DE69309637T2

DE69309637T2 - Depolarisator für optische Komponenten in optischen Übertragungssystemen

Info

Publication number: DE69309637T2
Application number: DE69309637T
Authority: DE
Inventors: Bruce Mitchell Nyman; Gregory Michael Wolter
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: JPH077208A; EP0605116A2; JP2719494B2; EP0605116A3; EP0605116B1; US5337375A; DE69309637D1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ganz allgemein einen Depolarisator. Insbesondere betrifft diese Erfindung einen Depolarisator innerhalb einer Prüfanordnung zur Messung polarisationsabhängiger Verluste von optischen Komponenten.

Hintergrund der Erfindung

Optische Verstärkersysteme erfordern normalerweise optische Vorrichtungen wie optische Isolatoren, optische Koppler und dergleichen, die variierende Niveaus polarisationsabhängiger Verluste aufweisen. Polarisationsabhängiger Verlust (Polarization Dependent Loss - PDL) kann definiert werden als die Änderung des Einfügungsverlustes eines Eingangssignals in eine optische Vorrichtung als Funktion der Polarisierung. Für optische Verstärkungssysteme, die optische Komponenten verwenden, kann der polarisationsabhängige Verlust der verschiedenen optischen Komponenten oder Vorrichtungen zu einer Signalverschlechterung führen. Derzeit sind Messungen von polarisationsabhängigen Verlusten bis zu einer Genauigkeit von 0.01 dB erhältlich. Um die auf den optischen Komponenten beruhenden kumulativen polarisationsabhängigen Verluste zu minimieren, die in einem optischen Übertragungssystem vorhanden sind, wird eine exaktere Messung der polarisationsabhängigen Verluste der verschiedenen optischen Komponenten benötigt. Diese Erfindung ist auf die Lösung dieses Problems gerichtet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wird offenbart, daß eine ungepumpte, erbiumdotierte Faser empfangene polarisierte Energie, so wie die, die von einem Laser erzeugt wird, in unpolarisierte spontane Emission einer längeren Wellenlänge umwandeln kann, wenn die Faser genügend lang ist, um das empfangene polarisierte Signal zu absorbieren. Es ist unser Verständnis, daß die Umwandlung von polarisiertem Licht in unpolarisiertes Licht aus nachfolgendem Grund auftritt. Wenn polarisiertes Licht, das innerhalb des Erbium-Absorptionsbandes liegt, von einer Strecke einer ungepumpten erbiumdotierten Faser empfangen wird, wirkt das empfangene Licht als Pumpe und regt die Erbiumatome an. Die angeregten Atome fallen in den Grundzustand zurück, wobei sie Photonen niedrigerer Energie emittieren, die eine längere wellenlänge haben. Wenn die emittierten Photonen noch immer innerhalb des Erbium- Absorptionsbandes liegen, wird der Prozess wiederholt. Auf diese Weise wird verstärkte spontane Emission bei aufeinanderfolgenden längeren Wellenlängen erzeugt und die ungepumpte dotierte Faser wird zu einem Depolarisator. Wenn die Faser eine Länge aufweist, die lang genug ist, um das empfangene Signal vollständig zu absorbieren, wird unpolarisierte verstärkte spontane Emission längerer Wellenlänge erzeugt.
In einer Ausführungsform wird der erfinderische Depolarisator in einer Prüfanordnung benutzt, um den polarisationsabhängigen Verlust einer optischen Vorrichtung exakt zu messen. Frühere Anstrengungen, den polarisationsabhängigen Verlust passiver optischer Vorrichtungen zu messen, waren aufgrund des in den Meßeinrichtungen vorhandenen polarisationsabhängigen Verlustes beschränkt. Mit einer Prüfanordnung, die den erfinderischen Depolarisator einschließt, geht der polarisationsabhängige Verlust der Meßeinrichtungen nie in das gemessene Resultat ein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann durch Lesen der folgenden Beschreibung spezifischer erläuternder Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der anhängenden Zeichnung erhalten werden, in denen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Prüf anordnung zur Messung des polarisationsabhängigen Verlusts von optischen Komponenten unter Verwendung eines Depolarisators gemäß den Prinzipien der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Graph des optischen Signals in einer kurzen Länge einer ungepumpten erbiumdotierten Faser ist, wobei das Eingangssignal nicht vollständig depolarisiert ist; und
Fig. 3 einen Graph des optischen Signals in einer Länge einer ungepumpten erbiumdotierten Faser zeigt, wobei das Eingangssignal vollständig depolarisiert ist.

