DD301694A9 - Lichtsignalverstaerker fuer faseroptische uebertragungsleitungen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen beschrieben, der aus einem Lichtfaserverstärker besteht, an den Lichtsignale über eine faseroptische Eingangsleitung übertragen und von dem dann diese Signale, nachdem sie verstärkt worden sind, in eine faseroptische Ausgangsleitung weitergegeben werden, wobei zwischen dem Lichtleitfaserverstärker und der Ausgangsleitung ein erster und ein zweiter optischer Richtungsisolator angeordnet sind, um die Übertragung von Rauschlichtsignalen von der Eingangs- und Ausgangsleitung zum Verstärker zu verhindern. Figur{Lichtsender; faseroptische Eingangsleitung; Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen; Signaldurchlassvorrichtung; Ausgangsleitung; Lichtempfänger}

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen der Art, die einen Lichtleitfaserverstärker besitzt, der so angeordnet ist, daß er wenigstens mit einer faseroptischen Eingangsleitung, über die Lichtsignale an den Verstärker übertragen werden, und wenigstens mit einer faseroptischen Ausgangsleitung, die die Lichtsignale, die durch die Lichtleitfaserverstär^!;er verstärkt wurden, weitergegeben werden, verbunden ist. Wie bekannt ist, erfolgt bei den faseroptischen Fernmeldeleitungen aufgrund der unvermeidbaren Lichtverluste im Innern der Lichtleitfasern immer eine allmähliche Dämpfung des Signals auf seinem Ausbreitungsweg in den Lichtleitfasern. Es ist dann, wenn Signale über große Entfernungen übertragen werden sollen, aus diesem Grund notwendig, einen oder mehr als einen Lichtsignalverstärker zu verwenden, die in vorher festgelegten Abständen in den Lichtleitfasern angeordnet sind. Eine Art von Lichtsignalverstärker, die gegenwärtig weit verbreitet ist, sieht im Grunde genommen die Verwendung eines Lichtleitfaserverstärkers vor, der bei seinem Einsatz mit den Lichtleitfasern so verbunden ist, daß auf dem Übertragungsweg dieser Lichtleitfasern eine Eingangsleitung, über die die Lichtsignale an den Verstärker übertragen werden, sowie eine Ausgangsleitung, über die die verstärkten Lichtsignale an einen Lichtsignalempfänger weitergeleitet werden, entstehen. Der Einsatz dieser Lichtloitfaserverstärker führt beim gegenwärtigen Stand der Technik zu einigen Nachteilen, die sich hauptsächlich dadurch ergeben, daß den Verstärker nicht nur und ausschließlich das zu verstärkende Nutzsignal, sondern auch andere Rauschsignale erreichen, die anschließend verstärkt und wieder in die Ausgangsleitung abgegeben werden. Es ist festgestellt worden, daß eine gewisse Anzahl dieser Rauschsignale von der Ausgangsleitung kommen und durch Lichtdiffusionserscheinungen, die unvermeidlich im Innern der Lichtleitfasern entstehen, hervorgerufen wird. Genauer gesagt, geht ein Teil des Lichts, das die verstärkten bignale bildet, infolge einer Lichtdiffusionserscheinung im Innern der Lichtleitfasern verloren.

Ein Teil des zurückgestreuten Lichts kehrt zu den Verstärkern zurück und wird infolgedessen erneut verstärkt und wieder in die Ausgangsleitung abgegeben.

Es ist darüber hinaus bekannt, daß der Verstärker aufgrund seiner eigenen Beschaffenheit eine gewisse Menge an Rauschsignalen entstehen läßt, die entweder in die Eingangsleitung oder in die Ausgangsleitung abgegeben werden. Aufgrund der obenerwähnten Diffusionserscheinungen kehren diese Rauschsignale teilweise zum Verstärker zurück, wobei sie sich mit den Nutzsignalen, die wirklich übertragen werden sollen, vermischen.

