Un aparato amplificador Raman de etapas múltiples, comprendiendo:

un primer amplificador Raman configurado para recibir una señal de al menos una longitud de onda viajando en una dirección ascendente en el primer amplificador Raman, una primera fuente de bombeo acoplada al primer amplificador Raman produciendo un primer haz de bombeo en una dirección descendente que es contrapropagante respecto a la señal; una segunda fuente de bombeo acoplada al primer amplificador Raman produciendo un segundo haz de bombeo que viaja en la dirección ascendente; un segundo amplificador Raman acoplado al primer amplificador Raman y operable para recibir la señal del primer amplificador Raman, donde uno del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman distribuido y el otro del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman discreto; y una tercera fuente de bombeo acoplada al segundo amplificador Raman produciendo un tercer haz de bombeo viajando en la dirección descendente

Amplificador Raman con bombeo direccional.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a amplificadores ópticos de bajo ruido para sistemas de transmisión de fibra óptica, y más en particular a amplificadores Raman discretos, distribuidos e híbridos de bajo nivel de ruido para sistemas de comunicación de banda ancha.

Descripción de la técnica relacionada

La dispersión estimulada de Raman es un proceso no lineal importante que convierte fibras ópticas en amplificadores y láseres sintonizables. La ganancia de Raman resulta de la interacción de luz intensa con fonones ópticos en fibras de sílice, y el efecto Raman lleva a una transferencia de energía de un haz óptico (la bomba) a otro haz óptico (la señal). La señal es reducida en frecuencia (o ampliada en longitud de onda) en una cantidad determinada por modos vibracionales de fibras de sílice. El coeficiente de ganancia Raman gr para las fibras de sílice es mostrado en la figura 1. Notablemente, la ganancia Raman gr se extiende sobre un gran rango de frecuencia (hasta 40 THZ) con un pico ancho centrado en 13.2 THZ (correspondiente a una longitud de onda de 440 cm^-1). Este comportamiento sobre el gran rango de frecuencia es debido a la naturaleza amorfa del cristal de sílice y habilita el efecto Raman para ser usado en amplificadores de banda ancha. La ganancia Raman también depende de la composición del núcleo de la fibra y puede variar con diferentes concentraciones dopantes.

La amplificación Raman tiene algunas características atractivas. En primer lugar, la ganancia Raman es un buen candidato para el mejoramiento de enlaces de fibra óptica existentes porque se basa en la interacción de la luz de la bomba con fonones ópticos en las fibras existentes. En segundo lugar, no hay pérdida excesiva en ausencia de energía de bombeo, aparte de la perdida de la fibra insertada - una consideración importante para la fiabilidad del sistema.

La cascada es el mecanismo por el que es transferida la energía óptica en la longitud de onda de bombeo, a través de una serie de polarizaciones no lineales, a una señal óptica en una longitud de onda más larga. Cada polarización no lineal del dieléctrico produce un estado vibracional molecular correspondiente a una longitud de onda que es desplazado de la longitud de onda de la luz que produjo la estimulación. El efecto de la polarización no lineal es distribuido a través del dieléctrico, resultando en una serie en cascada de cambios de longitud de onda a medida que la energía en una longitud de onda excite un modo vibracional que produce luz a una longitud de onda más larga. Este proceso puede efectuar cascada a través de numerosas categorías. Como ejemplo, categorías de cascada Raman para diferentes longitudes de onda de la bomba son ilustradas en la figura 2. Debido a que el perfil de la ganancia Raman tiene un pico centrado a 13.2 THZ en fibras de sílice, puede disponerse una categoría Raman para ser separada de la categoría anterior en 13.2 THZ.

El efecto cascada hace a los amplificadores de dispersión estimulada de Raman muy deseables. La propia amplificación de Raman puede ser usada para amplificar múltiples longitudes de ondas (como en la multiplexación por división de longitud de onda) o pulsos ópticos cortos debido a que el espectro de ganancia es muy ancho (un ancho de banda de mas de 5 THZ alrededor del pico en 13.2 THZ). Además, la cascada habilita la amplificación Raman en un rango amplio de diferentes longitudes de onda. Variando la longitud de onda de bombeo o usando categorías en cascada de ganancia Raman, la ganancia puede ser proporcionada en toda la ventana de telecomunicaciones entre 1300 nm y 1600 nm.