Detaillierte Beschreibung

Polarisationsabhängige Verluste von optischen Systemen sind ein hautsächlicher Grund für Signaldegradation oder - verschlechterung. In einem optischen Übertragungssystem, das Tausende von Kilometern überbrückt, und bei dem das System viele optische Komponenten umfaßt, die periodisch entlang des Übertragungsweges angeordnet sind, kann ein polarisationsabhängiger Verlust von 0.01 dB pro optischer Komponente die Qualität des Signals nachteilig beeinflussen.
Um ein optisches Übertragungssystem bereitzustellen, das von polarisationsabhängigen Verlusten wenigstmöglich beeinflusst ist, ist es notwendig, daß jede der optischen Komponenten innerhalb des Übertragungsweges geringstmögliche polarisationsabhängigen Verluste zeigt.
Es ist ermittelt worden, daß derzeitige Bemühungen, polarisationsabhängige Verluste von optischen Komponenten genauer zu messen, durch die in den Meßeinrichtungen vorhandenen polarisationsabhängigen Verluste begrenzt werden. Aus diesem Grunde müssen, um die polarisationsabhängigen Verluste einer optischen Komponente genau zu messen, die polarisationsabhängigen Verluste der Meßeinrichtungen eliminiert werden. Es ist ermittelt worden, daß es drei hauptsächliche Quellen der Veränderlichkeit oder polarisationsabhängiger Verluste in heutigen Meßeinrichtungen gibt. Die erste ist die Stabilität des Lasers. Die zweite sind Biegeverluste zusammen mit Anpassungen der manuellen Polarisationssteuereinrichtung. Die dritte ist der polarisationsabhängige Verlust des Detektors. Durch die Verringerung der Effekte jeder dieser drei Quellen oder Gründe polarisationsabhängiger Verluste, können hochgenaue Messungen erhalten werden.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird dort eine Anordnung zur Messung des polarisationsabhängigen Verlusts einer optischen Komponente gezeigt. Eine Signalguelle 22, die ein DFB-Laser sein kann, generiert optische Energie, die innerhalb der Absorptionsbandbeite einer erbiumdotierten Faser 36 liegt, welche stromabwärts einer zu prüfenden optischen Komponente 34 und stromaufwärts vor einem Prüf- oder Leistungsmessgerät 38 angeordnet ist. Die Stabilität des Lasers kann die Genauigkeit des Testergebnisses beeinflussen. Um ein stabiles Ausgangssignal zu schaffen, kann der Laser 22 einen Integierten Kühler aufweisen und kann an einen Modulator 20 gekoppelt sein. Der Modulator moduliert den Laser bei 10 MHz, um die Kohärenzlänge des Lasers 22 zu reduzieren. Durch diese Anordnung, so wurde herausgefunden, beträgt die erhaltene Laserstabilität weniger als 0.002 dB Abweichung in einem 2-Minutenintervall. Der DFB-Laser 22 ist mit einem optischen Isolator 24 verbunden, der wiederum mit einem Interferenzfilter 26 mit abgestimmten 1.5 nm Bandpaßwinkel verbunden ist. Das Filter 26 reduziert die verstärkte spontane Emission vom Laser. In Fällen, in denen der DFB- Laser keine langwellige verstärkte spontane Emission hat, kann das Filter 26 weggelassen werden.
Das Filter 26 ist mit einem zweiten optischen Isolator 28 verbunden, der wiederum an einen optischen Abgriff 30 mit zwei Ausgängen gekoppelt ist. Ein Ausgang des Abgriffs ist direkt mit dem Leistungsmesser 38 verbunden, der ein Hewlett Packard 8153A Leistungsmesser sein kann. Das von dem optischen Abgriff direkt an den Leistungsmesser angelegte Signal ist das Referenzsignal. Messungen mit dem Leistungsmesser werden in einem Verhältnismodus durchgeführt, wobei das Referenzsignal verwendet wird, um Verschiebungen in den Komponenten der Prüfvorrichtung zu erfassen. Der andere Ausgang des optischen Abgriffs ist mit einer manuellen Ganzfaserpolarisationssteuereinrichtung 32 verbunden. Biegeverluste, die zu Justierungen des Polarisationsreglers gehören, werden eliminiert durch die Verwendung von optischen Fasern, die kleine Modenfelddurchmesser haben. Der Ausgang der manuellen Ganzfaserpolarisationsstteuereinrichtung ist an die zu prüfende optische Komponente 34 gekoppelt. Der Ausgang der zu prüfenden optischen Komponente ist mit der ungepumpten erbiumdotierten Faser 36 verbunden, die als Depolarisator arbeitet. Der Ausgang des Depolarisators 36 ist an den Leistungsmesser 38 gekoppelt. In der oben genannten Anordnung der Komponenten sind alle Faserverbindungen schmelzgespleißt, um Reflexionen zu vermeiden; und alle optischen Fasern sind sicher angeordnet, um eine Veränderung des Polarisationsstatus der verschiedenen Fasern während einer Messung zu verhindern.
