、所定の利得をできるかぎり少ない雑音指数で調整することである。ポンプレーザ２４のポンプ出力をすでに説明したように制御することによって、第１の増幅器段の最適な利得が調整され、かつ装置全体の雑音指数が決定される。機能ブロック３１を使用することによってポンプレーザ２８のポンプ出力を調整し、これによって入力側６から出力側７において所望の利得が得られるようにする。
【００５６】
補足的に注意したいのは、ここでレーザとは、ポンプ光ビームを供給するのに有利な光源全体を総称していることであり、このような光源にはレーザダイオードおよび半導体ダイオードも含まれる。さらに、本発明の方法は、データ伝送区間において単一段構成においても、多段構成においても使用できることに注意されたい。
【００５７】
また自明であるのは、本発明の前述の特徴が、上記のそれぞれの組み合わせだけに使用できるのではなく、別の組み合わせにおいても、または単独構成においても使用でき、その際に本発明の枠を逸脱しないことである。
【００５８】
すなわち要約すると、本発明によって提供されるのは、増幅作用を有する媒体、例えばドーピングされた光ファイバ導波体の光増幅を制御する方法および装置であり、ここで増幅された自然放出の強度が、増幅出力に対する制御量、例えばポンプレーザの出力の制御量として利用され、また飽和領域におけるディジタル信号の増幅が回避される。これによって達成されるのは例えば、相前後して接続されたデータ伝送信号の多重の増幅部にもかかわらず、最大のＳ／Ｎ比が達成されるか、またはこれをわずかに下回り、かつ伝送されるデータのノイズが阻止される。
【００５９】
図面において使用された英語の表記は詳細にはつぎを示す：
2004520702.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【図１】
データ伝送区間を示す図である。
【図２】
データ伝送区間にわたって光の強度経過を示す線図である。
【図３】
信号方向の光ビームの伝搬を示す光アイソレータの図である。
【図４】
信号方向とは逆方向の光ビームの伝搬を示す光アイソレータの図である。
【図４ａ】
光学的サーキュレータの図である。
【図５】
信号を有しない光スペクトルのデータ伝送区間における出力結合を示す図である。
【図６】
ＡＳＥ強度の関数関係を、実際に信号に伝送される増幅出力に対して示す線図である。
【図７】
逆方向に向いたＡＳＥ強度の測定を介してポンプレーザ出力が制御される多段の増幅器を有するデータ伝送区間の概略図である。
【国際公開パンフレット】
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2004520702.tif 000005
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【国際調査報告】
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