La ganancia Raman puede ser usada en amplificadores discretos y distribuidos. Las principales ventajas de la amplificación distribuida Raman son que la cifra de ruido (CR) efectiva se mejora y pueden ser mejorados sistemas existentes, intuitivamente, la CR mejora porque la señal es amplificada continuamente y nunca se vuelve demasiado débil. El margen adicional del sistema permitido por amplificación distribuida puede ser usado para mejorar la velocidad del sistema, incrementar el espacio entre amplificadores o repetidores, o para manejar la variabilidad en las fibras de los sistemas instalados. Cuando se usa una amplificación distribuida, la luz de la bomba puede estar contra-propagando a la dirección de señal. Simulaciones y experimentos han mostrado la mejora en la cifra de ruido logrado usando amplificación distribuida. Por ejemplo, un calculo de los primeros principios para un cadena de amplificadores ópticos muestra la mejora del porcentaje señal-a-ruido (PSR) para amplificadores muy juntos entre sí. El caso de la amplificación puramente uniforme da una mejoría de unos CR = 2 dB comparado con amplificadores separados uniformemente cada 21.7 km y una mejoría de unos CR = 4 dB comparado con amplificadores separados uniformemente cada 43.4 km (donde CR (dB) = PSR_ENTRADA (dB) - PSR_SALIDA (dB)).

Experimentos han verificado también la mejora en el rendimiento de CR para la amplificación distribuida. Por ejemplo, experimentos en una cadena de amplificación Raman de 514 km han mostrado una mejora en rendimiento de ruido de 2 dB comparado con un amplificador de cadena similar usando EDFA globalizado separado aproximadamente cada 45 km. Esto es menos que el caso ideal porque la luz de bombeo se atenúa a lo largo de la longitud de la fibra, llevando a una amplificación periódica pero no uniforme. En adición, una combinación de amplificación Raman y EDFAs distribuidas ha sido usada para ampliar el espacio entre repetidores a 240 km por un sistema MDL de 8 canales de 5280 km. El rendimiento demostrado en este experimento fue comparable al de un sistema similar en longitud y capacidad usando EDFA convencionales separados 80 km. Por tanto, el margen adicional de CR de la amplificación distribuida puede ser usado para incrementar significativamente el espaciado de repetidores de sistemas de transmisión de largo recorrido. Además, un amplificador Raman distribuido es probado en una longitud de fibra de transmisión de 45 km que es bombeado por dos bombas a 1453 nm y 1495 nm. La banda ancha resultante de ganancia de transparencia es 92 nm, y se observa que el amplificador Raman funciona mejor que un EDFA globalizado con una CR igual o mayor que 5 dB.

Otro uso de amplificadores híbridos o distribuidos es para reducir deficiencias por falta de linealidad de la mezcla de cuatro ondas (M4O) y la corrección de ganancia Raman que se vuelven cada vez mas importantes cuando se añaden nuevas bandas y el número de canales se incrementa. Una manera de minimizar estas deficiencias por falta de linealidad es reducir la potencia por canal de longitud de onda. Esto puede conseguirse sin degradación del porcentaje señal a ruido en el recibidor usando amplificación Raman híbrida o distribuida. En particular, la amplificación Raman distribuida se puede lograr bombeando la fibra que compone la línea de transmisión con un oscilador Raman o un diodo de láser directamente. La luz de la bomba produce ganancia Raman para la señal usando la ganancia Raman inherente en la fibra de transmisión. Dado que la ganancia es inherente a la línea de transmisión, esta provee medios elegantes de mejora incluso de sistemas de fibra óptica existentes.

La potencia por canal puede ser reducida porque la amplificación Raman distribuida cancela o compensa la perdida en la fibra. Dicho de otro modo, la ganancia Raman distribuida tiene una cifra de ruido más eficaz que su amplificador discreto equivalente. La potencia del canal se puede bajar al punto que las no linealidades se vuelvan insignificantes. Por ejemplo, en un sistema de transmisión normal a una potencia de 0 dBm (1 mW) es usado a OC-48 o 2.5 Gb/s y 6 dBm (4 mW) a OC-192 o 10 Gb/s por canal. Con la adición de la amplificación distribuida, sistemas OC-192 han sido demostrados en el laboratorio con potencia por canal tan baja como -13 dBm (0.05 mW).

La amplificación Raman distribuida puede también ayudar en control de ganancia o fijación de nivel de ganancia, i.e., no es deseable tener el nivel de ganancia cambiada cuando los canales son añadidos o dejados, por ejemplo cuando son utilizados multiplexores ópticos añadir/dejar. Este problema de fijación de nivel de ganancia puede ser resuelto en gran medida mediante el uso de amplificación Raman distribuida debido a que la potencia por canal es reducida significativamente. La potencia mas baja asegura que va a haber ganancia insignificante o agotamiento de la bomba.... [Seguir leyendo]

1. Un aparato amplificador Raman de etapas múltiples, comprendiendo:

un primer amplificador Raman configurado para recibir una señal de al menos una longitud de onda viajando en una dirección ascendente en el primer amplificador Raman,

una primera fuente de bombeo acoplada al primer amplificador Raman produciendo un primer haz de bombeo en una dirección descendente que es contrapropagante respecto a la señal;

una segunda fuente de bombeo acoplada al primer amplificador Raman produciendo un segundo haz de bombeo que viaja en la dirección ascendente;

un segundo amplificador Raman acoplado al primer amplificador Raman y operable para recibir la señal del primer amplificador Raman, donde uno del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman distribuido y el otro del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman discreto; y

una tercera fuente de bombeo acoplada al segundo amplificador Raman produciendo un tercer haz de bombeo viajando en la dirección descendente.

