專利名稱：光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)定，特別是均衡或平坦化頻率依賴增益的方法和器件，其中所述的頻率依賴增益是由WDM系統(tǒng)中所用的光放大器(如拉曼光放大器)的偏振偏移引起的。
背景技術(shù)：
近年來，對(duì)光纖系統(tǒng)信息容量不斷增長(zhǎng)的需求已經(jīng)使電信制造商開發(fā)出特別用于波分復(fù)用(WDM)的方法和器件。對(duì)于這些系統(tǒng)，信號(hào)信息在不同光信道上進(jìn)行傳輸。信號(hào)信息可以包含多個(gè)邏輯信號(hào)信道，每個(gè)信號(hào)信道可以依次包括時(shí)分多路復(fù)用(TDM)和空分多路復(fù)用(SDM)分量，空分多路復(fù)用(SDM)指的是在邏輯信道中不同部分的消息使用相互獨(dú)立的光纖進(jìn)行傳輸。
對(duì)于大多數(shù)的電信光纖系統(tǒng)來說，優(yōu)選的波長(zhǎng)位于光譜的紅外部分，約1500nm附近，這主要是由于在該區(qū)域內(nèi)使用光纖傳輸信號(hào)時(shí)的衰減很低，而且信號(hào)的脈沖展寬也很低，同時(shí)也因?yàn)榭梢岳煤线m的光源和探測(cè)器。特別是對(duì)于WDM，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以使用多種類型的光放大器。為了在接收器端獲得足夠的信噪比，這些放大器是必需的，因?yàn)槊總€(gè)波長(zhǎng)信道僅攜帶光纖中傳播的光總功率的很小一部分，因此每個(gè)波長(zhǎng)信道就需要被放大來補(bǔ)償光纖鏈路中的光損耗。
光放大器的設(shè)計(jì)是多種多樣的。對(duì)于電信應(yīng)用來說，最主要的光放大器包括摻鉺光纖放大器(EDFA)，半導(dǎo)體光放大器(SOA)，拉曼放大器(RA)，以及光參數(shù)放大器(OPA)。這些放大器分別具有特定的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
拉曼放大器由于具有一些重要的性質(zhì)而受到特別關(guān)注。這種放大器與上述其它放大器的不同在于它的增益分布在所用光纖(拉曼光纖)的給定長(zhǎng)度上。拉曼光纖可以與普通的傳輸光纖串聯(lián)連接，優(yōu)選地靠近傳輸光源。通過泵浦來自至少一個(gè)單獨(dú)泵浦光源的泵浦光來傳遞放大所需的能量。拉曼增益的最大值和形狀取決于泵浦光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)，而不是取決于光纖本身。通常，使用例如光纖耦合器件在拉曼光纖的輸入端附近注入泵浦功率。為了獲得拉曼增益的希望的形狀，可以平行地注入來自幾個(gè)不同泵浦光源并且具有不同波長(zhǎng)的泵浦光，參見已公開的國(guó)際專利申請(qǐng)WO 00/49721。但采用這種泵浦方法的一個(gè)問題是在不同的波長(zhǎng)作用之間會(huì)發(fā)生非線性相互作用。同時(shí)，對(duì)于多個(gè)泵浦光源需要和復(fù)雜控制也使得這種放大器比較復(fù)雜并且很昂貴。
發(fā)明概述本發(fā)明目的是提供一種設(shè)定，特別是平坦化光放大器(例如拉曼放大器)的增益的方法，并且特別地提供一種減少用于WDM系統(tǒng)中光放大器的波長(zhǎng)依賴性的方法。
通過以適當(dāng)?shù)姆绞皆赪DM系統(tǒng)的輸入端控制各個(gè)信道的光偏振狀態(tài)以給出希望的增益曲線，從而達(dá)到上述目的。這就允許使用一個(gè)僅提供一個(gè)波長(zhǎng)光的單個(gè)泵浦源，來取代多個(gè)提供根據(jù)它的功率來控制的不同波長(zhǎng)光的泵浦光源，或一個(gè)根據(jù)振幅進(jìn)行分別控制每個(gè)波長(zhǎng)的光的多波長(zhǎng)泵浦源。單波長(zhǎng)泵浦源的使用是有利的，因?yàn)楹芏嗖煌谋闷植ㄩL(zhǎng)可能在泵浦作用之間產(chǎn)生非線性的相互作用?？刂戚斎肫駹顟B(tài)的方法也使光放大器由此獲得希望的增益魯棒性并且較為簡(jiǎn)單。由于只需要單個(gè)泵浦光源，因而放大器也具有相對(duì)較低的成本。
利用對(duì)輸入偏振狀態(tài)的控制，增益就能夠得以控制，從而具有在最大和最小的形狀之內(nèi)的任何預(yù)定的形狀。這樣，可為其中連接了光放大器的整個(gè)光鏈路補(bǔ)償例如由于偏振依賴損耗而引起的增益傾斜。
附圖的簡(jiǎn)要說明參照所附的附圖，本發(fā)明的實(shí)施例將借助于示例來描述，其中

