專利名稱：可調(diào)多態(tài)波分多路復用拉曼泵計算機程序產(chǎn)品、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)的多態(tài)波分多路復用拉曼泵、放大器、一系統(tǒng)、方法、以及用于控制它們的計算機程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著信息爆炸時代的來臨，光通信系統(tǒng)需要更大的數(shù)據(jù)傳輸量。通常，光通信系統(tǒng)利用單光波長來在單光纖上(例如1310nm或1550nm)傳輸數(shù)據(jù)。我們希望有這些波長上的信號，因為它們減少了光纖的光吸收性能。然而，為了增加這些單光纖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸容量，必須增加位于傳輸路線上的光纖數(shù)目，這極大地增加了光纖網(wǎng)絡的成本。
為了緩和該問題，諸如密集波分復用(DWDM)光通信系統(tǒng)這樣的波分復用(WDM)光通信系統(tǒng)是合乎需要的。在WDM系統(tǒng)中，通過單光纖對具有不同波長的多個光信號進行傳送。
光纖通信系統(tǒng)將光信號傳送要經(jīng)過相當大的距離。由于吸收和衰減，光信號的信號強度在該距離內(nèi)有所衰減。如果預定量的信號強度未維持在背景噪聲之上(或其他噪聲源)，那么削弱的信號強度最終會導致信號接收的降低。使用放大器以便預定量的信號強度維持在背景噪聲的左右。通常，存在兩種方法來放大光信號第一種方法是利用電繼電器，該繼電器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號、對電信號進行放大、并將已放大的電信號轉(zhuǎn)換回光信號以進一步沿著光纖來傳輸；第二種方法是放大光信號本身。被用于根據(jù)第二種方法來對光信號進行放大的兩類放大器是諸如摻鉺光纖放大器(EDFA)這樣的摻稀土光纖放大器以及拉曼放大器。
EDFAs當前被最廣泛的用于WDM系統(tǒng)的光放大器，且被有效而可靠的用于對WDM信號進行光放大。然而，EDFAs具有其范圍受到限制的一放大帶寬，并且產(chǎn)生了隨增益曲線而變的波長。由于不同數(shù)量的增益被提供給各種WDM頻道，因此根據(jù)頻道的波長，對于WDM而言不希望有EDFAs的這兩個特性。為了抵消該效果，使用增益平滑濾波器以便整個通信帶寬獲得均勻或平滑增益曲線(具有小于1dB的增益偏值)。增益平滑濾波器被設計成具有一個損耗曲線，該損耗曲線具有與增益曲線形狀相反的一形狀。然而，增益平滑濾波器限于一特定的增益曲線，且不能被動態(tài)的調(diào)節(jié)以補償EDFA增益幅度的變化。因此，當EDFA的增益變化了，或者如果由于諸如增加了更多的WDM信號而使通信網(wǎng)絡的屬性變化了，則不能保持平滑的增益曲線。此外，增益平滑濾波器減少了輸入到光纖中的總功率數(shù)。
拉曼放大器利用光纖內(nèi)的被稱為光的受激拉曼散射的現(xiàn)象來實現(xiàn)特定波長帶寬上的增益。非彈性散射處理產(chǎn)生了光頻聲子和一起傳播的斯托克司波，該種光的激光頻段被與光頻聲子頻率等值的量所降低(即保持了總能量)。在石英光纖中，在激光頻率之下大約13THz處出現(xiàn)了SRS增益的峰值(或者相反，在比被泵送入光纖的光波長大約長100nm的波長處)。因為拉曼放大是散射處理，而與任意一種特定材料的共振性質(zhì)無關(guān)，因此在任意波長上可產(chǎn)生激光的拉曼增益頻譜。因此，改變激光的波長可改變其上的峰值增益被用于WDM信號的波長，因此對一些WDM信號進行放大以超過其他的。通過將幾個不同泵浦波長多路復用成同一個光纖，可在任意帶寬上產(chǎn)生適當?shù)钠交鲆骖l譜。因為拉曼放大器需要很大的泵浦功率以獲得與EDFA相同的增益，因此拉曼放大器主要是被用于位于EDFAs放大帶寬之外的信號波段中。
盡管拉曼放大器在較寬的波段上對信號進行放大，但是拉曼放大器的增益相對較小，因此最好是使用高輸出激光設備作為泵浦源。然而，增加單模(或頻率)泵浦源的輸出功率使其超出一定的門限值，這會造成受激布里淵散射并增加位于最大功率值處的噪聲。為了防止該問題，根據(jù)對本發(fā)明的理解，最好是使用多態(tài)激光以作為拉曼放大器中的泵浦源。多態(tài)激光具有多個振動縱模，每一個均可提供小于門限值的輸出功率，在該門限值處會出現(xiàn)受激布里淵散射。與在單波長上提供所有功率相反，多態(tài)激光可提供足夠量的輸出功率以實現(xiàn)分布在各個模式上的拉曼放大(例如，輸出光的波長)。
為了控制從泵浦源所發(fā)出的光的波長，因此，利用光纖光柵來確定哪一個信號的波長將被放大，這是為人所知的。光纖光柵有選擇的反射一定波長的光，這可使特定波長的激光束被輸出。為人所知的是光纖光柵包含在光纖的電纜芯線束內(nèi)，且與激光器設備本身相獨立。
在公開號為N0.6188705的美國專利申請中所描述的利用可調(diào)光纖光柵是光譜學的一個應用?？烧{(diào)光纖光柵被描述為與準單色光源相耦合以選擇從光源所輸出的光的單頻率。盡管光源可產(chǎn)生多態(tài)光，但是將可調(diào)光纖光柵配置成光源只輸出單頻率。如公開號為No.6188705的美國專利申請中所說明的，對于光譜學應用而言，如果不要求的話，強烈推薦單頻率操作，以便利用窄帶吸收線來檢測物質(zhì)(705專利，第1欄，第54-57行)。波長調(diào)諧機構(gòu)可通過諸如溫度改變、壓縮或通過應力應變來調(diào)節(jié)光纖光柵(705專利，第6欄，第14-42行)。
然而，本發(fā)明人認識到705專利中所描述的可調(diào)光纖光柵的單頻方面不適于用作拉曼放大器泵浦設備，因為如上所述，當在拉曼應用中使用多態(tài)泵浦源時，多態(tài)泵浦源優(yōu)于單頻泵浦源。
如2002年1月出版的Bruce，E.“可調(diào)激光”，IEEE頻譜，第35-39頁中所述的，存在多種其他類型的可用在WDM系統(tǒng)中的可調(diào)激光，盡管主要的應用是處產(chǎn)生一個特定頻率(或波長)的WDM信號。如本發(fā)明人所認識到的，因為可調(diào)激光中一個也不可用作拉曼泵浦源的操作，拉曼泵浦源可有意的輸出不止一個頻率的光，從文學的角度來說不清楚這些設備怎樣或是否適于用在多態(tài)應用中。
如公開號為No.6292288的美國專利申請中所述的，為了在更寬的波長范圍內(nèi)實現(xiàn)均勻的增益曲線，拉曼放大器包括多個泵浦激光器，集中在不同中心波長上的每一個均提供了具有預定譜寬的多態(tài)光。通過適當?shù)拈g隔具有預定光輸出能級的泵浦激光器的波長，可實現(xiàn)一混合增益曲線，該曲線在更寬的波長范圍內(nèi)是平滑的，因此可在更寬的波長范圍內(nèi)提供拉曼放大。
申請?zhí)枮镹o.09/775,632的美國專利申請描述了一個系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可控制拉曼放大的性能。如申請中所描述的，通過控制特定拉曼放大器的每一個激光器的輸出功率，可保持所希望的增益特性。此外，通過監(jiān)測并控制部分網(wǎng)絡，通過可使一個或多個拉曼放大器(或特定拉曼放大器的單個泵浦激光器)影響部分網(wǎng)絡的協(xié)同操作來控制那部分網(wǎng)絡的拉曼放大器性能。
圖1是傳統(tǒng)的拉曼放大器100的框圖。拉曼放大器100包括一放大器光纖(光纖)103、一WDM耦合器104、一泵浦設備107、一控制單元119、以及任意的偏振獨立隔離器102，105。拉曼放大器100與輸入光纖101以及輸出光纖106相連(或只是耦合)，輸入光纖101和輸出光纖106是諸如單模光纖(SMF)、彌散補償光纖(DCF)、彌散平滑光纖之類的光傳輸光纖。
拉曼放大器100通過通信鏈123與網(wǎng)絡122相連。網(wǎng)絡122還與其他放大器124、125以及路由設備控制器121相連。路由設備控制器121監(jiān)測拉曼放大器100以及其他放大器124，125的操作狀態(tài)。網(wǎng)絡122可以是專用無線網(wǎng)或有線網(wǎng)，或是諸如因特網(wǎng)或混合網(wǎng)這樣的公開訪問、部分專用以及部分公開訪問的其他網(wǎng)絡。當拉曼放大器100可進行自主操作時，它可接收與整個系統(tǒng)性能有關(guān)的附加信息，因此控制單元119可調(diào)節(jié)拉曼放大器100的放大性能以助于抵消對系統(tǒng)性能的任何不利影響，這可能是在附加信息中所描述的情況方面的變化所迫使的。例如，該附加信息可以是具有不同衰減特性的替換光纖被用于互連WDM系統(tǒng)中的兩個級聯(lián)拉曼放大器。在這種情況下，拉曼放大器100可設置新的“目標”放大器性能以便使所有WDM頻道的頻道特性標準化，盡管實際上是新的光纖可使一些頻道比其他頻道衰減的量要小。
