Настройка длины волны генератора накачки оптических усилителей и ее использование в системах спектрального уплотнения

Настройка длины волны генератора накачки оптических усилителей и ее использование в системах спектрального уплотнения

Реферат

 

Изобретение относится к оптическим усилителям, а именно к устройствам и способам регулировки работы оптических усилителей. Разработаны способы регулировки спектральной характеристики усиления оптического усилителя, содержащего среду оптического усиления и источник накачки, который подает в среду сигнал накачки в полосе накачки. Сигнал накачки характеризуется спектром, который имеет центральную длину волны. Регулируют значение центральной длины волны в пределах полосы накачки для изменения формы спектральной характеристики усиления оптического усилителя. Предлагается система передачи, включающая множество усилителей, использующая данный способ. Технический результат изобретения - повышение эксплуатационных характеристик оптических усилителей, в частности стабильности рабочих параметров. 9 с. и 22 з.п. ф-лы, 17 ил., 2 табл.

Это изобретение относится к оптическим усилителям и, в частности, к управлению работой оптических усилителей, используемых в волоконно-оптических системах передачи. Более конкретно, изобретение относится к оптическим усилителям, в которых существует проблема дифференциального усиления сигнала, и к системе передачи со спектральным уплотнением, имеющей множество таких оптических усилителей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ 1. Оптические усилители Основными элементами системы связи являются передатчик, приемник и передающая среда. Сегодня оптические волокна являются распространенной средой для передачи сигналов речи, видеосигналов и сигналов данных на большие расстояния. Хотя современные волокна имеют очень низкие потери на единицу длины, длинные волоконные участки, например междугородные кабели, требуют периодического усиления передаваемого сигнала для обеспечения качественного приема в приемнике.

Для удовлетворения этой потребности были разработаны волоконные усилители, легированные эрбием. Такие усилители состоят из оптического волокна длиной, например, от 5 до 30 метров, легированного эрбием. Квантомеханическая структура ионов эрбия в стеклянной матрице допускает вынужденное излучение в диапазоне примерно от 1500 до 1600 нм, который является одним из диапазонов, в котором волоконно-оптические волноводы, изготовленные из диоксида кремния, имеют малые потери. В результате такого вынужденного излучения слабый входной сигнал при прохождении через волоконный усилитель может усиливаться более чем в сотни раз.

Для достижения такого вынужденного излучения ионы эрбия нужно подвергнуть накачке с переводом их в возбужденное электронное состояние. Такая накачка может происходить в различных полосах накачки, наиболее эффективные из которых имеют центральные длины волн около 980 нм и 1480 нм. Эффективные полупроводниковые лазерные источники имеются для обеих этих полос накачки. Как и следовало ожидать, каждая из этих полос имеет свои преимущества. Так, полоса 980 нм обеспечивает меньшие шумы в усиленном сигнале, а полоса 1480 нм обеспечивает более низкие потери распространения для света накачки, что важно при дистанционной накачке.

Хотя вынужденное излучение происходит во всем диапазоне от 1500 до 1600 нм, усиление в этом диапазоне не является равномерным. Эти изменения коэффициента усиления создают проблемы в системах с мультиплексированием (уплотнением), где для одновременной передачи нескольких сигналов вдоль оптического волокна используется группа длин волн. Такое мультиплексирование имеет большую коммерческую ценность, так как оно позволяет значительно увеличить пропускную способность волокна. Действительно, в настоящее время в области связи приоритетной является экономически эффективная модернизация существующих одноволновых систем передачи для их преобразования в многоволновые среды для удовлетворения все возрастающих потребностей в пропускной способности линий связи.

В типичном применении многоволновый сигнал, идущий по оптическому волокну, по мере прохождения от передатчика к приемнику будет подвергнут неоднократному усилению. Любые возможные различия усиления на различных длинах волн в каждом таком каскаде сложатся, в результате чего сигнал с длиной волны, соответствующей большему усилению, станет больше по сравнению с сигналами тех длин волн, которые усиливаются слабее. Для решения этой проблемы неравномерного усиления были предложены разные подходы.