圖1是拉曼放大器的示意圖，圖2是示出1555nm波長(zhǎng)附近的最大(實(shí)線)和最小(虛線)的拉曼增益輪廓圖，圖3是示出拉曼增益在32nm帶寬上平坦化視圖，以及圖4是示出在最大和最小增益內(nèi)對(duì)拉曼增益進(jìn)行的有源控制的變化圖。
詳細(xì)說明在下面的描述中，拉曼放大器被用作本發(fā)明的方法可用的放大器的一個(gè)典型例子。對(duì)于其它那些具有相似特性的放大器，包括取決于不同放大信道偏振狀態(tài)的增益的放大器，顯然可以使用相同的方法。
圖1是示出連接在WDM系統(tǒng)輸入端處、一種可進(jìn)行有源控制的拉曼放大器1的示意圖。多個(gè)輸入光纖2中的每一個(gè)都攜帶單波長(zhǎng)信道的光信號(hào)，連接到WDM復(fù)用器(MUX)3的輸入端。進(jìn)入復(fù)用器3的每個(gè)波長(zhǎng)信道光由偏振控制單元4根據(jù)它的光偏振狀態(tài)來進(jìn)行控制。WDM MUX3的輸出端連接到拉曼光纖5。兩個(gè)光耦合器連接在拉曼光纖5上，一個(gè)光耦合器6a靠近拉曼光纖5的輸入端7a，一個(gè)光耦合器6b靠近其輸出端7b。典型地，這種耦合器包含兩個(gè)熔融一起的光纖。光泵浦源8連接到輸入端耦合器6a的輸入端之一9a，從而注入單波長(zhǎng)光。多波長(zhǎng)泵浦源是不必要的，因?yàn)榭赏ㄟ^使用多個(gè)偏振器4來獲得該系統(tǒng)的相應(yīng)整體效應(yīng)，這在下文中將要說明。在輸出端耦合器6b處，輸出端之一9b連接到一個(gè)信道功率監(jiān)視器10上，該監(jiān)視器10包括一個(gè)光傳感器元件陣列，每個(gè)傳感器元件測(cè)量特定信道波長(zhǎng)的功率，然后每個(gè)元件接收的功率被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。在模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，由電子控制單元11進(jìn)一步處理每個(gè)信號(hào)，該電子控制單元11提供反饋的控制信號(hào)，從而控制在泵浦信號(hào)的偏振與偏振器4的光偏振相互垂直的情況下獲得的陣列中的每個(gè)元件，以及在平行的情況下獲得的陣列中的每個(gè)元件。
現(xiàn)在，借助于圖2-4的示意性圖表來說明一種控制偏振器4的方法，以獲得預(yù)定的增益曲線，例如在拉曼光纖輸出端獲得增益平坦。因此，圖2的虛線曲線示出的是在波長(zhǎng)帶寬位于約1555nm中心波長(zhǎng)附近的一般情況下，對(duì)于傳播穿過拉曼光纖并被泵浦光源的光放大的光，作為經(jīng)過放大的光的波長(zhǎng)函數(shù)的最小增益，而實(shí)線曲線示出的是最大增益。在實(shí)際情況下，由于拉曼光纖統(tǒng)計(jì)上的變化特性，增益會(huì)位于這些曲線之間的某些位置。因此，可以一般地看出，在拉曼光纖輸出端7b處測(cè)量的增益取決于放大的光的波長(zhǎng)。同時(shí)，增益還取決于在拉曼光纖中被放大的輸入光的功率和偏振態(tài)。
在圖3的示意圖中，由水平實(shí)線說明在拉曼光纖中的平坦化增益的最佳值，該值等于最小增益曲線的峰值。對(duì)此增益值，能獲得32nm的最大平坦化帶寬。這種情況可以通過對(duì)信道偏振器4進(jìn)行單獨(dú)地、適當(dāng)?shù)乜刂苼慝@得。
如圖4所示，可以進(jìn)行平坦化控制概念的擴(kuò)展。這里，具有不規(guī)則形狀的粗中線示出拉曼光纖中增益的一些希望形狀，該粗中線位于最大和最小增益曲線之間。通過單獨(dú)地、適當(dāng)?shù)乜刂菩诺榔衿?，實(shí)際上可以在約束條件下獲得作為波長(zhǎng)函數(shù)的增益的任何形狀。特別地，這包括具有比圖3更高增益但更小帶寬的平坦化增益形狀。另一種可能性是補(bǔ)償由波長(zhǎng)依賴偏振損耗而引起的增益傾斜，例如在連接到拉曼光纖輸出端7b的光鏈路上的波長(zhǎng)依賴偏振損耗。此外，結(jié)合在DCF類型光纖中的色散補(bǔ)償，此處描述的以波長(zhǎng)來調(diào)節(jié)拉曼放大器的增益的方法將很有用處。
由控制單元11執(zhí)行的一般控制方案可如下所示?？刂茊卧?1發(fā)送控制信號(hào)至偏振器4，用于調(diào)節(jié)信道中光的偏振。從光傳感器10的各個(gè)元件輸出、表示信道中功率的信號(hào)與信道中希望的增益進(jìn)行比較，同時(shí)以很小的增量來調(diào)節(jié)偏振器4陣列的相應(yīng)元件。當(dāng)對(duì)于一個(gè)信道已經(jīng)達(dá)到希望的增益時(shí)，停止為此信道而調(diào)節(jié)偏振器。