泵浦設備107包括Fabry-Perot型半導體激光器109，110，111，112、波長穩(wěn)定光纖光柵113，114，115，116、偏振耦合器117，118、以及WDM耦合器108。半導體激光器109和110的中心波長以及光纖光柵113和114的光纖光柵波長具有相同的波長λ1，并且半導體激光器111和112的中心波長以及光纖光柵115和116的反射波長具有相同的波長λ2。通過波長穩(wěn)定光纖光柵113，114，115，116將半導體激光器109，110，111，112的中心波長分別穩(wěn)定到λ1和λ2。
偏振耦合器117，118將半導體激光器109，110，111，112所產(chǎn)生的多態(tài)光分別組合為各個中心波長λ1和λ2。從偏振耦合器117，118輸出的光由WDM耦合器108進行組合。偏振保持光纖126連接在半導體激光器109，110，111，112與偏振耦合器117，118之間以保持兩個不同的偏振面。這可確保輸入到拉曼放大器100中的信號被足夠的放大，而不管它在信號光纖101或放大光纖103中的方向。
該實施例中的泵浦設備107包括兩個泵，這兩個泵將具有兩個不同波長λ1和λ2的光提供給放大器光纖103(例如第一個泵可提供中心波長為的λ1光，第二個泵可提供中心波長為的λ2光)。另外，如US專利No.6292288中所述的，波長λ1和λ2間的波長間隔被選擇以在6nm到35nm的范圍內(nèi)，以便平滑增益曲線在包括有λ1和λ2的范圍內(nèi)。
從泵浦設備107輸出的光通過WDM耦合器104與放大器光纖103相耦合。光信號(例如WDM信號)通過輸入光纖101而入射到放大器光纖103上。在由被泵送到放大器光纖103中的光來激勵增益介質(zhì)之后，于是對光信號的信號電平進行放大，最終結(jié)果是光信號被拉曼放大。此外，拉曼放大的光信號通過WDM耦合器104并被傳送到控制單元119，其中已放大的部分光信號被分流以形成監(jiān)控信號(或者被抽樣的輸出信號)，同時大多數(shù)信號被輸出到輸出光纖106。
控制單元119包括一處理器以控制拉曼放大器的放大性能。該控制是基于被監(jiān)控的信號或是外部信源，例如從遠程設備控制器121所接收到的控制信號?？刂茊卧?19在總線120上產(chǎn)生了控制信號，該總線包括足夠數(shù)量的控制線，使得可控制驅(qū)動電流以及單個的半導體激光器109，110，111，112以實現(xiàn)相對于目標增益曲線(例如平滑放大曲線)而言的較小增益偏值。
與EDFAs相比較，例如，拉曼放大器是更復雜的設備，因為它們包括更多的激光二極管組件，并操作在由系統(tǒng)參數(shù)所決定的更寬帶寬上，且需要可在放大器帶寬上建立預定量的增益，而且符合網(wǎng)絡要求。如本發(fā)明人所認識到的，當環(huán)境或網(wǎng)絡要求變化時，控制器中的部分復雜度是很顯然的，該控制器可調(diào)節(jié)泵排量的程度。例如，泵浦組件的中心波長將發(fā)生變化以作為溫度的函數(shù)。中心波長的變化將會導致增益波形的變化，該增益波形的變化必須由控制器來檢測并被補償。然而，泵浦功率級的變化也會影響拉曼放大器的特性，因此最優(yōu)控制并不總是可能的，這又由于溫度促使激光的波長偏移。
同樣，系統(tǒng)要求的變化引起了這樣的情況，即必須改變放大器的放大帶寬(即變寬，或偏移到另一個頻帶)。當由于斷開泵或接通泵而產(chǎn)生這些變化以提供帶寬變化，這將導致更加昂貴的放大器，因為在放大器中需要更多的泵，雖然直到需要時才使用。同樣，一些泵可減少加班時間或故障?？墒褂脝伟鍌浼碚{(diào)節(jié)有關(guān)的可靠性，然而，如果單板備件上具有所有的泵，那么該解決方案的成本很高。
放大器內(nèi)的附加頻道是另一個可能的方案。在這樣的方案中，必須增加放大器的功率以避免泵耗盡。因為拉曼散射是非線性處理，不能簡單的通過增加激光泵浦功率來增加放大器增益，因為這樣做會改變分配在輸出波中的功率，這有可能會導致非平滑增益頻譜。另外，非線性增益特性可導致四波混頻分量，這可導致犧牲了信號與噪音比率要求的帶內(nèi)噪音激勵。如本發(fā)明人所認識到的，四波混頻分量是導致操作在特定泵浦中心波長的過高能級的輸入激光上。當發(fā)生這樣的情況時，位于中心波長的增益介質(zhì)實質(zhì)上是非線性的，并產(chǎn)生了不希望的假信號響應。假定多個泵操作在拉曼放大器的不同波長上，若不通過減少泵浦能級來檢測并控制四波混頻，那么難以控制四波混頻的風險。然而，如果減小泵浦能級導致了不夠充足的放大，按照下述方式通過重新配置泵浦波長來防止發(fā)生該問題，該方式即它們提供了具有足夠平滑性的足夠增益，并且它們的四波混頻分量被消除或位于帶外。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人已認識到傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)受限于它們的靈活性以及適用性。因此，本發(fā)明的一個目的就是提出了一可調(diào)的多態(tài)波分多路復用拉曼泵、放大器、一種系統(tǒng)、方法、以及用于控制它們的計算機程序產(chǎn)品，該發(fā)明解決了上述發(fā)現(xiàn)以及傳統(tǒng)系統(tǒng)的其他缺陷。
為了實現(xiàn)如上所述的拉曼放大器的平滑增益(或任意增益形狀，以便補償非平滑光纖衰減特性)，要仔細的選擇每個拉曼泵的波長以及功率能級。本發(fā)明已認識到，使人遺憾的是根據(jù)給定通信系統(tǒng)的特定特性，術(shù)語“平滑增益”意為不同的情況。例外，本發(fā)明人已認識到特定系統(tǒng)的要求將來會發(fā)生變化。例如，增加新頻道或?qū)⑵浣档偷讲煌牟ㄩL、比特率增加了、或不易于被替換的在線部件有故障。對于拉曼泵浦而言不存在適合所有的等同方法。本發(fā)明的發(fā)明人已認識到它有利于通過調(diào)節(jié)中心波長并設置每個拉曼泵的光輸出、通過控制器根據(jù)需要來改變增益曲線來重新配置拉曼泵組件。因此，本發(fā)明的另一個目的就是提供了可調(diào)的多態(tài)拉曼泵以及使用可調(diào)穩(wěn)定器光纖布拉格光柵的可調(diào)拉曼放大器以偏移反射頻寬。通過提供可調(diào)拉曼泵以及可調(diào)拉曼放大器，可構(gòu)造更加靈活的光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可被控制以調(diào)節(jié)網(wǎng)絡要求的變化或是調(diào)節(jié)由各種因素所引起的次優(yōu)性能。
為了實現(xiàn)這些和其他目的，本發(fā)明提出了一個可調(diào)多態(tài)WDM拉曼泵、放大器、控制系統(tǒng)、方法、以及用于控制多個多態(tài)泵的軟件，通過一控制單元可控制其光輸出和中心波長。將泵浦的波長和光輸出控制為預定的能級和/或波長，這可用一靈活的方法來拉曼放大WDM光信號，該信號通過作為拉曼增益介質(zhì)的光纖來傳播。控制單元可確保拉曼放大增益(例如拉曼放大帶寬上的預定放大器增益曲線，和/或放大波長跨度)被設置并被保持以符合系統(tǒng)要求。
控制單元監(jiān)測已放大的WDM信號，并隨后確定所監(jiān)測的已放大WDM信號是否在預定門限范圍內(nèi)，控制單元可主動的控制泵浦(通過調(diào)節(jié)至少一個光輸出以及中心波長)以便所所監(jiān)測的已放大WDM信號位于目標放大曲線的預定門限范圍內(nèi)。對各個泵浦的控制包括調(diào)節(jié)泵浦的輸出功率和/或由泵浦所提供的激光的輸出波長。
還可對控制單元進行配置以響應來自外部信源(例如中心控制器或其他信源)的控制信號，該控制單元指導拉曼放大器來創(chuàng)建新的目標放大曲線。該新的目標放大曲線例如是基于系統(tǒng)操作調(diào)節(jié)或系統(tǒng)要求的變化。
還可對控制單元進行配置以通過觀測具有比背景噪音更窄帶寬的帶內(nèi)噪音結(jié)果來監(jiān)測四波混頻的存在。當已監(jiān)測時，控制單元調(diào)節(jié)分布泵的中心波長以便“調(diào)整”信號帶外的窄帶噪音。
在本發(fā)明的一實施例中，可重新配置的拉曼泵組件包括一系列多路復用的波長可調(diào)激光二極管。通過均勻的偏移泵浦穩(wěn)定器FBG的反射帶寬可實現(xiàn)該調(diào)節(jié)，因此可減少與定制的設備有關(guān)的制造和庫存問題。
可重新配置的拉曼泵的一實施例包括一個具有光輸入的半導體激光二極管，該輸入與波導輸出光耦合在一起。光柵結(jié)構(gòu)是刻在波導管上的以便為二極管提供較小數(shù)量的反饋。光柵與調(diào)諧機構(gòu)相耦合，該調(diào)諧機構(gòu)可改變光柵周期(period)、或是光柵區(qū)域中波導的有交折射率、或是兩者。從光柵的反射反饋可造成激光二極管產(chǎn)生激光的譜線寬度(或是光輸出的帶寬)以與光柵的帶寬大致相同。當調(diào)節(jié)光柵時，其反射帶寬均勻偏移，結(jié)果是使激光二極管的多態(tài)輸出相應的均勻偏移，因此可實現(xiàn)可調(diào)的拉曼泵。
在本發(fā)明的上下文中對光柵的調(diào)節(jié)可通過例如熱效應或形變效果(壓縮或拉長)來實現(xiàn)。被稱為熱光效應的熱調(diào)諧是通過誘發(fā)而使波導的有交折射率發(fā)生變化來作用的。由于波導的熱膨脹而造成的光柵周期的變化是二次項效應，至少是基于硅的材料。形變調(diào)諧是通過改變由于光應力效果的有交折射率并引起光柵周期的較小變化來作用的。