Один из наиболее основополагающих подходов включает выбор длин волн, используемых для передачи множества сигналов. Как хорошо известно, спектральная характеристика усиления усилителя из волокон, легированных эрбием, является более плоской в "красной полосе", то есть в более длинноволновом диапазоне от приблизительно 1540-1545 нм до приблизительно 1565 нм, чем в "синей полосе", то есть в более коротковолновом диапазоне от приблизительно 1525 нм до приблизительно 1535-1540 нм В частности, очень равномерный коэффициент усиления в красной полосе может быть достигнут за счет выбора доли ионов эрбия в возбужденном ("инвертированном") состоянии путем выбора длины волоконного усилителя и уровня накачки, подаваемой в волокно.

Чтобы воспользоваться преимуществом, которое дает эта равномерность, системы со спектральным уплотнением, использующие усилители, легированные эрбием, имеют каналы передачи сигналов, расположенные в красной полосе. Кроме того, чтобы нейтрализовать остаточное неравномерное усиление, входные сигналы в передатчике должны быть заранее подобраны с учетом различного усиления, которое будет иметь место при неоднократном усилении сигнала на его пути от передатчика к приемнику.

Чтобы расширить рабочий диапазон длин волн, предоставляемый волоконными усилителями, легированными эрбием, на синюю полосу, были предложены фильтры для выравнивания спектральной характеристики усиления. При разработке практически пригодного для этой цели фильтра делается стандартное предположение, что поведение коэффициента усиления усилителя является по существу "однородным", то есть коэффициент усиления может быть описан однородной моделью, обсуждаемой, например, в работах "С.R.Giles et al. Modeling erbium-doped fiber amplifiers, J. Lightwave Tech, vol. 9, pp. 271-283, 1991" и "C. R. Giles et al. Optical amplifiers transform long-distance lightwave telecommunications, Proc. IEEE, vol. 84, pp. 870-883, 1996". Сущность этого предположения заключается в том, что коэффициент усиления определяется усредненной инверсией активных веществ, например ионов эрбия в волоконном усилителе, легированном эрбием, независимо от конкретных длин волн сигнала, мощности сигнала, длины волны накачки и мощности накачки, которая создает эту усредненную инверсию. С другой стороны, предположение об однородном расширении означает, что если коэффициент усиления на какой-либо длине волны каким-то способом установлен равным некоторому конкретному значению, то и коэффициент усиления на других длинах волн также стабилизирован (установленная величина усиления на других длинах волн является другой).

На основе этого предположения рассчитывают спектральную характеристику коэффициента усиления для усилителя при заданной средней инверсии и эту спектральную характеристику усиления используют при разработке фильтра, который способен сгладить эту характеристику. Если на вход усилителя подать множество сигналов с различными длинами волн, то для них спектральная характеристика усиления станет плоской при условии, что усредненная инверсия для сигналов этих длин волн равна усредненной инверсии, использованной при разработке фильтра. Степень равномерности будет, конечно, зависеть от того, насколько спектральная характеристика фактически изготовленного фильтра совпадает с желаемой характеристикой ослабления.

Вместо того, чтобы вычислять спектральную характеристику усиления, используя однородную модель, можно, например, измерить спектральную характеристику усиления реального усилителя и использовать ее при разработке фильтра. Однако этот эмпирический подход также неявно использует однородную модель, в которой предполагается, что спектр усиления будет сделан плоским для сигналов любого множества длин волн и энергий в пределах рабочего диапазона усилителя, при котором имеет место такая же усредненная инверсия, как и та, что существовала при измерении эмпирической спектральной характеристики усиления.

Вышеупомянутые подходы к созданию фильтра, выравнивающего коэффициент усиления, хорошо работают для сигналов красной полосы длин волн. Однако авторами изобретения было обнаружено, что однородная модель неудовлетворительно работает в синей полосе. Напротив, эта полоса демонстрирует существенно неоднородное поведение. А именно, когда в этой полосе присутствует сигнал по меньшей мере одной длины волны, спектральная характеристика усиления больше не может быть описана единой усредненной инверсией, которая относится ко всем активным веществам. Эта неоднородность приводит к разным важным последствиям в связи с разработкой, внедрением и использованием оптических усилителей, компонентов таких усилителей и систем, использующих такие усилители.