Im Betrieb konvertiert der Depolarisator 36 das empfangene polarisierte Signal zu verstärkter spontaner Emission, die nicht polarisiert ist. Auf diese Weise empfängt und mißt der Leistungsmesser unpolarisiertes Licht, um den polarisationsabhängigen Verlust der zu testenden bzw. zu prüfenden optischen Komponente zu bestimmen. Da das von dem Leistungsmesser empfangene Licht nicht polarisiert ist, beeinflußt der polarisationsabhängige Verlust des Leistungsmessers nicht die erhaltene Messung.
Die Verwendung des Polarisators 36, um den polarisationsabhängigen Verlust des Leistungsmessers in einer Prüfanordnung zu eliminieren, ist eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Der hier offenbarte Depolarisator ist eine ungepumpte erbiumdotierte Faser.
Normalerweise werden erbiumdotierte Fasern als optische Verstärker in Faserübertragungssystemen benutzt. Verstärkung von Signalen zwischen 1530 und 1565 nm entsteht, wenn die erbiumdotierte Faser entweder bei 1480 nm oder 980 nm gepumpt wird. Ohne Eingangssignal erzeugt eine gepumpte erbiumdotierte Faser unpolarisierte verstärkte spontane Emission über einen weiten Bereich von 1500 nm bis 1600 nm.
In einem Test wurde der Wirkungsgrad der erbiumdotierten optischen Faser untersucht. Die Prüfanordnung wurde zunächst ohne Depolarisator betrieben. Ohne eine angeschlossene optische Komponente, wurde der verbleibende polarisationsabhängige Verlust zu 0.01 dB gefunden. Mit dem angebrachten ungepumpten erbiumdotierten Faserdepolarisator jedoch wurde der verbleibende polarisationsabhängige Verlust zu 0.001 dB gefunden. Es ist zu bemerken, daß, um diesen Wert zu erreichen, bei der Installation der Prüfanordnungsfasern Vorsicht walten gelassen wurde, da ein polarisationsabhängiger Verlust von 0.005 dB mit Hilfe von feinen Biegungen in den Fasern erhalten werden kann. In diesem Fall wurden Messungen sowohl bei 1558 nm als auch bei 1480 nm durchgeführt, jeweils mit identischen Ergebnissen.
Es ist unser Verständnis, daß das Folgende auftritt, wenn Licht im Erbiumabsorptionsband in eine große Strecke einer ungepumpten erbiumdotierten Faser eingespeist wird. Anfangs wirkt das Licht als Pumpe und regt die Erbiumatome an. Diese angeregten Atome kehren in den Grundzustand zurück, wobei sie Niedrigenergiephotonen (längerer Wellenlänge) emittieren, und der Prozess wird wiederholt, falls die emittierten Photonen innerhalb des Erbiumabsorptionsbandes liegen. Auf diese Weise wird verstärkte spontane Emission bei aufeinanderfolgenden längeren Wellenlängen erzeugt. Wenn die Faser lang genug ist, wird das Eingangssignal völlig absorbiert und längerwellige unpolarisierte verstärkte spontane Emission wird erzeugt. Beispielsweise wird Licht bei 1558 nm in breitbändige unpolarisierte verstärkte spontane Emission bei Wellenlängen größer als 1600 nm umgewandelt. Bezug nehmend auf Fig. 2 wird dort die teilweise Umwandlung eines polarisierten optischen Signals in unpolarisierte verstärkte spontane Emission für eine kurze Strecke einer erbiumdotierten Faser gezeigt. In Fig. 2 ist die scharfe Spitze das empfangene Signal und die Kurve A ist die erzeugte verstärkte spontane Emission. Bezug nehmend auf Fig. 3 wird dort die vollständige Umwandlung eines empfangenen polarisierten optischen Signals in unpolarisierte verstärkte spontane Emission für eine Länge ungepumpter dotierter optischer Faser gezeigt, bei der das Eingangssignal vollständig depolarisiert ist. In Fig. 3 gibt es keine Eingangssignalspitze, weil es vollständig absorbiert wurde. Kurve A stellt die erzeugte verstärkte spontane Emission dar.
In der in Fig. 1 offenbarten Ausführungsform der Prüfanordnung wird eine ungepumpte erbiumdotierte Faser als ein Depolarisator einer Prüfanordnung zur Messung des polarisationsabhängigen Verlusts einer optischen Anordnung verwendet. Obwohl die in Fig. 1 offenbarte Ausführungsform die Verwendung einer erbiumdotierten Faser als Depolarisator darstellt, ist es selbstverständlich, daß die optischen Fasern mit anderen Materialien, wie bspw. Neodym, dotiert werden können, die für andere Wellenlängen verwendet werden können. Außerdem ist klar, daß, obwohl der Depolarisator in Kombination mit einer Prüfanordnung zur Messung des Einführungsverlusts einer optischen Komponente beschrieben wird, die ungepumpte optische Faser als Depolarisator für andere Anwendungen, wie z.B. Fasergyros, verwendet werden kann, die depolarisiertes Licht verwenden.