本發(fā)明的另一個特征是光通信系統(tǒng)中的每一個拉曼放大器不需單獨操作，但是要按照網(wǎng)絡的形式與系統(tǒng)中的其他放大器一起操作。因為拉曼放大器是分布放大，所以本發(fā)明通過在相鄰的放大器間執(zhí)行偏移放大功能而采用該分布式效果，使得級聯(lián)式拉曼放大器可補償未預見到的部件操作或系統(tǒng)要求的變化。
按照簡略標題，上述概要并不是對本發(fā)明實施例的全部特征進行詳盡的討論。盡管不必對其進行詳盡的討論，在簡略標題為“優(yōu)選實施例的詳細描述”中對本發(fā)明的實施例和特征進行了更加完整的描述，并且一般來說涉及整個文件。


圖1給出了傳統(tǒng)的拉曼放大器的框圖；圖2根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了拉曼放大器的框圖；
圖3根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了可調(diào)激光二極管的高級示意圖；圖4根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了熱調(diào)諧光柵密封裝置的示意圖；圖5根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了形變調(diào)諧光柵密封裝置的示意圖；圖6根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了形變調(diào)諧光柵密封裝置這樣的設備；圖7根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了熱調(diào)諧光柵在不同調(diào)諧狀態(tài)的透射譜；圖8根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了具有穩(wěn)定器光柵的激光二極管輸出功率曲線圖，其中用加熱的方法將該穩(wěn)定器光柵調(diào)諧到不同的波長；圖9根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了形變調(diào)諧光柵在不同調(diào)諧狀態(tài)的透射譜；圖10根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了具有穩(wěn)定器光柵和不具有穩(wěn)定器光柵的激光二極管輸出功率曲線圖，其中可用形變的方法將該穩(wěn)定器光柵調(diào)諧到不同的波長；圖11根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了包括有多個多路復用可調(diào)激光二極管的放大器組件的示意圖；圖12根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了可放大40個頻道的3個二極管注入泵組件的仿真拉曼增益曲線圖；圖13根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了具有和不具有波長可調(diào)特性的可放大80個頻道的3個二極管注入泵組件的仿真拉曼增益曲線圖；圖14根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了維尼爾效果分布反饋激光器(DFB)的示意圖，該激光器包括一個半導體光放大器(SOA)增益介質(zhì)以及兩個偏移量采樣光柵，其中有一個采用光柵是可調(diào)的；圖15根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了兩個偏移量采樣光柵的反射光譜；圖16根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了拉曼放大器的控制單元的詳細框圖；圖17根據(jù)本發(fā)明給出了包含在控制單元中的部件的示意圖；圖18根據(jù)本發(fā)明給出了包含在控制單元中的其他部件的示意圖；圖19根據(jù)本發(fā)明給出了用于說明通過監(jiān)測輸入到拉曼放大器或從拉曼放大器輸出的光信號來控制拉曼放大器的輸出功率的示意圖；
圖20根據(jù)本發(fā)明給出了包含在控制單元中的計算機系統(tǒng)的示意圖；圖21根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了由控制單元所執(zhí)行的高級控制處理的流程圖；圖22根據(jù)本發(fā)明給出了拉曼放大器的控制操作的流程圖；圖23給出了用于說明光纖中光纖損耗的相關(guān)特性的圖表；圖24根據(jù)本發(fā)明給出了由控制單元所使用的光纖損耗數(shù)據(jù)表；圖25根據(jù)本發(fā)明給出了用于預測拉曼放大曲線的疊加原理的圖表；圖26A和26B根據(jù)本發(fā)明給出了基于疊加原理來設計泵浦設備的圖表；圖27給出了基于疊加原理和實際拉曼放大曲線的已被預測的拉曼放大曲線的圖表；圖28根據(jù)本發(fā)明給出了另一個泵浦設備的示意圖；圖29根據(jù)本發(fā)明給出了另一個拉曼放大器的示意圖；圖30給出了圖29中的泵浦設備的放大曲線圖；圖31給出了圖29中的泵浦設備總的放大曲線的放大圖；圖32給出了圖29中的泵浦設備的偏差的放大曲線圖；圖33給出了圖29中所示的泵浦設備總的放大曲線的放大圖；圖34根據(jù)本發(fā)明給出了又一個拉曼放大器的示意圖；圖35給出了圖34中的泵浦設備的放大曲線圖；圖36給出了圖35中所示的總的放大曲線的放大圖；圖37根據(jù)本發(fā)明給出了又一個拉曼放大器的示意圖；圖38給出了圖28中的泵浦設備的放大曲線圖；圖39給出了圖38中所示的總的放大曲線的放大圖；圖40根據(jù)本發(fā)明給出了又一個拉曼放大器的示意圖；圖41給出了一泵浦設備的放大曲線圖，該泵浦設備包括一組13個泵；圖42給出了圖41中所示的總的放大曲線的放大圖；圖43給出了圖41中的泵浦設備的偏差的放大曲線圖；圖44給出了圖43中所示的總的放大曲線的放大圖；
圖45根據(jù)本發(fā)明給出了另一個控制操作的流程圖；圖46根據(jù)本發(fā)明給出了級聯(lián)拉曼放大器以及相關(guān)控制單元的示意圖。
具體實施例方式
參考與隨后的附圖相關(guān)的下述詳細說明，很容易對本發(fā)明作出更加完整的理解并很容易獲得附帶的許多優(yōu)點。
下面參考附圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了拉曼放大器200的框圖。拉曼放大器200包括一放大器光纖(光纖)103、一WDM耦合器104、一泵浦設備201、一控制單元206、以及不是必須的偏振獨立隔離器102，105。拉曼放大器200與輸入光纖101以及輸出光纖106相連，輸入光纖102和輸出光纖106是諸如單模光纖、彌散補償光纖(DCF)、彌散平滑光纖之類的光傳輸光纖。輸入光纖102、放大光纖103以及輸出光纖106可以是相同的光纖。
拉曼放大器200通過通信鏈123與網(wǎng)絡122相連。網(wǎng)絡122還與其他放大器207、208以及路由設備控制器121相連。路由設備控制器121監(jiān)測拉曼放大器200以及其他放大器207，208的操作狀態(tài)。網(wǎng)絡122可以是專用無線網(wǎng)或有線網(wǎng)，或是諸如因特網(wǎng)或混合網(wǎng)這樣的公開訪問、部分專用以及部分公開訪問的其他網(wǎng)絡。當拉曼放大器200可進行自主操作時，它具有與整個系統(tǒng)性能有關(guān)的附加信息，因此控制單元206可調(diào)節(jié)拉曼放大器200的放大性能以助于抵消如情況變化所指示的對系統(tǒng)性能的任何不利影響，這可反映在附加信息中。例如，該附加信息可以是具有不同衰減特性的替換光纖被用于互連WDM系統(tǒng)中的兩個級聯(lián)拉曼放大器。在這種情況下，拉曼放大器200可采用新的“目標”放大器性能以便使所有WDM頻道的頻道特性標準化，盡管實際上是新的光纖可使一些頻道比其他頻道衰減的量要小。
泵浦設備201包括Fabry-Perot型半導體激光器202，203，204，205、可調(diào)波長穩(wěn)定光纖光柵209，210，211，212、偏振耦合器117，118、以及一WDM耦合器108?？烧{(diào)光纖光柵209，210被調(diào)節(jié)到具有相同的中心波長λ1，并且可調(diào)光纖光柵211，212被調(diào)節(jié)到具有相同的中心波長λ2。
從偏振耦合器117，118輸出的光由WDM耦合器108進行組合。偏振保持光纖126連接在半導體激光器202，203，204，205，可調(diào)光纖光柵209，210，211，212，以及偏振耦合器117，118之間以保持兩個不同的偏振面，因此這可確保輸入到拉曼放大器200中的信號被足夠的放大，而不管它在信號光纖101或放大光纖103中的方向。