В литературе описано неоднородное расширение линий в волоконных усилителях, легированных эрбием, в частности так называемое "прожигание дыры". Как описано, этот эффект имеет ширину линии (часть спектра, которая подвергается воздействию) приблизительно 10 нм. Эффект зависит от степени насыщения усилителя и всегда проявляется на центральной длине волны насыщенного сигнала. Обсуждение эффекта "прожигания дыры" можно найти в работах "M.Tachibana et al. Gain cross saturation and spectral hole burning in wideband erbium-doped fiber amplifiers. Opt. Lett, vol. 16, pp. 1499-1501, 1991"; "H. Chou et al. Inhomogeneous gain saturation of erbium-doped fiber amplifiers, Proc. Optical Amplifiers and their Application, Davos, Switzerland, 1995, pp.92-95" и "A.K. Srivastava et al. Room temperature spectral holeburning in erbium-doped fiber amplifiers, Proc. Optical Fiber Communication Conference, San Jose, CA, 1996 (Tu G7), pp.33-34". Другие рассмотрения эффектов неоднородности в волоконных усилителях, легированных эрбием, можно найти в работах "Е. Desurvire et al. Gain hole-burning at 1.53J мкм in erbium-doped fiber amplifiers, IEEE Phot. Tech. Let., vol. 2, pp. 246-248, 1990"; "J.L. Zyskind et al. Determination of homogenous line-width by spectral gain hole-burning in an erbium-doped fiber amplifier with GeO₂:SiO₂ core, IEEE Phot. Tech. Let. , vol. 2, pp. 869-871, 1990" и "E.Desurvire et al. Study of spectral dependence of gain saturation and effect of inhomogeneous broadening in erbiumdoped aluminosi1icate fiber amplifiers", IEEE Phot. Tech. Let. , vol. 2, pp. 653-655, 1990".

Важно отметить, что в опубликованных работах влияние неоднородности мало, например не более 1 дБ. Напротив, согласно изобретению в результате присутствия сигнала по меньшей мере одной длины волны в синей полосе происходит искажение спектральной характеристики усиления волоконного усилителя, легированного эрбием, на несколько децибел.

II. Наклон спектральной характеристики усиления в системах передачи со спектральным уплотнением, в системах передачи со спектральным уплотнением, в передающих трактах которых используются известные оптические усилители с оптической накачкой, динамический наклон спектральной характеристики усиления создает проблемы. В различных режимах эксплуатации усилитель по-разному усиливает различные каналы, так что любая пассивная система, которая разработана для выравнивания мощностей выходных сигналов каналов для одного конкретного ряда режимов эксплуатации, не сможет обеспечить выравнивание, если эти состояния изменятся. Один из аспектов изобретения касается уменьшения неблагоприятных последствий этого явления наклона спектра коэффициента усиления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ Нами наблюдался новый и до настоящего времени неопубликованный эффект, а именно в оптическом усилителе с оптической накачкой, имеющем насыщение на конкретной длине волны в пределах спектральной характеристики усиления, например в усилителе с волокном, легированным эрбием, накачка которого осуществляется в полосе 980 нм, а усиление происходит в полосе от 1525 до 1570 нм, форма спектра усиления существенно изменяется в зависимости от длины волны накачки, изменяющейся в пределах спектрального диапазона, в пределах которого не происходит существенного изменения поглощения мощности накачки усилителем.

Этот эффект наблюдали, устанавливая мощность накачки усилителя равной фиксированному уровню, а затем изменяя длину волны накачки приблизительно на 5 нм. В пределах этого диапазона длин волн относительное изменение поглощения мощности накачки волоконным усилителем равно приблизительно 8%. Важно отметить, что согласно изобретению было обнаружено, что форма спектра усиления в диапазоне длин волн от 1525 нм до 1540 нм изменилась существенно, причем сильнее, чем в красной полосе (от 1540 нм до 1570 нм). Поэтому описываемый эффект намного более чувствителен к длине волны накачки, чем известные эффекты.