借助于控制單元11設(shè)定如圖3中實(shí)線所示的平坦化增益的控制方案可如下所示。第一個(gè)任務(wù)是找出類似于圖3所示的最小曲線。從而，控制單元11發(fā)送控制信號(hào)至偏振器4，用于調(diào)節(jié)信道中光的偏振，以獲得每個(gè)信道的最小增益值，即，用于改變各個(gè)輸入信號(hào)的偏振狀態(tài)的信道的最小功率電平。因而，從光傳感器10各個(gè)元件輸出的、表示信道中功率的信號(hào)被估算和存儲(chǔ)，同時(shí)以很小的增量來調(diào)節(jié)偏振器4陣列的相應(yīng)元件。當(dāng)以一個(gè)增量沿著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)偏振時(shí)，如果功率增加，則在下一個(gè)試驗(yàn)中，通過相同的步驟但以相反的方向旋轉(zhuǎn)偏振，從而產(chǎn)生具有一個(gè)值的控制信號(hào)。另一方面，如果功率減少，則當(dāng)改變偏振狀態(tài)時(shí)保持旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)于每個(gè)信道重復(fù)這一過程，直到達(dá)到這樣一種狀態(tài)在任一方向的偏振調(diào)節(jié)不再引起變化或使增益增加。功率的最小值可由來自信道傳感器10相應(yīng)的元件的實(shí)際信號(hào)表示。于是，估算表示對(duì)于所有WDM信道的放大的光的最小功率電平的不同存儲(chǔ)值，并確定最大值或峰值和從中獲得該值的波長(zhǎng)信道。
下一個(gè)任務(wù)是調(diào)節(jié)WDM信道中的增益，或更具體地，調(diào)節(jié)在拉曼光纖5的輸出端處觀測(cè)到的功率電平，將其調(diào)節(jié)到為盡可能多的信道確定的峰值電平，這是一個(gè)增益平坦化過程。然后，可以再一次估算檢測(cè)到的功率電平的存儲(chǔ)值，對(duì)于一些信道，可如存儲(chǔ)的值所指示的那樣直接設(shè)定正確的偏振狀態(tài)，以獲得等于所確定的峰值的增益。對(duì)于其他信道，調(diào)節(jié)方法繼續(xù)進(jìn)行，即估算表示從光傳感器10各個(gè)元件輸出的光功率的信號(hào)，同時(shí)又以小增量來調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏振器元件4，直到確定的峰值和讀取的功率電平間的絕對(duì)差達(dá)到最小。如果在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)偏振的絕對(duì)差增加，則下一個(gè)旋轉(zhuǎn)增量的方向改變，而如果該差值減小時(shí)，則在改變偏振狀態(tài)時(shí)保持該方向。這一過程繼續(xù)進(jìn)行，直到觀測(cè)到功率差的絕對(duì)值不再變化，或直到對(duì)于任一方向旋轉(zhuǎn)偏振狀態(tài)的絕對(duì)值增加。
在每個(gè)WDM信道輸入處應(yīng)用單個(gè)偏振器4并使用單波長(zhǎng)泵浦源8，這樣的方法對(duì)于拉曼增益輪廓的影響與使用多波長(zhǎng)泵浦源相同，其中根據(jù)每個(gè)譜線的偏振和振幅來控制每個(gè)譜線的貢獻(xiàn)。使用單波長(zhǎng)泵浦源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以避免不同譜線間的非線性相互作用。
如已經(jīng)提到的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很清楚，這里描述的包括控制輸入到光放大器的不同波長(zhǎng)信道的偏振狀態(tài)的方法可用于任何光放大器，每個(gè)波長(zhǎng)信道光的該光放大器的增益取決于各個(gè)信道的光的光偏振狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于設(shè)定光放大器中的波長(zhǎng)依賴增益的方法，其中該光放大器用于放大多個(gè)WDM信道的光，用于放大每一個(gè)WDM信道的光的光放大器的增益取決于該WDM信道的光的光偏振狀態(tài)，其特征在于，控制(4)輸入(2)至該光放大器的單獨(dú)WDM信道的光偏振。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，根據(jù)在光放大器輸出端處的每個(gè)所述單獨(dú)WDM信道的光功率(10)來對(duì)光偏振進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟測(cè)量在光放大器輸出端處的每個(gè)所述單獨(dú)WDM信道的光功率的值，并使用測(cè)得的值來設(shè)定輸入至光放大器的相應(yīng)的單獨(dú)WDM信道的光偏振。