該實施例中的泵浦設備201包括兩個泵，這兩個泵將具有兩個不同波長λ1和λ2的光提供給放大器光纖103。然而，因為泵浦設備201包括可調(diào)光纖光柵209，210，211，212，兩個波長λ1和λ2是可調(diào)節(jié)的，且不必不同。此外，不需預先設置半導體激光器以產(chǎn)生任意特定波長的光。在本發(fā)明的一個實施例中，將泵浦設備201配置成具有中心波長以及由用戶為特定應用所要求的光輸出。本發(fā)明的發(fā)明人已認識到通過提供“可配置區(qū)段”的拉曼放大器，用戶具有很大的靈活性以調(diào)節(jié)他們的系統(tǒng)的操作性能。此外，用戶不必為包含在其系統(tǒng)中的每一個配置保持拉曼放大器的記錄筆，因為本發(fā)明的可調(diào)拉曼泵以及放大器是由用戶來配置的。因此，一個具有可調(diào)多態(tài)拉曼泵的“一般”拉曼放大器是由系統(tǒng)操作員來備有的，并且在區(qū)段中對其進行編程(位于控制單元206，或遠距離的通過遠程設備控制器121)以對預定增益形狀和放大帶寬進行操作。
從泵浦設備201輸出的光通過WDM耦合器104與放大器光纖103相耦合。光信號(例如WDM信號)通過輸入光纖101而入射到放大器光纖103上。然后將光信號與泵送到放大器光纖103中的光進行組合，因此入射的光信號被拉曼放大。此外，拉曼放大的光信號通過WDM耦合器104并被傳送到控制單元206，其中已放大的部分光信號被分流以形成監(jiān)測信號(或者被抽樣的輸出信號)，同時大多數(shù)信號被輸出到輸出光纖106。由控制單元206對單獨波長上的監(jiān)測信號進行分析以確定光信號的輸出能級是否符合想要的能級。不然的話校正處理開始對放大增益進行調(diào)節(jié)?？刂破鬟€可以包括諸如窄帶噪音檢測這樣的其他監(jiān)測技術(shù)，以便判定四波混頻是否成問題，并且，如果是的話要確定錯誤泵浦激光器。
控制單元2069利用一處理器來通過控制可調(diào)光纖光柵209，210，211，212來控制由每個半導體激光器202，203，204，205所提供的光的輸出功率和/或調(diào)節(jié)其中心波長，因此可控制拉曼放大器200的整個放大性能。該控制是基于監(jiān)測信號或外部信源，該外部信源例如從遠程設備控制器121所接收到的控制信號?？刂茊卧?06在總線120上產(chǎn)生了控制信號，該總線包括足夠數(shù)量的控制線，使得可控制驅(qū)動電流以實現(xiàn)相對于目標增益曲線(例如平滑放大曲線)而言的較小增益偏值，和/或可控制單個可調(diào)光纖光柵209，210，211，212以調(diào)節(jié)單個半導體可調(diào)光纖光柵202，203，204，205的中心波長。
當控制單元206具有多個不同的實施例時，每個實施例的共同特征是采用了一處理器以控制由拉曼放大器200所提供的光的放大性能和/或中心波長。當一些實施例包括控制單元206中的信號監(jiān)測特征時，應該明白的是控制單元206可接收被監(jiān)測的輸出信號或來自外部信源的其他控制信息。例如，如圖2所示，遠程設備控制器121通過網(wǎng)絡122提供了控制信息。同樣，控制單元206可包括一激光驅(qū)動電路，或僅僅包括與驅(qū)動電路相連接的一接口，該驅(qū)動電路位于控制單元206之外。在任何一種情況下，然而，控制單元206配備有一處理器，該處理器可執(zhí)行一系列指令(例如PAL或ASIC)以解釋拉曼放大器200的輸出是否位于目標放大性能的容許誤差或輸出光的中心波長范圍內(nèi)，并酌情采取校正作用。另外，控制單元206可根據(jù)控制單元206所提供的控制信息來執(zhí)行拉曼放大器200的操作特性的變化。
申請?zhí)枮镹o.09/775632的美國專利申請描述了怎樣控制拉曼放大器200的輸出功率。應該明白的是控制單元206可包括如09/775632中所述的軟件(或等效的固件/硬件)輸出功率控制機構(gòu)。然而，這里所描述的剩余部分主要集中于控制單元206，該控制單元通過調(diào)節(jié)可調(diào)光纖光柵209，210，211，212來控制拉曼放大器200的輸出激光的中心波長。
控制單元206監(jiān)測放大后的信號并在總線120上產(chǎn)生了控制信號，該總線包括足夠數(shù)量的控制線以控制半導體激光器202，203，204，205(例如包括用于控制半導體激光設備202，203，204，205的驅(qū)動電流的控制線以及用于控制可調(diào)光纖光柵209，210，211，212的控制線)。例如，當控制線206用于控制包括有四個半導體激光設備202，203，204，205的拉曼放大器200的輸出功率和波長時，總線120包括至少八個控制線(例如，一個驅(qū)動電流控制線，一個用于控制四個半導體激光設備202，203，204，205的光纖光柵調(diào)節(jié)控制線)?；蛘呖刂茊卧?06在總線上輸出數(shù)字信號這也是可能的，該數(shù)字信號由位于驅(qū)動電路和光柵附近的另一處理器來解釋并將其轉(zhuǎn)換成離散控制信號。
控制單元206執(zhí)行下述功能，即控制多態(tài)拉曼放大器200的增益曲線，并監(jiān)測從拉曼放大器200輸出的信號以確保拉曼放大器實際上是在目標增益曲線的預定容許誤差范圍內(nèi)操作?？刂茊卧?06最初確定并設置半導體激光設備202，203，204，205的目標中心波長，但是如果它具有與系統(tǒng)性能水平有關(guān)的附加信息時，它還可用于調(diào)節(jié)放大器200的目標增益曲線，其中當建立目標增益曲線時還沒有考慮該附加信息。例如，如果相鄰的下一個放大器的泵浦激光中故障被報告被控制單元206，該故障標明一部分放大本身比理想的放大數(shù)量要小，那么控制單元206可通過增加拉曼放大器200中那部分放大的放大曲線來補償該故障。
控制單元206的第一個功能是用于得到目標拉曼放大性能并監(jiān)測實際輸出(已被拉曼放大的)的WDM信號以確定被監(jiān)測的放大性能是否在目標性能的預定容許誤差范圍內(nèi)。控制單元206通過確定時間性能與目標性能之間的偏值來執(zhí)行該監(jiān)測操作。如果控制單元206確定整個放大帶寬上的被監(jiān)測放大性能在目標放大性能的容許誤差范圍內(nèi)，那么控制單元不改變泵浦設備的情況并繼續(xù)監(jiān)測目前的放大性能。然而，如果確定目前的放大不在目標放大性能的容許誤差范圍內(nèi)，那么控制單元增加或減小泵浦功率和/或調(diào)節(jié)一個或多個泵的中心波長以便保持目標放大性能。
控制單元206的另一個特征就是可改變目標性能以及泵浦設備的情況以為拉曼放大產(chǎn)生新的目標性能。當最初裝配有拉曼放大器200時則執(zhí)行該功能，或者為響應系統(tǒng)要求時則執(zhí)行該功能。例如，需要擴大特定通信帶寬以適應網(wǎng)絡的外加頻道。為了適應系統(tǒng)要求的變化，控制單元206可為泵浦設備設置另一組情況，例如打開或斷開或改變包含在拉曼放大器200中的一個或多個半導體激光設備202，203，204，205的輸出功率或中心波長，以便實現(xiàn)不同的目標性能以增加通信帶寬。
本發(fā)明第三個特征就是控制單元206與其他放大器一起按照級聯(lián)(例如放大器207，208)的結(jié)構(gòu)來連網(wǎng)工作的，因此可通過調(diào)整級聯(lián)放大器之間的放大曲線使整個系統(tǒng)保持最優(yōu)的WDM信號，而與最初系統(tǒng)設計時在某些方面改變了通信情況的事實無關(guān)。例如，通過調(diào)整相鄰放大器間的放大曲線，可通過調(diào)節(jié)一個或多個放大器的放大曲線來補償所選擇的泵的故障。例如，控制單元206可調(diào)節(jié)級聯(lián)拉曼放大器之前和/或之后的放大性能以抵消連接在其間的拉曼放大器所產(chǎn)生的問題。也可補償其他情況，例如使用了具有不同衰減特性的不同光纖而不是原始光纖這樣的情況、在兩個拉曼放大器之間插入了另一個網(wǎng)絡組件(例如轉(zhuǎn)換器或放大器)的情況、或由于溫度的偏差而使拉曼放大器的中心波長偏移的情況。
圖3根據(jù)本發(fā)明的一個實施例給出了可調(diào)二極管設備的示意圖。根據(jù)提供給激光設備1的注入電流，固態(tài)二極管激光設備1被電泵送并在相當寬的帶寬(例如5-20nm)上發(fā)射激光。由激光設備1所產(chǎn)生的光與諸如是單模光纖長度的光導光耦合。諸如如圖2所示的可調(diào)光纖光柵209，210，211，212這樣的可調(diào)布拉格光柵3被設定在光導2中，并為激光設備1提供了反饋。如上面所述的光柵3與激光設備1離得非常的遠，以便它所提供的反饋完全與二極管激光設備1內(nèi)腔中的光場完全不同相。該反饋破壞了激光內(nèi)腔場的同相性；該反饋隨后可使激光器重新設置它的頻譜特性以便反饋最大化并恢復同相性。在這種情況下，激光設備1的輸出可怕的衰減以位于可調(diào)光柵3的帶寬內(nèi)，該帶寬例如可以是0.5nm和1nm。該作用即可穩(wěn)定激光設備1輸出的中心波長，而與激光設備1的偏置電流無關(guān)，又可增加激光設備1的斜度效率，因為所有的光功率被限于較小的帶寬范圍內(nèi)。當光柵被調(diào)節(jié)時，二極管激光設備1的輸出使波長有所偏移。