При изменении длины волны накачки на 0,8 нм форма спектральной характеристики усиления в диапазоне длин волн от 1525 нм до 1540 изменилась на 0,5 дБ. Поэтому отсутствие должного управления длиной волны накачки может серьезно ухудшить работу оптических усилителей системы передачи с оптическим усилением, усиливающей спектрально уплотненные каналы в пределах этой полосы длин волн.

До настоящего времени этот эффект не был обнаружен и в настоящее время длины волн накачки выбирают случайным образом, обычно следя лишь за тем, чтобы эти длины волн лежали в пределах полосы поглощения волокна, легированного эрбием, как иллюстрируется на фиг.9. Кроме того, считается, что для уменьшения длины волокна, необходимого для обеспечения заранее заданного коэффициента усиления, наиболее предпочтительными являются источники, длина волны которых близка к пику поглощения.

Одной возможной причиной нового эффекта может быть неоднородное расширение в полосе поглощения волокна, легированного эрбием. Это может произойти из-за того, что разные ионы эрбия, расположенные в различных участках волокна, подвергаются различному воздействию поля. Таким образом, сигналы накачки с различными длинами волн будут осуществлять выборочную накачку ионов в различных участках, а эти ионы будут излучать свет селективно с определенными длинами волн. Таким образом, разные длины волны накачки обусловливают различный коэффициент усиления для сигналов различных длин волн.

Согласно некоторым аспектам изобретения в нем используется точное управление (точная настройка) центральной длины волны сигнала накачки, например управление с точностью приблизительно 2 нм, более предпочтительно в пределах приблизительно 1 нм, а наиболее предпочтительно в пределах приблизительно 1/2 нм или меньше для управления существенно неоднородным усилением оптических усилителей сигналов синей полосы. Таким образом, форма спектральной характеристики усиления оптического усилителя может быть отрегулирована для достижения желательных уровней усиления для желательного множества длин волн, мощностей сигналов и мощности накачки.

До настоящего изобретения считалось, что основными переменными/параметрами, которые влияют на спектральную характеристику усиления оптического усилителя, являются: (1) длины волн усиливаемого сигнала; (2) уровни мощности входных сигналов для этих длин волн; (3) характеристики среды усиления, например ее состав, длина и уровень легирования; (4) спектральные характеристики вносимых потерь компонентов усилителя, включая любой фильтр (фильтры), используемый для выравнивания коэффициента усиления; (5) полоса накачки, выбранная для накачки среды усиления; и (6) общая мощность накачки в выбранной полосе накачки.

Как обсуждалось выше, согласно изобретению была выявлена дополнительная фундаментальная переменная, которая может использоваться для управления спектральной характеристикой усиления оптического усилителя. Эта переменная - центральная длина волны спектра выходной мощности накачки в пределах выбранной полосы накачки. Использование этой переменной в комбинации с другими переменными/параметрами, перечисленными выше, улучшает работу усилителя.

Для простоты регулировку центральной длины волны спектра выходной мощности накачки в пределах выбранной полосы накачки, то есть точную регулировку центральной длины волны, будем здесь называть "регулировкой длины волны накачки".

В некоторых вариантах выполнения изобретения регулировка длины волны накачки объединена с подбором компонентов, а именно: подбором источников накачки и выравнивающих фильтров для улучшения работы усилителя в целом. Конкретно, из-за технологических допусков центральные длины волн излучения разных источников накачки на полупроводниковых лазерах неодинаковы. Подобным же образом спектр ослабления фильтра для выравнивания спектра усиления меняется от образца к образцу. В некоторых случаях эти изменения в компонентах накладываются так, что величина регулировки длины волны накачки, необходимая для получения желаемой спектральной характеристики усиления для оптического усилителя, не может быть легко достигнута для конкретного источника накачки и фильтра. Согласно изобретению эта проблема решена путем предварительного отбора источников накачки и фильтров так, чтобы их комбинация для использования в конкретном усилителе смогла обеспечить желаемую спектральную характеристику усиления с помощью регулировки длины волны накачки. Таким образом сокращается уровень производственной отбраковки.