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，設(shè)定輸入至光放大器的WDM信道的光偏振，從而獲得與預(yù)定增益曲線相同的光放大器的增益曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，設(shè)定輸入至光放大器的WDM信道的光偏振，從而獲得與包括多個(gè)波長(zhǎng)相鄰的WDM信道的波段內(nèi)的平坦增益曲線相同的光放大器的增益曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，測(cè)量和使用測(cè)得值的步驟包括以下子步驟在系統(tǒng)輸入端改變不同信道的偏振，并估算相應(yīng)的測(cè)量值，為每個(gè)不同信道確定最小光輸出功率，確定為這些信道確定的最小輸出功率的峰值，以及設(shè)定這些信道的偏振，以便使測(cè)得的輸出功率距離該峰值的偏移盡可能小。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，測(cè)量和使用測(cè)得的值的步驟包括在系統(tǒng)輸入端遞增地或連續(xù)地改變不同信道的偏振，并且估算相應(yīng)的測(cè)得值，以及最終設(shè)定信道的偏振，從而使測(cè)得的輸出功率電平距離希望的功率電平的偏移盡可能小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，光放大器包括含有拉曼光纖(5)的拉曼放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中拉曼放大器包括一個(gè)將泵浦光注入拉曼光纖(5)的泵浦光源(8)，其特征在于，注入單波長(zhǎng)的泵浦光。
10.一種光鏈路，包括一個(gè)用于放大多個(gè)WDM信道的光的光放大器，用于放大每一個(gè)WDM信道的光的光放大器的增益取決于WDM信道的光的光偏振狀態(tài)，一個(gè)功率源連接至光放大器以提供實(shí)現(xiàn)放大所需的功率，其特征在于，一個(gè)具有多個(gè)光輸入端的光多路復(fù)用器(3)，用于接收不同波長(zhǎng)信道的光，并將接收到的光組合成發(fā)向光放大器的組合光信號(hào)，連接至輸入端的光偏振器(4)，用于控制波長(zhǎng)信道的光的偏振狀態(tài)，以及一個(gè)在輸入端連接至偏振器的控制單元(11)，用于控制由光放大器放大的波長(zhǎng)信道的光的增益。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光鏈路，其特征在于，光放大器包括一個(gè)有源光纖(5)，該功率源包括一個(gè)被連接用于將泵浦光注入有源光纖的光泵浦源(8)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光鏈路，其特征在于，有源光纖包括拉曼光纖(5)以形成拉曼放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的光鏈路，其特征在于，光泵浦源提供單波長(zhǎng)的泵浦光。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13任一權(quán)利要求的光鏈路，其特征在于，在光放大器的輸出端處連接一個(gè)光傳感器(10)陣列，測(cè)量每一個(gè)波長(zhǎng)信道的光輸出功率，并向控制單元(11)提供表示測(cè)得的輸出功率的信號(hào)。
全文摘要
為了設(shè)定連接在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的光放大器，例如拉曼放大器(1)的光增益，使放大器的增益取決于連接至WDM復(fù)用器(3)的各個(gè)輸入端的光偏振器(4)的狀態(tài)。偏振器可以由一個(gè)器件(10)進(jìn)行有源的控制，該器件被連接用以檢測(cè)拉曼光纖(5)在不同波長(zhǎng)上的輸出功率。對(duì)于一個(gè)合適的控制，可以給出光增益的任何希望的形狀，例如一個(gè)比較好的平坦性。對(duì)于WDM信道的偏振狀態(tài)的控制允許使用放大器的一個(gè)單波長(zhǎng)泵浦光源(8)，而不是通常使用的多波長(zhǎng)光源。
文檔編號(hào)H04B10/291GK1543720SQ01823539
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者S·波波夫, S 波波夫, E·瓦寧 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司