圖4和圖5根據(jù)本發(fā)明的不同實施例給出了一密封裝置的示意圖，該密封裝置采用了熱調(diào)諧和形變調(diào)諧這兩個可調(diào)機制以調(diào)節(jié)可調(diào)光纖光柵209，210，211，212。如圖4所示的熱調(diào)諧密封裝置包括鍍有薄金屬薄膜的硅質(zhì)微細管6。具有兩個金屬環(huán)5的細管設在較大的玻璃管4內(nèi)，其每一側(cè)具有一個金屬環(huán)以支撐細管6和電導線7。當通過薄電阻膜來提供電壓時，電功率以熱量的形式而散失。細管6足夠的小以便具有高效的功率、并被迅速加熱，且當它被加熱時其內(nèi)部不存在徑向溫度梯度。基于該結(jié)構(gòu)，它可確保對位于該密封裝置內(nèi)的光纖布拉格光柵8進行均勻加熱。硅的熱調(diào)諧系數(shù)只有0.011nm/C，它所提供的可調(diào)范圍大約是2-3nm。在較高溫度時，將會損壞光柵。形變調(diào)諧，尤其是壓縮形變調(diào)諧在實驗室中的變動范圍高達20倍。盡管如此，熱調(diào)諧可配合其他的將外部機械力應用到光柵上的調(diào)諧機制。
圖5根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示例性的給出了對光纖布拉格光柵進行形變調(diào)諧的簡單且可靠的結(jié)構(gòu)。在該實施例中，可獲得至少10-15nm的可調(diào)范圍。如圖5所示，該設備包括一個由剛性材料所制成的控制桿組合9，該裝置嵌入有壓電啟動器10，該啟動器的尺寸與密封裝置相匹配。將電壓提供給壓電啟動器10的導線11，這可使它在水平方向上擴張。該擴張致使控制桿組合9的兩個支架向外推進。光纖布拉格光柵13位于控制桿組合9的兩個支架之間。并且粘合在任一端以便諸如兩個金屬環(huán)可確保正確定位。光纖布拉格光柵13被調(diào)節(jié)，因為控制桿組合9的兩個支架的向外運動拉長了它。拉長光纖即表示拉伸形變調(diào)諧，該拉伸形變調(diào)諧比壓縮形變調(diào)諧的調(diào)諧范圍小的多，因為機械方式的拉伸形變調(diào)諧使光纖變?nèi)?。然而，在本發(fā)明利用實施例中，當控制桿組合9的兩個支架被拉伸時，通過粘合光纖而使如圖5所示的密封裝置被用于壓縮形變調(diào)諧。當壓電斷開(即從導線11上移開電壓)時，壓縮形變于是增加。用于二極管穩(wěn)定性的光柵最好是非常短，且由此非常適于該類調(diào)諧。僅僅通過壓縮非常短的光纖，光纖弄彎的可能性則減到最小程度。
圖6給出了一設備，通過該設備對本發(fā)明進行詳細的說明。如圖6所示，兩個平板13設置在兩個不相連的臺階之上?？裳刂鴛，y，z軸的方向來調(diào)節(jié)右邊的具有一組三個測微器16的臺階15。臺階14，15可以是電機械式臺階，該臺階是由例如步進電動機、MEMS或可用于將控制信號轉(zhuǎn)換成X、Y、Z軸上的平移運動的微電機來控制的。在一個示例性的結(jié)構(gòu)中，每個安裝的平板13具有半徑為180um的沿著其表面延伸的半圓形溝槽。利用諸如熱固性的環(huán)氧樹脂將具有諸如250um內(nèi)徑合360um外徑的一段硅質(zhì)細管粘合在每個溝槽處。利用顯微鏡沿著x和z軸的方向來調(diào)準設置在右手臺階15上的細管使其與設置在左手臺階14上的細管成一直線。調(diào)節(jié)y軸測微器16使得兩個細管之間的縫隙是1.25mm。通過兩個細管17將具有1mm光纖布拉格光柵的一段光纖18設置在其繩內(nèi)，并對其進行調(diào)節(jié)使得光柵19位于1.25mm的縫隙內(nèi)。然后通過使每個細管注滿諸如熱固性環(huán)氧樹脂而將光柵19粘合在細管17上。在將細管17的端部粘合在平板13上之前劈開細管17的端部，使得粘合層在y方向上對稱。當環(huán)氧樹脂被完成硫化時，可通過調(diào)節(jié)y軸上的測微器16來調(diào)節(jié)光柵19的布拉格波長，根據(jù)移動的方向該測微器16拉緊或壓縮縫隙中的光柵區(qū)域。
圖7根據(jù)本發(fā)明的一實施例給出了熱調(diào)諧穩(wěn)定器光柵的數(shù)據(jù)傳輸圖表。對于大家知道的穩(wěn)定器光柵而言一般光柵強度(4.4％)且?guī)?～1.1nm)，盡管根據(jù)應用也會使用稍微強的、弱的、寬的、窄的光柵。圖7說明了在范圍從20℃(由附圖標記701所標識的)到239℃(由附圖標記706所標識的)的六個不同溫度上進行數(shù)據(jù)傳輸。
圖8根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了具有一光柵的二極管激光器的輸出頻譜圖，其中該光柵被用于產(chǎn)生如圖7所示的圖表以提供在六個相同溫度點上的反饋。
圖9根據(jù)本發(fā)明的一實施例給出的形變調(diào)諧穩(wěn)定器光柵所取的數(shù)據(jù)傳輸圖表。在這個實施例中光柵強度是3％，帶寬是～1.7nm。圖9說明了在范圍從通過非形變所壓縮的0.34％(由附圖標記903標識)到拉伸的0.66％(由附圖標記905標識)的六個不同點上進行數(shù)據(jù)傳輸。
圖10根據(jù)本發(fā)明一實施例給出了具有一光柵的二極管激光器的輸出頻譜圖，其中該光柵被用于產(chǎn)生如圖9所示的用以提供反饋的圖表。由附圖標記1001所標識的曲線給出了一個不具有光柵的二極管的輸出，其峰值功率僅僅為23mW，且相當寬。然而，對于相同的偏置電流而言光柵的峰值功率可增加到90mW。光柵的輸出頻譜相當?shù)恼?，對于許多用在拉曼放大器中的泵的應用而言這是合乎需要的。當光柵是形變調(diào)諧時，主要的激光峰值只是如所期望的那樣均勻的偏移。由附圖標記1002、1003、1004、1005、1006以及1007所標識的曲線是各種形變調(diào)諧的曲線(包括壓縮和拉伸)。
圖11根據(jù)本發(fā)明一實施例示例性地給出了被多路復用到單傳輸光纖上的多個拉曼泵的簡單示意圖。在這個實施例中使用了一組四個2X2多路復用器。
圖12表示了依照本發(fā)明的一個實施例的一個模擬的優(yōu)化拉曼增益光譜，用于3二極管泵組件。如圖12所示，40信道、帶寬100GHz，被放大為在100km波長上為投射體的TRUEWAVE——只有1.18dB增益的簡化斜率光纖。在此例中產(chǎn)生這些結(jié)果的波長和輸出功率為1425.9nm@332.7mW、1451nm@335mW和1470nm@25mW。
圖13是描述如果在如圖12的系統(tǒng)中加入在較長波長的40多個信道，泵配置將不夠。以下將描述圖中曲線1301，具有較長波長的波將不被放大。曲線1303表示不采用波長調(diào)諧(即通過調(diào)節(jié)泵功率)來重配置泵模塊。為了放大較長波長，1470nm泵功率顯然需要增加。然而，即使當1470nm線增長到400mW，最長波長仍然不能放大成透射體。而且，增益波達到15dB，且在1570nm范圍內(nèi)的信號通道被放大以至產(chǎn)生諸如自定相調(diào)制的非線性問題。然而，當泵模塊采用高波長調(diào)諧能力重配置，如曲線1302所示，透射體可達到更合理的2.9dB增益波。在此例中，最好結(jié)果基本上是長波長泵被調(diào)諧到1480nm而不是1470nm。
圖14表示依據(jù)本發(fā)明一實施例用于調(diào)諧一光纖光柵的可選熱調(diào)頻方法。當與不同泵光源使用時，熱調(diào)諧能達到一比2-3nm更寬調(diào)諧能力。如圖14所示此例中的光源未采用一二極管激光器，而是作為一增益媒質(zhì)的半導體光放大器20(SOA)。位于半導體光學放大器20兩側(cè)的采樣布拉格光柵(SBG121，SBG222)形成激光器空腔。采樣布拉格光柵，不像傳統(tǒng)光柵，它具有多反射峰值，其中空隙由采樣周期確定。采樣光柵21、22的典型反射光譜如圖15所示。只有當兩個反射峰值彼此對準在此設備中才產(chǎn)生激光。然而，利用一用于第二采樣布拉格光柵22的可調(diào)諧采樣布拉格光柵，SBG2 22調(diào)諧導致激光器的輸出波長離散跳轉(zhuǎn)。例如，假如第二采樣布拉格光柵22被調(diào)諧成0.2nm，在對準第一采樣光柵2 1的峰值之一的波長與原始波長漂移1nm。因此，此設備的調(diào)諧效率增大了五倍，使得熱調(diào)諧成為達到寬調(diào)諧性的一可變選項。
在本發(fā)明的一些實施例中，光纖光柵的調(diào)諧范圍超過由激光設備提供的光帶寬。在實施例之一中，當希望將光纖光柵調(diào)節(jié)到超過所提供的光帶寬時，此激光設備被斷開并由另一激光設備提供調(diào)諧光纖光柵反射的光，從而允許可調(diào)諧光纖光柵在整個可調(diào)諧范圍內(nèi)使用。在另一實施例中，具有不同可調(diào)諧范圍的多二極管/光柵對被接通和斷開以達到一更寬的調(diào)諧范圍。在此實施例中，控制算法被簡化且避免了光功率的損耗。
