[發明專利]光放大器的快速增益控制

無效

• 申請號: 00124286.5
• 申請日: 2000-08-23
• 公開（公告）號: CN1286413A
• 公開（公告）日: 2001-03-07
• 發明（設計）人: 馬施爾斯·理查德·福爾納;桂杜·赫曼·罕茲克;波恩德·泰齊曼;戴特·沃那;周建會
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 蔣世迅

本發明一般涉及光波通信系統，更具體說，是涉及用于這類光波通信系統的光放大器的增益控制。

為滿足今日網絡對更寬帶寬和更高數據速率的日益增長的需求，波分復用(WDM)被廣泛用于遠程光傳輸系統，并準備用在短程應用上，例如城市區域網絡等等。眾所周知，WDM把許多不同波長的光信道組合成一個復合光信號，同時在單根光纖上傳送。

在光波通信系統中，光放大器常常被用作在線放大器，以提升信號電平，補償傳輸路徑上的損耗，用作增加發射機功率的功率放大器，和用作接收機前提升信號電平的預放大器。在WDM系統中，光放大器特別有用，因為它們能夠同時放大許多光信道。WDM系統主要采用摻稀土元素的光纖光放大器，例如摻鉺光纖放大器，雖然這類系統也可以用別的光放大器，如半導體光放大器。

在有光放大的WDM系統中，WDM信號中信號功率的漂移，能夠成為嚴重的問題。光信道的插入或分出，網絡的再組合，失效或失效后的重新恢復，諸如此類，都可能引發信號功率的漂移。此后在本文中，存活光信道，是指在分/插之后依然存在于WDM信號中的那些光信道。例如，WDM信號中個別信道的插入或分出，可能引起輸入功率的變化，這一變化又在存活光信道中引起功率電平增益的變化和起伏。換種說法，因為光放大器的輸出功率并不隨輸入功率的變化而變化，所以每個存活光信道的光功率要發生起伏。以不加控制的光放大器為例，當WDM信號中8個信道中的4個被分出時，為保持飽和的放大器輸出功率不變，每個存活信道中的功率將增加至其原先信道功率的兩倍。每信道上這一增加的增益和每信道上這一增加的功率，能夠導致傳輸的穩定化問題，如果功率的變化超出接收機檢測裝置的動態范圍，則導致難以接受的誤碼率退化，還有其他與功率有關的問題。例如，當有信道分出時，存活信道可能出錯，因為存活信道的功率可能超出非線性效應閾值，如Brillouin散射的閾值。當有信道插入，導致光信噪比(OSNR)下降時，存活信道也會出錯，如果接收機上存活信道的功率被壓低至靈敏度閾值以下，那么會導致更為嚴重的損傷。

此外，在現有控制方案中，因為光放大器的增益控制響應輸入功率變化不夠快，在光放大器的總輸出功率中可能出現功率的尖峰。在不加控制的光放大器的總輸出功率中，同樣也出現功率的尖峰。這些功率尖峰能夠廣泛地影響系統性能，如，使誤碼率性能退化，若功率電平超過閾值則破壞接收機部件，等等。可以預料，輸入功率的變化及導致的增益起伏，對有大量插入與分出業務的系統，如城市區域網絡，采用波長分/插復用或光交叉連接的系統，以及對諸如此類的系統，是特別成問題的。

已經提出了許多不同的增益控制方案，控制信號功率的漂移或瞬變。一些增益控制方案采用反饋回路，它根據對光放大器輸出總功率的測量，控制向光放大器提供的泵浦功率總量。但是，這種增益控制方法，對響應光放大器輸入功率的突然變化，速度不夠快。同樣，有人建議用低頻控制環路進行前饋補償和以軟件為基礎的增益控制方案。在所有各種方案中，還沒看到一種增益控制方案，它有足夠快的響應時間，能限制作為輸入功率變化的函數的存活信道功率漂移。增益箝位是另一種眾所周知的技術，但對泵浦功率用增益箝位光放大器是無效的，這也是眾所周知的問題。

在有由多個光信道組成的WDM信號的光放大波分復用(WDM)系統中，盡管光放大器上輸入功率有變化，例如個別光信道插入WDM信號和從WDM信號中分出，但各個光信道的每信道增益能保持相對恒定。更具體說，在前饋監控路徑上測量光輸入功率的變化，把送至光放大器的泵浦功率總量，作為被測量的光輸入功率變化的函數，按基于前饋的控制方案加以控制，從而控制光放大器的增益。按照與被測量的光放大器輸入功率成某種比例關系，調節實現增益控制的泵浦功率總量。在一個示例性的實施例中，通過直接響應輸入功率的變化來控制泵浦功率，能夠從檢測出輸入功率變化的時間起，在亞微秒的時間尺度內，控制光放大器的增益。于是，在輸入功率的變化到達光放大器的增益介質之前，就能夠完成增益控制。而且，盡管光放大器的輸入功率有變化，通過維持放大的WDM信號中每信道增益的恒定，大大減少了WDM信號中存活光信道的功率漂移，即光放大器輸出的那些信道的功率漂移。