Wie aus den vorhergehenden Ausführungen zu entnehmen ist, bestimmen der Eintritt von Rauschsignalen in den Verstärker und ihre anschließende Verstärkung Interferenz- und Überlagerungserscheinungen, die bei ausreichend hohen Verstärkungswerten (> 15dB) des Verstärkers ein „interferometrisches Rauschen' mit einer Amplitude entstehen lassen, die größer als bei dem bekannten Rauschen ist, das durch den Verstärker entsteht.

Dieser Vorgang führt zu einer unerwünschten Verringerung des Verhältnisses zwischen dem Nutzsignal und dem Rauschen hinter dem Verstärker. Diese Verringerung des Signal-Rausch-Verhä'ltnisses wird dann größer, wenn der Verstärkungsgrad des Lichtleitfaserverstärkers sowie die Anzahl der Verstärker, die im Übertragungsweg der Lichtleitfasern angeordnet sind, größer gewählt werden.

In dieser Situation bereitet es große Schwierigkeiten, das Nutzsignal in einem Empfänger, der sich weit von der Signalquelle entfernt befindet, ausreichend klar zu empfangen.

Es ist aus den Japanischen PS 52-155901 und 63-219186 sowie aus der Zeitschrift „ELECTRONICS LETTERS", Bd. 24, Heft-Nr. 1, 7. Januar 1988, S. 36-38, bekannt, daß in einem Laser oder in einem Halbleiterlichtverstärker die Gefahr einer Instabilität und einer Entstehung von Schwingungen infolge der Reflexionen auf beiden Seiten des Verstärkers besteht. In den obenerwähnten Patenten und im obenangebebenen Artikel wird zur Beseitigung dieser Reflexionen allgemein empfohlen, einen optischen Richtungsisolator mit dem Halbleiterlaser zu verbinden, durch den verhindert wird, daß das Licht, das von den Verbindungsgrenzflächen zwischen den Lichtleitfasern der Leitung und diesen Richtungsisolatoren reflektiert wird, bis zu den Lasern selbst gelangt.

In einem Verstärker mit aktiven Lichtleitfasern sind keine Grenzflächen zwischen den Lichtleitfasern der Leitung und dom Verstärker vorhanden, da die Lichtleitfasern der Leitung mit den aktiven Lichtleitfasern des Verstärkers direkt verschmolzen sind, so daß infolgedessen die Reflexionserscheinungen im allgemeinen nicht zu erwarten sind.

Es ist jedoch entdeckt worden, daß es in einem Verstärker mit aktiven Lichtleitfasern dann, wenn eine ReflexionsbegrenzungsvorrichUing vor den aktiven Lichtleitfasern fehlt, unmöglich ist, einen hohen Verstäikungsgrad zu erreichen. Das ist darauf zurückzuführen, daß ein interferometrisches Rauschen infolge von Überlagerungen zwischen dem direkten Signal und reflektierten Signalen in den Lichtleitfasern der Leitung selbst auftritt und in allen Fällen selbst auf die aktiven Lichtleitfasern einwirkt. Das Vorhandensein von interferometrischem Rauschen ist von geringer Bedeutung in einem Halbleiterverstärker, der geringe Verstärkungsgrade liefert und kleine Ausführungsgrößen besitzt. Dagegen ist das Vorhandensein von interferometrischem Rauschen von besonders großer Bedeutung bei einem Verstärker mit aktiven Lichtleitfasern, der sehr hohe Verstärkungsgrade erreichen und aktive Lichtleitfasern von beträchtlicher Länge besitzen kann, die im allgemeinen einige Dutzend Meter betragen kann und damit viel größer als der Kohärenzabstand des Lasers ist, der die Signale erzeugt.

In einem Lichtleitfaserverstärker ergibt sich deshalb die Schwierigkeit, die Verstärkungslichtleitfasern vor derartigen Rauschquellen zu schützen und die Reflexionen zu den aktiven Lichtleitfasern selbst unterhalb kritischer Werte zu halten, so daß die Übertragungsqualität nich». gefährdet wird, dabei jedoch gleichzeitig hohe Werte in bezug auf den Verstärkungsgrad aufrechtzuerhalten.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Probleme im Zusammenhang mit dem gegenwärtigen Stand der Technik dadurch gelöst werden, daß ein Lichtsignalverstärker geschaffen wird, der so ausgeführt ist, daß das Eindringen der Rauschsignale in den Lichtlsitfaserverstärker in hohem Maße verhindert wird.