2. El aparato de la reivindicación 1, donde el primer amplificador Raman comprende una fibra de ganancia Raman con un coeficiente de ganancia no lineal (8) de mas de 3 W^-1km^-1.

3. El aparato de la reivindicación 1 o 2, donde el segundo amplificador Raman comprende una fibra de ganancia Raman con un coeficiente de ganancia no lineal (8) de mas de 3 W^-1km^-1.

4. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, donde el segundo haz de bombeo bombea el primer haz de bombeo.

5. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, donde la segunda fuente de bombeo tiene un promedio relativo de intensidad de ruido de menos de -80 dB/Hz.

6. El aparato de la reivindicación 5, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 1-10 GHz es menor que -80 dB/Hz.

7. El aparato de la reivindicación 5, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 100 MHz a 1 GHz es menor que -90 dB/Hz.

8. El aparato de la reivindicación 5, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 0-100 MHz es menor que -100 dB/Hz.

9. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo adicionalmente:

una cuarta fuente de bombeo acoplado al segundo amplificador Raman produciendo un cuarto haz de bombeo que viaja en la dirección ascendente.

10. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, donde la tercera fuente de bombeo es la misma que la primera fuente de bombeo, el tercer haz de bombeo siendo un residuo del primer haz de bombeo saliendo a un extremo en sentido descendente del primer amplificador Raman.

11. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, donde el primer amplificador Raman es un pre-amplificador de bajo ruido y el segundo amplificador Raman es un amplificador de potencia.

12. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo adicionalmente:

un de bombeo acoplado al primer y segundo amplificador Raman.

13. El aparato según a una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo adicionalmente:

un primer aislador posicionado entre el primer y segundo amplificador Raman.

14. El aparato según la reivindicación 13, comprendiendo adicionalmente:

un shunt de bombeo acoplado al primer y segundo amplificador Raman; y

un segundo aislador acoplado al shunt de bombeo.

15. Un método de amplificación de señal óptica, comprendiendo:

recibir en un primer amplificador Raman una señal que tiene al menos una longitud de onda que viaja en una dirección ascendente en el primer amplificador Raman;

introducir al primer amplificador Raman un primer haz de bombeo que viaja en una dirección descendente que es contrapropagante respecto a la señal;

introducir al primer amplificador Raman un segundo haz de bombeo que viaja en una dirección ascendente;

recibir en un segundo amplificador Raman del primer amplificador Raman la señal que viaja en una dirección ascendente;

introducir al segundo amplificador Raman un tercer haz de bombeo que viaja en una dirección descendente; y

en el que uno del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman distribuido y el otro del primer amplificador Raman y el segundo amplificador Raman comprende un amplificador Raman discreto.

16. El método de la reivindicación 15, donde el segundo haz de bombeo bombea el primer haz de bombeo.

17. El método de la reivindicación 15 o 16, donde el segundo haz de bombeo es introducido al primer amplificador Raman por una fuente de bombeo comprendiendo un promedio relativo de intensidad de ruido de menos de -80 dB/Hz.

18. El método de la reivindicación 17, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 1-10 GHz es menor que -80 dB/Hz.

19. El método de la reivindicación 17, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 100 MHz a 1 GHz es menor que -90 dB/Hz.

20. El método de la reivindicación 17, donde el promedio relativo de intensidad de ruido de 0-100 MHz es menor que -1100 dB/Hz.

21. El método según una de las reivindicaciones 15 - 20, donde el primer amplificador Raman es un pre-amplificador de bajo ruido y el segundo amplificador Raman es un amplificador de potencia.

22. El método según una de las reivindicaciones 15 - 21, donde el tercer haz de bombeo es un residuo del primer haz de bombeo saliendo a un extremo en sentido descendente del primer amplificador Raman.

23. El método según una de las reivindicaciones 15-22, donde el segundo haz de bombeo es de una categoría n-1 y el primer y tercer haz de bombeo son de una categoría n.

24. El método según una de las reivindicaciones 15-23, comprendiendo adicionalmente:

introducir al segundo amplificador Raman un cuarto haz de bombeo viajando en una dirección ascendente.

25. El método según la reivindicación 22, comprendiendo adicionalmente:

acoplar un aislador al segundo amplificador Raman con el fin de pasar al mismo el tercer haz de bombeo.

26. El método según a una de las reivindicaciones 15-25, comprendiendo adicionalmente:

acoplar un shunt de bombeo al primer y segundo amplificador Raman.

27. El método según la reivindicación 26, comprendiendo adicionalmente:

acopiar un aislador al shunt de bombeo.

28. El método según a una de las reivindicaciones 15-27, comprendiendo adicionalmente:

acoplar un aislador entre el primer y segundo amplificador Raman.