圖16為依據(jù)本發(fā)明一實施例用于拉曼放大器的控制電源206的詳細方框圖。如圖16所示，控制單元206包括一抽頭耦合器504，通過光纖連接并將部分WDM光學信號送到一光纖光柵調(diào)諧控制單元502和一激光設備功率控制單元503。如圖所示，抽頭耦合器504被封裝在控制單元206內(nèi)，它也可以是連接到控制單元206的內(nèi)部元件。而且，控制單元206的各元件(即，光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502，激光設備能源控制單元503和控制器501)可為無需封裝在普通控制單元外殼內(nèi)的分立元件。而且，如圖16所示的各元件可設計為單獨單元，或由一些組件形成的單元。
光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502和激光設備能源控制單元503多路分解WDM監(jiān)控信號(即，由抽頭耦合器提供的被放大的WDM信號部分)，然后將多路分解后的信號轉(zhuǎn)換成電信號。電信號采樣值被提供給控制器501用于執(zhí)行放大控制處理(例如，調(diào)整單個半導體激光器202、203、204和205的振幅和/或波長)。由于控制單元206執(zhí)行的功能之一是監(jiān)控拉曼放大器200實際的放大性能，光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502和激光設備控制單元503采樣電信號并將此系列采樣值與一目標放大性能進行比較。光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502、激光設備功率控制單元503和控制器501執(zhí)行的采樣處理并不一定要建立在一WDM頻道一WDM頻道的基礎上。而且，這些單元可以比每個WDM頻道的采樣設置更高或更低的光譜分辨率執(zhí)行控制處理。光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502和激光設備功率控制單元503提供輸出控制線路120以分別控制每個泵激光器202、203、204、205的波長和光輸出水平。光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502和激光設備功率控制單元503也與控制器501交換采樣數(shù)據(jù)和控制信息。一控制器501被配置成與諸如Internet用于與例如一遠程設備控制器121和其他放大器207、208交換數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡122連接。
圖17和18提供了光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502中子元件的詳細說明。如圖17，光纖光柵波長調(diào)諧控制單元502包括串聯(lián)的一波長多路分解器18、一光/電轉(zhuǎn)換機構(gòu)19(例如，拍照—二極管)和一光纖光柵波長微波調(diào)諧控制電路20。波長多路分解器18將所監(jiān)控的WDM光信號分成多個光采樣信號，每個具有不同中心波長。多路分解光學采樣，例如，對應如上所述頻道的WDM信號。再次，多路分解器18執(zhí)行的功能是分離由拉曼放大器200放大的WDM信號的各光譜組件。對于基本控制方案，多路分解器18只提供兩個采樣信號，也許一信號波長比放大波段短而另一信號波長比放大波段長。然而，太少采樣信號限制了采樣信號分辨率不足以觀測拉曼放大器的增益不在目標放大性能預定容許偏差(例如，1dB)的子波段。另一方面，太多采樣信號增加了控制單元206中處理資源不必要的開銷和復雜性。因此，考慮到實際情況，采樣信號的數(shù)量設置成與拉曼放大器200處理的多個WDM頻道對應，或者與拉曼放大器200中采用的多個泵激光器202、203、204、205對應。因此，多路分解器產(chǎn)生的典型采樣信號數(shù)量范圍大約在10至100。然而，更少數(shù)量，例如以上提到的2，或更多，或超過1000也是可能的。
光/電轉(zhuǎn)換機構(gòu)19將已多路分解的光采樣信號轉(zhuǎn)換成電信號。由轉(zhuǎn)換機構(gòu)19提供的輸出電流根據(jù)已多路分解的采樣信號的相應數(shù)量而變化。控制器501經(jīng)由總線505接收電流，然后采樣相應電流以創(chuàng)建采樣信號的數(shù)字再現(xiàn)。可選地，控制器501接收來自將采樣信號數(shù)字化的光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20的采樣信號的數(shù)字再現(xiàn)。同樣，轉(zhuǎn)換機構(gòu)19提供一數(shù)字輸出。
如圖所示光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20為與控制器501分離的控制器，但兩者可合成單個基于處理器的控制器。如圖17所示，然而，控制器501可配置成實現(xiàn)一數(shù)字信號處理器嵌入式控制器，而主模擬處理由光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20執(zhí)行。例如，在本發(fā)明的一實施例中，控制器501在存儲器中存儲了適當調(diào)諧值，此值對應于實現(xiàn)由單個泵激光器202、203、204、205提供的特殊目標中心波長的單個可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212的一特定變形和/或熱調(diào)諧。一旦認定調(diào)諧值，控制器501(通過一數(shù)字消息或單獨模擬信號)通知光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20，因此光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20可控制可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212以產(chǎn)生想要的泵激光波長。然而，在另一實施例中，光纖光柵波長調(diào)諧控制電路20可數(shù)字操作且可存儲與實現(xiàn)目標輸出中心波長相關(guān)的調(diào)諧值。在此情況下，光學光柵波長調(diào)諧控制電路20將控制信號分配給包含對應于控制信號或與單獨波長調(diào)諧電路互聯(lián)的自身波長調(diào)諧電路的可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212。
圖18表示控制單元206的另一典型實施例。與圖17實施例不同的是，圖18的實施例包括一功率分配器21和帶通濾波器22。功率分配器21將由抽頭耦合器分支的被監(jiān)控WDM光信號分配成多個采樣信號。例如，功率分配器21可配置成將分支WDM信號分成相應數(shù)量頻道的WDM信號。帶通濾波器22有不同中心波長和只允許在特定通波段通過具有光能的各采樣信號的固定寬的通帶。光/電轉(zhuǎn)換器19、控制器501和光纖光柵波長調(diào)頻控制電路20與如上參照圖17的描述類似。
值得注意的是，盡管以上討論基本集中在采樣來自拉曼放大器200的放大輸出以執(zhí)行控制操作，控制單元206也可采樣拉曼放大器200的輸入信號，如圖19所示。通過直接檢測輸入光信號和輸出光信號，控制單元206能建立放大器增益的直接檢測，以及放大增益曲線。作為檢測放大增益曲線的可選方法，控制器501可接收來自一下行拉曼放大器描述拉曼放大器輸出WDM信號時的輸出水平的消息。由于互連在兩放大器之間的光纖均具有損耗特征，在下行放大器中的控制器501可計算輸入到下行拉曼放大器的WDM信號的表面水平。
圖20描述了基于控制器501的處理器的典型實施例?？刂破?01包括一總線902或用于通信信息的其他通信機構(gòu)，以及一耦合到總線902用于處理信息的處理器903?？刂破?01也包括一主存904，例如一隨機存取存儲器(RAM)或其他動態(tài)存儲設備(例如，動態(tài)RAM(DRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)和同步DRAM(SDRAM))，耦合到總線902用于存儲將被處理器903執(zhí)行的信息和指令。另外，主存904可用于存儲整個處理器903運行指令過程中的臨時變量或其他中間信息?？刂破?01還包括耦合到總線902用于存儲處理器93使用的靜態(tài)信息和指令的一只讀存儲器(ROM)905或其他靜態(tài)存儲設備(例如，可編程ROM(PROM)、可擦除PROM(PROM)和電可擦除PROM(EEPROM))。
控制器501也包括一耦合到總線902以控制一或多個用于存儲信息和指令的存儲設備，例如一磁性硬盤907和一可移動介質(zhì)驅(qū)動器908(例如，軟盤驅(qū)動器、只讀光盤驅(qū)動器、讀/寫光盤驅(qū)動器、光盤自動電唱機、磁帶驅(qū)動器和可移動磁光驅(qū)動器)的一磁盤控制器906。存儲設備可利用適當?shù)脑O備接口(例如小計算機系統(tǒng)接口(SCSI)、集成器件電子技術(shù)(IDE)、增強一IDE(E-IDE)、直接存儲器存取(DMA)或超-DMA)加入到控制器501中。