Dieses Ziel und andere Ziele, die aus der vorliegenden Beschreibung besser zu entnehmen sind, werden im wesentlichen durch einen Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine erste Vorrichtung für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen diesem Verstärker und der faseroptischen Ausgangsleitung und eine zweite Vorrichtung für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen dem Verstärker und der Eingangsleitung besitzt, um die Übertragung von optischen Rauschsignalen von der Ausgangsleitung zum Verstärker bzw. die Übertragung von Rauschsignalen vom Verstärker zur Eingangsleitung zu verhindern.

Weitere Besonderheiten und Vorteile werden noch besser sus der ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Lichtsignalverstärkers für faseroptische Übertragungsleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung zu entnehmen sein. Diese Beschreibung folgt jetzt unter Bezugnahme auf das beigefügte Blatt mit einer Zeichnung, die nur als Beispiel ohne Begrenzung und Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung gegeben wird und bei der die einzige Figur ein Blockschaltbild des Lichtsignalverstärkers zeigt, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und für den Einsatz in einer faseroptischen Übertragungsleitung vorgesehen ist.

Unter Bezugnahme auf die angegebenen Figur zeigt die Bezugsnummer 1 insgesamt einen Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen gemäß der Erfindung.

Der Lichtsignalverstärker 1 besitzt in herkömmlicher Weise einen Lichtleitfaserverstärker 2, der so angeordnet ist, daß er bei seinem Einsatz wenigstens mit einer faseroptischen Eingangsleitung 3 verbunden ist, über die Lichtsignale übertragen werden, die z.B. von einem Lichtsender 4 abgegeben werden oder in alternativer Weise von einem Lichtsignalverstärker kommen, der dem gezeigten Lichtsignalverstärker entspricht und in der Leitung vor diesem Lichtsignalverstärker angeordnet ist.

Der Verstärker 2 ist auch mit einer faseroptischen Ausgangsleitung 5 verbunden, in die das verstärkte Lichtsignal abgegeben wird, das dann über die Ausgangsleitung zu einem Lichtempfänger 6 oder in alternativer Weise zu einem weiteren Lichtsignalverstärker, wie dem bereits gezeigten, weitergeleitet wird.

Der Lichtsignalverstärker 1 besitzt gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Vorrichtung 7 für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen dem Lichtleitfaserverstärker 2 und einer faseroptischen Ausgangsleitung, um so die Übertragung von Rauschlichtsignalen von der Ausgangsleitung zum Verstärker zu verhindern Darüber hinaus ist eine zweite Vorrichtung 8 für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen dem Lichtleitfaserverstärker 2 und der Eingangsleitung 3 vorhanden, um so die Übertragung von Rauschsignalen vom Verstärker zur EingangsleiUing zu verhindern.

Die Vorrichtungen 7 und 8 für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung bestehen vorzugsweise wenigstens aus einem ersten optischen Richtungsisolator bzw. einem zweiten optischen Richtungsisolator, die beide ein geringes Reflexionsvermögen aufweisen. Es ist vorgesehen, daß das Reflexionsvermögen dieser optischen Richtungsisolatoren 7 und 8, die an sich bekannt sind, um wenigstens 1OdB gegenüber dem Reflexionsvermögen geringer ist, das auf die Rayleigh-Streuung der Lichtleitfasern zurückzuführen ist, die die Eingangsleitung 3 und die Ausgangsleitung 5 bilden.

Die Funktionsweise des Lichtsignalverstärkers, d?r Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden beschrieben:

Der Verstärker 2 empfängt in bekannter Weise die Lichtsignale, die von der Eingangsleitung 3 kommen, und überträgt die verstärkten Signale an die Ausgangsleitung 5.

Neben den obenerwähnten Lichtsignalen überträgt der Verstärker bekannterweise auch seine Rauschsignale, die sowohl in die Eingangsleitung 3 wie auch in die Ausgangsleitung 5 gelangen.

