[發明專利]多級光放大器的增益波動補償

有效

• 申請號: 200580037708.3
• 申請日: 2005-10-12
• 公開（公告）號: CN101053187A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: L·拉普
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H04B10/17
• 分類號: H04B10/17;H01S3/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉春元;魏軍

技術領域

本發明涉及一種用于補償多級光放大器的增益波動的方法，以及一種相應設置的光放大器。

背景技術

在光傳輸技術領域，采用光放大器來放大在光網絡中傳輸的光信號。光信號大多在光纖中多次經過幾百公里的長線路，并在該情形下被衰減。因此需要在經長線路傳輸之后放大光信號。

圖1示出了典型的光傳輸線路或傳輸網的一部分的示意圖，其具有發送器1(TX)和接收器9(RX)以及兩個放大器3。由發送器1發出的光信號在此經過光纖2的多個段到達接收器9，并分別在預定的線路之后由放大器3進行放大或刷新。

這種光線路和網絡經常利用波長復用技術(WDM技術)，其中多個信道(通常為40或80)同時在光纖2中被傳輸。這里，信息被調制到例如具有10Gbps的相應信道的載波波長上。另外，WDM技術提供了直接通過光通路連接分布式布置的發送器和接收器的可能性，而無需在節點位置進行光電轉換。

一種已知類型的光放大器利用摻雜鉺的光纖工作，在該光纖中耦合輸入光泵(例如激光二極管)的光。這里，在該摻雜光纖中輸送的光信號通過光子的激勵發射被放大。除了鉺摻雜的光纖之外例如還使用放大器級(其光纖利用其它的稀土離子摻雜)、半導體放大器或拉曼放大器。

圖2示出了光放大器3的典型放大器級4，所述放大器使用鉺摻雜的光纖14。該放大器級另外還包括WDM耦合器10和光泵11，該光泵的光線通過WDM耦合器10被耦合輸入到摻雜光纖14中。在光纖2中輸送的WDM信號(例如由80個信道組成)在摻雜光纖14中通過自激發射被放大。放大器增益取決于泵11的泵功率，并由控制設備(未示出)根據要求被調整。

通過接通和關斷或耦合輸入和輸出在光纖2上傳輸的WDM信號的各個信道，在放大器3的輸入上產生功率跳變。泵11的泵功率必須快速地與不同的輸入功率相匹配。否則放大器增益(被定義為輸出功率/輸入功率)會變化，且輸出功率過比例地增加或降低，由此可能在接收器4上產生比特差錯。尤其在多級的放大器中，各個級的增益偏差可能累積，使得可能特別容易產生比特差錯。在研制光放大器時的關鍵點因此在于：即便在放大器輸入上有大的功率跳變時也保持盡可能恒定的放大器增益。

現有技術公開了全系列的方法用來在輸入功率變化時使放大器增益基本保持不變。一種已知的方法例如測量輸入功率的變化，并據此計算一個新的泵功率，然后立即在泵上調定該泵功率。這里的難度首先在于，需要正確地計算新的泵功率以便使放大器增益基本保持不變。泵功率不僅依賴于放大器的輸入功率，而且還依賴于在切換過程之后的其余信道的波長和其它的影響量。因此，單單根據輸入上的功率變化計算需要重新調定的泵功率是較為不準確的。

其它已知的方法是在一個閉合調節回路中調節放大器增益或放大器輸出功率，其中光泵形成調節器的調節裝置。在調節器的起振時間內，這里也產生放大器增益的不理想的瞬變，它可能導致傳輸差錯。

但即便在泵功率與變化的輸入功率最佳匹配的情況下(也即泵功率在一個步驟中被變更為正確值)，也會在切換過程之后產生放大器增益的波動(超調或欠調)。這種波動是基于光纖14的摻雜元素的存儲器作用。通過光泵，摻雜元素(如：鉺)的電子首先被提高到第一較高能級，再從該能級在一個不輻射的躍遷中下降到第二較低的能級。輻射躍遷于是只有從第二能級到第三能級才發生。在泵功率跳變式地下降時，在該第一能級上總是還存在許多電子，這些電子于是在以后有助于(違背本意的)暫時提高信號功率或放大器增益。這種提高可以作為輸出功率或放大器增益中的超調被識別出，這種超調尤其在多級放大器的情況下通過累積而可能導致接收器上的比特差錯。

圖3示出了在切換過程之后在放大器級4的輸出信號P_sig，out和增益G中的超調23。這里，上部圖形示出了例如具有80個信道的光信號的總輸入功率P_sig，in的曲線，該光信號被施加在放大器級的輸入端。在80個信道中例如有40個信道在放大器之前被耦合輸出，由此輸入端上的功率跳變式地下降。功率跳變20在時刻t₀被施加到放大器級4的輸入端。

第二圖形示出了泵功率P_p的曲線。如所看到的，泵功率P_p在時刻t₀之后馬上響應于功率跳變20而同樣跳變式地下降。第三圖形示出了放大器級的輸出功率P_sig，out，其同樣大約在時刻t₀具有跳變22。最下邊的圖形示出了放大器級4的同樣包含有超調23的增益G。(在接通信道時可能產生相應的超調)。