控制器501也可包括特定目的邏輯設備(例如應用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC))或可配置邏輯設備(例如，簡單可編程邏輯設備(SPLD))、復雜可編程邏輯設備(CPLD)以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
控制器501也可包括耦合到總線902以控制諸如陰極射線管(CRT)的顯示器910向計算機用戶顯示信息的一顯示控制器909。計算機系統(tǒng)包括輸入設備，例如一鍵盤911和一定位設備912，用來與計算機用戶交互并提供信息給處理器903。定位設備912，例如，可以是用于將目錄信息和命令選擇與處理器903通信并用于控制光標在顯示器910上移動的一鼠標、一跟蹤球或一定位桿。另外，一打印機可提供控制器存儲和/或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)打印列表。
響應處理器903運行存儲在諸如主存904的存儲器中一或多個包括一或多個指令的序列，控制器501執(zhí)行本發(fā)明部分或所有處理步驟。此指令可從例如一硬盤907或一可移動介質(zhì)驅(qū)動器908的另一計算機可讀介質(zhì)讀入主存904，或從另一處理器，如遠程設備控制器121，下載。在一多處理排列中的一或多個處理器可用來執(zhí)行包含在主存儲器904中的指令序列。在可選的實施例中，硬線電路可代替或包含軟件指令。因此，實施例不局限于任何特定硬件電路和軟件組成。
如上所述，控制器501包括用于保存依據(jù)本發(fā)明教導編程的指令和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、表格、記錄或此處描述的其他數(shù)據(jù)的至少一計算機可讀介質(zhì)或存儲器。計算機可讀介質(zhì)可為光盤、硬盤、軟盤、磁帶、磁光盤、PROM(EPROM、EEPROM、閃速EPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM或任何其他磁芯介質(zhì)、光盤(例如CD-ROM)或任何其他光介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、或其他有孔的物理介質(zhì)、一載體波(以下所述)、或任何計算機可讀的其他介質(zhì)。
本發(fā)明包括存儲在任何一個或計算機可讀介質(zhì)的組合中用于控制控制器501、驅(qū)動實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個設備以及使控制器501能和人類用戶交互(例如，打印生產(chǎn)人員)的軟件。此軟件可包括，但不局限于設備驅(qū)動器、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具和應用軟件。此計算機可讀介質(zhì)還可包括本發(fā)明用于執(zhí)行實現(xiàn)本發(fā)明的所有或部分(假如處理被分派)處理的計算機程序產(chǎn)品。
本發(fā)明的計算機代碼設備可為任何可解釋的或可運行的代碼機構(gòu)，包括但不局限于底稿、可解釋的程序、動態(tài)鏈接庫(DLL)、Java類以及完成可運行程序。而且，為了更好的性能、可靠性和/或開銷，本發(fā)明的部分處理可分開。
用于此處的“計算機可讀介質(zhì)”涉及任何參與提供處理器903所運行指令的介質(zhì)。一計算機可讀介質(zhì)可采用多種形式，包括但不局限于，非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包括，例如，光、磁盤和光磁盤，例如硬盤907或可移動介質(zhì)驅(qū)動器908。易失性介質(zhì)包括動態(tài)存儲器，例如主存904。包括組成總線902的導線的傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、銅線和光纖。傳輸介質(zhì)也可為例如在無線電波和紅外數(shù)據(jù)通信中產(chǎn)生的聲或光波的形式。
計算機可讀介質(zhì)的各種形式與執(zhí)行一或多個包括處理器運行的一或多個指令的序列有關(guān)。例如，指令最初可存儲在遠程計算機的磁盤上。遠程計算機可將用于實現(xiàn)本發(fā)明的所有或部分指令遠程下載到一動態(tài)存儲器上并利用調(diào)制解調(diào)器通過電話線發(fā)送指令。控制器501的本地調(diào)制解調(diào)器可接收電話線上數(shù)據(jù)并利用紅外發(fā)送器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成紅外數(shù)據(jù)。一耦合到總線902的紅外檢測器可接收紅外信號傳送的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)放在總線902上。總線902傳送數(shù)據(jù)至主存904，處理器903從主存檢索和運行指令。主存904所接收到的數(shù)據(jù)可在處理器運行之前或之后任意存儲在存儲設備907或908上。
控制器501也可包括一耦合到總線902的通信接口913。通信接口913提供與連接到，例如一局域網(wǎng)(LAN)915或另一諸如Internet的通信網(wǎng)絡122的網(wǎng)絡鏈路123耦合的雙向數(shù)據(jù)通信。通信接口913也提供經(jīng)由總線505耦合到光學光柵波長調(diào)諧控制單元502和激光設備功率控制單元503的雙向通信。通信接口913為一連接任何包交換局域網(wǎng)的網(wǎng)絡接口卡。作為另一實施例，通信接口913可為一異步數(shù)字用戶線(ADSL)卡、一綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)卡或一向相應類型通信線路提供數(shù)據(jù)通信連接的調(diào)制解調(diào)器。無線連接也可實現(xiàn)。在任何實現(xiàn)方式中，通信接口913發(fā)送和接收傳送代表各種類型信息的數(shù)字數(shù)據(jù)流的電、電磁或光信號。
網(wǎng)絡鏈接123典型地提供一或多個網(wǎng)絡和其他數(shù)據(jù)設備間的數(shù)據(jù)通信。例如，網(wǎng)絡鏈接123可提供通過一本地網(wǎng)絡915(例如，一LAN)或通過通信網(wǎng)絡122提供通信服務的服務供應商操作的裝備與另一計算機連接。本地網(wǎng)絡123和通信網(wǎng)絡122使用，例如電、電磁或光信號，傳送數(shù)字數(shù)據(jù)流。通過各種網(wǎng)絡的信號以及在網(wǎng)絡鏈路123上并通過通信接口913的信號是典型的載波傳輸信息形式，其中通信接口將數(shù)字信號傳送至控制器501并從控制器501接收數(shù)字信號?？刂破?01可通過網(wǎng)絡915和122、網(wǎng)絡鏈路123和通信接口913發(fā)送和接收包括程序代碼數(shù)據(jù)。而且，網(wǎng)絡鏈路123可通過LAN915提供與諸如一個人數(shù)字助理(PDA)膝上電腦或移動電話的移動設備917的連接。
圖21為依據(jù)本發(fā)明一實施例的控制單元206執(zhí)行的典型高電平控制處理的流程圖。如圖21所示，處理以控制單元206接收增益曲線要求的步驟S2101開始。如上所討論，增益曲線被本地存儲在控制單元206中或，例如，經(jīng)由連接到網(wǎng)絡122的網(wǎng)絡連接123從一遠程設備控制器121中接收。此增益曲線要求可為初始增益曲線要求，或反映當前增益曲線要求的改變。增益曲線要求認定在控制單元206控制下的一或多個泵設備201的目標性能。
一旦接收到增益曲線要求，處理進入步驟S2102，在步驟S2101中確定當前增益曲線是否與所接收的增益曲線匹配。假如確定當前增益曲線匹配所接收的增益曲線(即步驟S2102的“是”)，處理結(jié)束。假如，另一方面，確定當前增益曲線不匹配所接收的增益曲線要求(即步驟S2102的“否”)，處理進入步驟S2103。在步驟S2103，控制單元206產(chǎn)生控制信號并經(jīng)由總線120將其發(fā)送到一或多個泵設備201以調(diào)諧一或多個泵源202、203、204、205的波長以達到所要求的增益曲線。假如泵設備201包括超過一個泵源202、203、204、205，控制單元206產(chǎn)生的控制信號將直接發(fā)送到相應泵源202、203、204、205以調(diào)諧各泵源202、203、204、205的波長。
在本發(fā)明的一個實施例中，由控制單元206提供的各泵源202、203、204、205的調(diào)諧是一連續(xù)調(diào)諧能力。在某些情況下實現(xiàn)的調(diào)諧是一“精調(diào)諧”，例如，一特殊泵源202、203、204、205與它目標中心波長有偏差并被校正到適當波長。在其他情況下，控制單元206實現(xiàn)在一或多個泵源202、203、204、205的中心波長有效改變的完全新的增益曲線。