Компоненты, например фильтры, используемые для выравнивания коэффициента усиления, могут изменять свои параметры, помимо прочего, из-за старения и изменения условий окружающей среды, в которой они используются. Например, пик ослабления фильтра для выравнивания коэффициента усиления меняется с температурой. Это изменение можно скомпенсировать регулировкой длины волны накачки.

В другом варианте выполнения изобретения регулировка длины волны накачки может использоваться для компенсации влияния изменений спектральной характеристики усиления из-за изменений уровня входного сигнала и его спектра.

В других вариантах выполнения изобретения для обеспечения дальнейшего управления формой спектральной характеристики усиления вместо использования одного источника накачки с единственной центральной длиной волны используется множество источников накачки с различными центральными длинами волн в пределах выбранной полосы накачки. Таким образом могут быть разработаны оптические усилители, осуществляющие работу в более широких диапазонах длин волн сигнала, мощности сигнала и мощности накачки.

Для достижения высоких характеристик системы в целом, в дополнение к управлению центральной длиной волны накачки или длинами волн накачки одного усилителя, можно производить точную регулировку центральных длин волн накачки каскадно соединенных усилителей, например, центральные длины волн накачки последовательных усилителей можно настроить с учетом влияния усиленного спонтанного излучения, которое создается усилителями, расположенными выше и/или ниже по передающему тракту.

Другие аспекты настоящего изобретения включают: - Способ работы оптического усилителя, имеющего среду оптического усиления, накачку которой осуществляют с помощью полупроводникового лазера, причем форму спектра усиления регулируют с помощью динамического управления длиной волны излучения лазера.

- Оптический усилитель, имеющий среду оптического усиления, накачку которой осуществляют с помощью полупроводникового лазера, причем усилитель содержит управляющее устройство для регулировки формы спектральной характеристики усиления с помощью динамического управления длиной волны излучения лазера.

- Способ работы оптического усилителя, имеющего среду оптического усиления, накачку которой осуществляют с помощью полупроводникового лазера, причем в этом способе используется управляющая петля обратной связи для управления величиной мощности накачки, подаваемой в среду усиления с помощью лазера, и регулирующее устройство для модификации изменения длины волны излучения, которое непосредственно обусловлено изменениями указанной мощности накачки.

- Оптический усилитель, имеющий среду оптического усиления, накачку которой осуществляют с помощью полупроводникового лазера, причем усилитель содержит управляющую петлю обратной связи для управления величиной мощности накачки, подаваемой в среду усиления с помощью лазера, и регулирующее устройство для модификации изменения длины волны излучения, которое непосредственно обусловлено изменениями указанной мощности накачки.

Один способ осуществления динамического управления длиной волны излучения полупроводникового лазера согласно вышеупомянутым аспектам изобретения включает использование динамически перестраиваемого по длине волны узкополосного лазерного оптического резонатора, образующего отражатель, работающий в качестве внешнего отражателя внешнего резонатора полупроводникового лазера. Такой отражатель может быть выполнен из дифракционной решетки с брэгговским отражением на некотором участке одномодового оптического волокна, который динамически удлиняется, например, с помощью пьезоэлектрических средств. Альтернативный способ включает использование полупроводникового лазера с тремя выводами типа, описанного в работе "Y.Yoshikuni, G.Motosugi. Multielectrode Distributed Feedback Laser for Pure Frequency Modulation and Chirping Suppressed Amplitude Modulation, Journal of Lightwave Technology, Vol. LT5, 4, April 1987, pp. 516-522". Предпочтительный способ включает использование динамического управления температурой полупроводникового лазера.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения описан оптический усилитель, имеющий среду оптического усиления, которую подвергают оптической накачке с помощью лазерного диода, температура которого по меньшей мере частично динамически регулируется с помощью сигнала, полученного путем измерения рабочего параметра усилителя.

Согласно другому аспекту изобретения для передающей системы со спектральным уплотнением, имеющей приемник, оптически соединенный с передатчиком через передающий тракт с оптическим уплотнением каналов, который включает каскадно соединенные оптические усилители с накачкой от лазерных диодов, причем каждый из усилителей характеризуется спектральной характеристикой усиления, изобретение обеспечивает способ регулировки спектра усиления по меньшей мере одного из указанных усилителей за счет динамической регулировки температуры лазерного диода накачки в ответ на величину измеренного рабочего параметра указанного усилителя или указанной системы.