Das Vorhandensein des weiten optischen Richtungsisolators 8 in der Leitung unmittelbar vor dem Verstärker 2 bietet den Vorteil, daß dadurch die obenerwähnten Rauschsignale nicht in die Eingangsleitung 3 gelangen können.

Wenn dieser optische Richtungsisolator fehlt, dann würde das Eindringen der Rauschsignale des Verstärkers in die Eingangsleitung 3 infolge der Lichtdiffusionserscheinungen im Innern der Lichtleitfasern weitere Rauschsignale entstehen lassen, von denen ein Teil wieder den Verstärker 2 erreichen würde, wodurch es zu Interferenzen der Überlagerungen mit den nützlichen Lichtsignalen, d. h. mit den Lichtsignalen, die vom Lichtsender 4 übertragen werden, käme.

Durch das Vorhandensein des ersten optischen Richtungsisolators 7 in der Leitung unmittelbar hinter dem Verstärker 2 wird darüber hinaus in vorteilhafter Weise vermieden, daß Rauschsignale, die in der Ausgangsleitung 5 infolge der Lichtdiffusionserscheinungen im Innern der Lichtleitfasern entstanden sind, in den Verstärker gelangen. Wenn der erste Richtungsisolator 7 fehlt, dann wurden diese Rauschsignale verstärkt werden und erneut zusammen mit dem verstärkten Nutzsignal in die Ausgangsleitung 5 gelangen, wodurch es zu den nichterwünschten Interferenzen und/oder Überlagerungserscheinungen käme.

Es ist aus den vorhergehenden Ausführungen offensichtlich, daß die einzigen Signale, dio in die Ausgangsleituny 5 gelangen, die verstärkten Nutzsignale in Verbindung mit den schwachen Rauschsignalen sind, die durch den Verstärker 2 entstehen und vernachlässigbar sind.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die angestrebten Ziele erreicht. Tatsächlich bietet der Lichtsignalverstärker, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, entsprechend den vorhergehenden Ausführungen durch das Vorhandensein der optischen Richtungsisolatoren in der Leitung unmittelbar vor und hinter dem Verstärker die Möglichkeit, das Eindringen von Rauschsignalen in die Ausgrngsleitung des Verstärkers gegenüber dem bisherigen Stand der Technik beträchtlich zu verringern. Das führt zu einer Zunahme der nutzbaren Verstärkung des Verstärkers sowie zu einer besseren Übertragung der Lichtsignale von einem l.ichtsignalsendor zu einem Lichtsignalempfänger, die auch in großer Entfernung voneinander angeordnet sein können.

Natürlich kann die Erfindung zahlreiche Modifizierungen und Varianten unter der Bedingung mit einschließen, daß sie nicht außerhalb des vorgesehenen Schutzumfangs der Erfindung liegen.

Claims (1)

1. Lichtsignalverstärker für faseroptische Übertragungsleitungen, der aus einem Lichtleitfaserverstärker besteht, der so angeordnet ist, daß er bei seinem Einsatz wsnigstens mit einer faseroptischen Eingangsleitung, über die Lichtsignale an den Verstärker übertragen werden, und wenigstens mit einer faseroptischen Ausgangsleitung, über die die Lichtsignale, die durch diesen Lichtleitfaserverstärker verstärkt wurden, abgegeben werden, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Vorrichtung für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen diesem Verstärker und der faseroptischen Ausgangsleitung und eine zweite Vorrichtung für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung zwischen dem Verstärker und der Eingangsleitung vorhanden sind, durch die Übertragung von Rauschlichtsignalen von der Ausgangsleitung zum Verstärker bzw. die Übertragung von Rauschsignalen vom Verstärker zur Eingangsleitung verhindern werden soll, wobei die erste und die zweite Vorrichtung für einen Signaldurchlaß in nur einer Richtung wenigstens aus einem ersten optischen Richtungsisolator bzw. wenigstens aus einem zweiten optischen Richtungsisolator bestehen und diese optischen Richtungsisolatoren dabei ein Reflexionsvermögen besitzen, das um wenigstens 1OdB geringer als die Rayleigh-Streuung der Lichtleitfasern ist, die die Eingangs- und Ausgangsleitung bilden.

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