Claims

1. Depolarisator umfassend:

eine ungepumpte dotierte optische Faser (36) von einer Länge, die ausreicht, um ein angelegtes polarisiertes Signal zu absorbieren, um aus dem angelegten Signal unpolarisierte verstärkte spontane Emission mit längerer Wellenlänge zu erzeugen.

2. Depolarisator nach Anspruch 1, bei welchem die dotierte optische Faser von einer Länge ist, die ausreicht, um das angelegte Signal vollständig zu absorbieren.

3. Depolarisator nach Anspruch 1, bei welchem die optische Faser mit Erbium dotiert ist.

4. Depolarisator nach Anspruch 1, bei welchem die optische Faser mit Neodymium dotiert ist.

5. Prüfeinrichtung zum Messen polarisationsabhängiger Verluste einer optischen Komponente, umfassend:

eine Signalquelle (22) zum Erzeugen eines polarisierten Signals,

einen optischen Isolator (24), der angeschlossen ist, um das Signal von der Signalquelle zu empfangen,

einen optischen Abgriff (30), der angeschlossen ist, um das optische Signal von dem optischen Isolator in ein erstes und ein zweites Signal zu teilen,

eine Polarisationssteuereinrichtung (32), die angeschlossen ist, um das erste Signal von dem optischen Abgriff zu empfangen,

eine ungepumpte dotierte optische Faser (36), die angeschlossen ist, um das erste Signal von der Polarisationssteuereinrichtung zu empfangen, wobei die ungepumpte dotierte optische Faser eine Länge hat, die ausreicht, um das empfangene erste Signal vollständig zu absorbieren und aus dem empfangenen ersten Signal unpolarisierte verstärkte spontane Emission mit längerer Wellenlänge zu erzeugen,

eine Leistungsmesseinrichtung (38), die angeschlossen ist, um das zweite Signal von dem optischen Abgriff und die unpolarisierte verstärkte spontane Emission von der ungepumpten dotierten optischen Faser zu empfangen, und

eine Einrichtung zum örtlichen Festlegen einer optischen Komponente, deren polarisationsabhängige Verluste zwischen der Polarisationssteuereinrichtung und der ungepumpten dotierten optischen Faser zu messen ist.

6. Prüfeinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die ungepumpte dotierte optische Faser mit Erbium dotiert ist.

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die ungepumpte dotierte optische Faser mit Neodymium dotiert ist.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Signalquelle einen Laser umfaßt.

9. Prüfeinrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Modulator (20), der angeschlossen ist, um den Laser zu modulieren.

10. Prüfeinrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend: ein Interferenzfilter (26), das zwischen dem optischen Isolator und dem optischen Abgriff angeordnet ist, und einen zweiten optischen Isolator (28), der zwischen dem Interferenzfilter und dem optischen Abgriff angeordnet ist.