У типичного лазерного диода, излучающего на длине волны 980 нм, эта длина волны излучения может быть смещена на 0,8 нм при изменении температуры на 2,5^oС или изменении тока возбуждения на 40 мА. Это соответствует коэффициентам изменения длины волны 0,32 нм/^oС и 0,02 нм/мА соответственно и представляет собственные свойства диодного лазера. Соответственно, если усилитель требует, чтобы ток возбуждения при накачке регулировался в пределах 200 мА, то при постоянной температуре диода длина волны излучения остается постоянной в диапазоне 5 нм, таким образом обеспечивая по существу постоянное поглощение мощности накачки в усилителе. С другой стороны, при этом не гарантируется, что эффекты изменения усиления за счет изменения длины волны накачки, рассмотренные выше, останутся незначительными. Другими словами, когда стабилизация температуры диодного лазера для накачки достаточна для устранения проблем работы усилителя, связанных с эффективностью поглощения мощности накачки, она ни в коей мере не достаточна для устранения недавно обнаруженных эффектов, связанных с изменением коэффициента усиления за счет изменения длины волны накачки.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения сигнал регулировки температуры источника накачки получают измерением тока возбуждения накачки.

Согласно альтернативному предпочтительному варианту выполнения изобретения этот сигнал получают измерением длины волны излучения накачки.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения этот сигнал получают измерением дифференциального усиления для каналов графика на различных длинах волн.

В системе передачи, имеющей каскадно соединенные оптические усилители в передающем тракте, сигнал, полученный измерением дифференциального усиления для каналов трафика на различных длинах волн, может использоваться не просто для регулирования температуры диодного лазера в конкретном усилителе, но и для регулирования температуры других или всех диодных лазеров в передающем тракте и особенно в усилителях, расположенных выше в передающем тракте (ближе к его началу).

Другие аспекты изобретения включают: - Систему передачи, имеющую передатчик и приемник, соединенные оптическим волокном, и множество оптических усилителей, расположенных вдоль указанного оптического волокна для усиления каналов передачи сигналов между передатчиком и приемником, причем все указанные усилители имеют источник световой накачки с такой длиной волны, что дифференциальное усиление, обусловленное эффектами, связанными с длиной волны накачки, по существу, уменьшается.

- Систему передачи, имеющую множество оптических усилителей, каждый из которых содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, причем длина волны источника лежит в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в диапазоне от 974 нм до 975 нм или от 981 нм до 983 нм. Наиболее предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в диапазоне от 974,5 нм до 975 нм или от 982 нм до 983 нм.

- Систему передачи, имеющую множество оптических усилителей, предназначенных для усиления сигналов, длины волн которых лежат в диапазоне от 1530 нм до 1565 нм, причем каждый оптический усилитель содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, а длина волны источника лежит в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в диапазоне от 974 нм до 975 нм или от 981 нм до 983 нм. Наиболее предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в диапазоне от 974,5 нм до 975 нм или от 982 нм до 983 нм.

- Систему передачи, имеющую множество оптических усилителей, каждый из которых содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, причем длина волны источника лежит в пределах полосы шириной 2 нм в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в пределах полосы шириной 1 нм в диапазоне от 970 нм до 975 нм или от 981 нм до 986 нм. Наиболее предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в пределах полосы шириной 0,5 нм в диапазоне от 970 нм до 976 нм или от 981 нм до 986 нм.

- Систему передачи, имеющую множество оптических усилителей, предназначенных для усиления сигналов, длины волн которых лежат в пределах полосы шириной 2 нм в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в пределах полосы шириной 1 нм в диапазоне от 970 нм до 975 нм или от 981 нм до 986 нм. Наиболее предпочтительно, чтобы длина волны источника лежала в пределах полосы шириной 0,5 нм в диапазоне от 970 нм до 976 нм или от 981 нм до 986 нм.

Согласно вышеизложенным аспектам наиболее предпочтительно, чтобы все источники оптической накачки были полупроводниковыми лазерами.

Дополнительные аспекты изобретения включают: - Способ накачки волокна из диоксида кремния, легированного эрбием, включающий выбор источника оптической накачки, имеющего такую длину волны, что влияние дифференциального усиления, обусловленного эффектами, связанными с длиной волны накачки, по существу уменьшено.

- Способ работы системы передачи, имеющей передатчик и приемник, соединенные оптическим волокном, и множество оптических усилителей, расположенных вдоль указанного оптического волокна для усиления каналов передачи сигнала между указанными передатчиком и приемником, причем каждый усилитель имеет источник оптической накачки, а указанный способ включает такой выбор длины волны указанного источника, что влияние дифференциального усиления, обусловленного эффектами, связанными с длиной волны накачки, существенно уменьшено.

- Способ работы системы передачи, имеющей множество оптических усилителей, причем каждый оптический усилитель содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, а указанный способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 974 нм до 975 нм или от 981 нм до 983 нм. Наиболее предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 974,5 нм до 975 нм или от 982 нм до 983 нм.

- Способ работы системы передачи, имеющей множество оптических усилителей для усиления сигналов, длины волн которых лежат в диапазоне от 1530 нм до 1565 нм, причем каждый оптический усилитель содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, указанный способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 974 нм до 976 нм или от 981 нм до 984 нм. Наиболее предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в диапазоне от 974 нм до 975 нм или от 982 нм до 983 нм.

- Способ работы системы передачи, имеющей множество оптических усилителей, причем каждый оптический усилитель содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, а указанный способ включает выбор длины волны источника в полосе 2 нм в диапазоне от 970 нм до 975 нм или от 982 нм до 986 нм. Более предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в полосе 1 нм в диапазоне от 970 нм до 975 нм или от 981 нм до 986 нм. Наиболее предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в полосе 0,5 нм в диапазоне от 970 нм до 976 нм или от 981 нм до 986 нм.

- Способ работы системы передачи, имеющей множество оптических усилителей для усиления сигналов, длины волн которых лежат в диапазоне от 1530 нм до 1565 нм, причем каждый оптический усилитель содержит волокно из диоксида кремния, легированного эрбием, и источник оптической накачки, а указанный способ включает выбор длины волны источника в полосе 2 нм в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Более предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в полосе 1 нм в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм. Наиболее предпочтительно, способ включает выбор длины волны источника в полосе 0,5 нм в диапазоне от 970 нм до 977 нм или от 981 нм до 986 нм.

Из вышеизложенного понятно, что цели изобретения включают: (1) создание улучшенных оптических усилителей для использования в системах оптической передачи, например в волоконно-оптических системах связи; (2) создание улучшенных оптических усилителей для использования в системах со спектральным уплотнением; (3) создание улучшенных оптических усилителей для работы с сигналами, лежащими в синей полосе; (4) создание улучшенных способов накачки оптических усилителей; (5) создание улучшенных комбинаций источника накачки/фильтра для оптических усилителей и (6) создание улучшенных комбинаций сигнал/накачка для оптических усилителей.

В частности, цели изобретения включают создание (1) оптического усилителя, приспособленного путем наложения ограничений на длину волны накачки для использования вышеупомянутого недавно обнаруженного влияния длины волны накачки на спектральную характеристику усиления, и (2) системы передачи со спектральным уплотнением, имеющей множество оптических усилителей, которые приспособлены для работы в соответствии с обнаруженным эффектом также за счет ограничений на длины волн накачки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Ниже дано описание оптических усилителей и систем передачи со спектральным уплотнением, обладающих некоторыми предпочтительными, но не ограничивающими изобретение признаками. Описание имеет ссылки на чертежи, где: На фиг. 1А и 1В показано изменение спектральных характеристик усиления усилителя с волокнами, легированными эрбием, в зависимости от длины волны накачки. Кривые на этих чертежах соответствуют спектральным характеристикам усиления в режиме малого сигнала, полученным в присутствии насыщающего сигнала (_sat), длина волны которого равна 1535 нм на фиг.1А и 1561 нм на фиг. 1В. Спектры были измерены на оборудовании компании Hewlett-Packard для измерения усиления с подавлением шума во временной области. По горизонтальной оси на каждом из этих графиков отложена длина волны в нанометрах, а по вертикальной оси - коэффициент усиления в децибелах. Сплошные линии относятся к длине волны накачки 975 нм, пунктирные - к длине волны накачки 977 нм, линии из чередующихся длинных и коротких штрихов - к длине волны накачки 978 нм и штрих-пунктирные линии - к длине волны накачки 979 нм.

На фиг. 2А иллюстрируется динамический наклон характеристики усиления и использование изобретения для уменьшения пульсаций в красной полосе для усилителя с волокном, легированным эрбием, работающего с разными коэффициентами усиления на заданной длине волны сигнала. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм, а по вертикальной оси - пульсации в децибелах. Кривые с квадратиками соответствуют коэффициенту усиления 24 дБ, а с ромбиками - коэффициенту усиления 33 дБ.

На фиг.2В показана спектральная характеристика усиления усилителя красной полосы с волокном, легированным эрбием, для нескольких длин волн накачки (_p) между 975 нм и 981 нм. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм, а по вертикальной оси - коэффициент усиления в децибелах. Для каждой кривой коэффициент усиления на длине волны 1555,7 нм был равен приблизительно 24 дБ.

На фиг. 3 представлено изменение коэффициента усиления для четырех длин волн сигнала 1529, 1530,3, 1533,5 и 1535,0 нм при изменении длины волны накачки от 975 нм до 985 нм. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм, а по вертикальной оси - коэффициент усиления в децибелах.

На фиг.4 изображена блок-схема устройства, с помощью которого были получены данные, представленные на фиг.3, 5, 11 и 12.

На этом чертеже: 100 - перестраиваемые лазеры; 102 - развязывающее устройство; 104 - источник накачки; 106 - первый регулируемый оптический аттенюатор; 108 - регулируемый оптический аттенюатор для сигнала накачки; 110 - соединитель; 112 - усилитель с волокном, легированным эрбием; 114 - соединитель; 116 - развязывающее устройство; 118 - второй регулируемый оптический аттенюатор и 120 - оптический анализатор спектра.

На фиг. 5 представлен график зависимости коэффициента усиления от длины волны накачки для сигналов четырех длин волн 1529 нм (сплошная линия), 1530,3 нм (штриховая линия с треугольниками), 1533,5 нм (сплошная линия с квадратиками) и 1535,0 нм (штриховая линия). Данные для этого графика были получены с помощью устройства, изображенного на фиг.4, и оптического усилителя такого типа, какой использовался для получения данных для фиг.3, как описано ниже. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм, а по вертикальной оси - коэффициент усиления в децибелах.

На фиг. 6 схематично представлен оптический усилитель, в котором можно осуществлять регулировку длины волны накачки.

На фиг.7 представлен график коэффициента усиления волокна, легированного эрбием, при температуре жидкого азота в диапазоне длин волн от 1525 нм до 1575 нм при различных длинах волн накачки. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм, а по вертикальной оси - коэффициент усиления в децибелах. Для различных кривых на этом графике длины волн накачки следующие: А - 981,7 нм; В - 980,9 нм; С - 980,1 нм; D - 979,15 нм; Е - 978,2 нм; F - 977,45 нм; G - 976,7 нм; Н - 975,9 нм; I - 975,1 нм.

На фиг.8 представлен коэффициент усиления в усилителе с волокном, легированным эрбием, при различных длинах волн сигнала и при различных длинах волн накачки. По горизонтальной оси отложена длина волны накачки в нм, а по вертикальной оси - коэффициент усиления. Длины волн сигнала для различных кривых на этом графике следующие: А - 1526,96 нм; В - 1528,02 нм; С - 1529,07 нм; D - 1530,13 нм; Е - 1531,18 нм; F - 1532,24 нм; G - 1532,94 нм; Н - 1533,99 нм; I - 1535,05 нм; J - 1536,11 нм; К - 1539,97 нм; L - 1550,18 нм; М - 1560,03 нм; N - 1565,30 нм.

На фиг. 9 иллюстрируется график зависимости поглощения света накачки от длины волны для усилителя с волокн