一旦波長已被調(diào)諧，處理進行到步驟S2104，其中控制單元206同樣調(diào)節(jié)一或多個泵源202、203、204、205的輸出功率以達到所要求的增益曲線。通過波長調(diào)諧，控制信號將經(jīng)由總線120提供給適當泵源202、203、204、205。在調(diào)節(jié)適當泵源202、203、204、205的波長和輸出功率之后，處理進行到步驟S2105，如同步驟S2102，電路(即已調(diào)節(jié)的)增益曲線與步驟S2101接收到的所要求的增益曲線比較。假如確定當前增益曲線匹配所要求的增益曲線(即步驟S2105的“是”)，處理結(jié)束。假如，另一方面，確定當前增益曲線不匹配所接收的增益曲線要求(即步驟S2105的“否”)，處理返回到步驟S2103，其中適當泵源202、203、204、205的波長和輸出功率被進一步調(diào)諧和調(diào)節(jié)。
圖22是描述控制單元206執(zhí)行的操作處理的流程圖。此控制處理如下(1)建立一預定目標放大性能(例如，一預定放大帶寬內(nèi)的一放大曲線或輸出信號功率曲線)，(2)監(jiān)控實際放大性能是否在目標放大性能的預定容許偏差范圍內(nèi)，以及(3)當實際放大性能不在預定容許偏差范圍內(nèi)時進行校正。尤其，步驟S2、S4和S6分別認定目標輸出放大性能，確定用來達到目標輸出放大性能的放大器參數(shù)(例如，泵激光中心波長)并將參數(shù)運用于達到目標性能。步驟S8、S10、S12和S14主要確保實際放大性能在目標放大曲線和/或至少采用一可接受的曲線形狀(例如一平滑或斜曲線)。
如圖22所示，處理從步驟S2開始，其中一輸入WDM光信號特征(例如，放大波段的子波段測量到的平均光信號電平)和一(初始)目標放大性能被提供給和/或由控制單元206產(chǎn)生并存儲在諸如主存904的存儲器中。目標放大性能可通過一系列表現(xiàn)由系統(tǒng)操作者設定以達到想要的系統(tǒng)性能的預定增益曲線的值來表示。正如光通信領域普通技術(shù)人員所公知，增益曲線包括波長和振幅信息。由于增益與和輸入信號相關(guān)的輸出信號電平相關(guān)，輸入信號電平則可如下所討論的直接或間接認定。而且，假如系統(tǒng)操作者希望拉曼放大器以一預定增益曲線工作，可以以下討論的幾種方式之一首先確定輸入WDM光信號特征。
WDM信號電平可直接在拉曼放大器200的輸入測量。在此情況下，控制單元206通過將目標增益與測量到的拉曼放大器200輸出信號與運用到拉曼放大器200的光信號電平比進行比較以確定是否達到目標增益。可選地可直接測量輸入信號電平，從一下行拉曼放大器(例如其它放大器207、208)傳送到拉曼放大器200的輸出信號電平中獲得此信號電平，由于兩拉曼放大器之間的光纖損耗，此信號電平需要減去一估計所測量的衰減。而且，輸入電平可從控制單元206的處理推斷，其中一已知功率的信號輸入到拉曼放大器200，然后認定運用到各泵激光器以產(chǎn)生主拉曼放大器200輸出處測量到的預定輸出電平的一定量的驅(qū)動電流并存儲到存儲器中。隨后，從與存儲器中存儲值相關(guān)的驅(qū)動電流量的改變來估計放大量。以上較后的處理可在，例如，建立測試或校準過程中作為一初始步驟執(zhí)行。另一可選地，代替目標放大性能的一目標輸出WDM光信號特征可由外源提供并存儲在存儲器中。在此情況下，通過一輸入WDM光信號特征和一目標輸出WDM光信號特征來計算目標放大性能并存儲在控制器501的存儲器中。在整個操作條件下，目標放大性能和輸入WDM光信號特征可存儲在并從控制單元206的主存提供、讀取。
步驟S2在獲得目標放大性能之后，也獲得相關(guān)參數(shù)，處理進行到步驟S4。在步驟S4中，通過同時計算/模擬或參考存有預先確定并存儲用于各種條件下的參數(shù)的查詢表確定達到目標放大性能的放大器參數(shù)。在本討論中，放大器參數(shù)將以用于通過，例如，變形或加熱可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212來調(diào)諧可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212的可調(diào)諧光纖光柵控制值進行描述。
本討論主要集中在表示目標放大性能的相關(guān)可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值，控制單元206還要考慮附加操作條件，例如光信號測量操作的內(nèi)部固有損耗、光纖損耗、泵泵交互或泵激光器老化。為補償以上附加條件，例如光纖損耗(衰減)，多組可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值被預先設置并存儲在存儲器中。此多組可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值對應于可有效選擇的各增益曲線以補償光學損耗等。
以2000年11月28日CIBC World Markets出版的《纖維光學》為例，圖23顯示光纖在1400nm的衰減比1500nm的衰減大得多。傳統(tǒng)處理此衰減差異的方法是簡單使用具有小衰減的部分光譜。本發(fā)明人采用了不同的方法使用一放大曲線補償傳送的波段非均勻衰減特性。如圖24所示，主存904存有比用于在1500nm具有一峰值拉曼增益的泵激光器的驅(qū)動電流(100mA)更大的用于在1400nm具有一峰值拉曼增益的泵激光器的驅(qū)動電流(560mA)，其中光纖損耗要小得多。因此，利用如圖24所示的表，可確定驅(qū)動電流以達到目標放大性能。其他影響目標曲線的參數(shù)，例如對應于如變形或加熱可調(diào)諧光纖光柵209、、210、211、212量的可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值，也可儲存在控制器501的存儲器的數(shù)據(jù)表中。
可購買模擬程序(例如，ARTIS軟件的Optsim)用來計算必要可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值以達到想要的輸出曲線。例如，WDM系統(tǒng)特殊頻率的光功率可以以下等式表示dPv±dv=-avPv±+ϵvPv±]]>+Pv±Σu>vguvAu(Pu++Pu-)]]>+2hvΣu>vguvAu(Pu++Pu-)[1+1exp[h(u-y)kT]-1]]]>-Pv±Σu<vvugvuAv(Pu++Pu-)]]>-4hvPv±Σu<vgvuAv[1+1exp[h(v-u)kT]-1]---(1)]]>其中下標μ和υ表示光頻率，上標“+”和“-”表示前和后擴展波，相應地，Pυ是υ范圍內(nèi)光學功率，為在υ處功率光譜密度和無限小帶寬dυ的乘積。αv是衰減系數(shù)，εv是Rayleigh反向散射系數(shù)，Av是在頻率υ的光纖的有效區(qū)域，gμv是泵在頻率μ時在頻率υ的拉曼增益參數(shù)，h是普朗克常數(shù)，k是玻爾茲曼常數(shù)，且T是溫度。此等式包括幾乎所有在實際系統(tǒng)中能觀測到的可能的影響，例如泵對泵和信號對信號拉曼交互、拉曼能量傳送導致泵取空，Rayleigh反向散射、光纖損耗、自發(fā)射噪音和黑體輻射噪音。在本發(fā)明的一個實施例中，控制器501的主存904存有包括已編碼的以上等式(1)的計算機可讀指令。處理器903運行這些指令以模擬基于由不同泵激光器202、203、204、205提供的集合放大影響的目標放大性能。
將參考圖25、26A、26B和27解釋圖22中步驟S4中如何設置包括振幅和波長的目標放大性能的典型處理。圖25、26A、26B和27表示依據(jù)本發(fā)明一實施例確定用來獲取一平滑(或任意形狀的)拉曼放大性能的適當條件(例如，泵中心波長、泵輸出功率)的疊加規(guī)則。
圖25是表示兩個工作在1424.2nm和1451.8nm的泵激光器的單個和合成拉曼增益曲線與波長。泵激光器可被稱為YYXX激光器(YY在13至15范圍內(nèi)且XX是在00至99范圍內(nèi))。例如，為了在S波段至L波段產(chǎn)生一拉曼增益，YYXX激光器可被稱為14XX泵激光器(例如，1400nm至1499nm)。單個工作在中心波長為1424.2nm的泵激光器的拉曼放大增益曲線如圖25中曲線“a”所示。同樣，單個工作在中心波長為1451.8nm的泵激光器的拉曼放大增益曲線如圖25中曲線“b”所示。如曲線“c”所示的兩泵模擬工作的整體拉曼放大曲線由疊加規(guī)則(曲線具有可加性)確定。也就是說，依據(jù)疊加規(guī)則，每個泵的放大曲線可相加以達到對應于兩單獨曲線相加的整體放大曲線。
圖26A和26B表示另一例用于本發(fā)明創(chuàng)建放大性能的疊加規(guī)則。如圖26A所示，四個泵激光器被調(diào)諧到較短波長(即第一組)并設置在第一預定增益電平(或光輸出電平)，且第五泵激光器(即，第二組，在此例中只有一泵激光器，但也可能包括更多)被設置成更高增益電平。第五泵激光器通過比第一組相鄰成員間更大的波長間隔而被調(diào)諧成與第一組最接近的泵激光器在波長上分離。而且，第一組的泵激光器被設置成大致相等的增益電平并被調(diào)諧到彼此間隔20nm(盡管在增益曲線中6nm至35nm的范圍是使可視拐點最小的合理間隔范圍)。在此例中，第五泵激光器被調(diào)諧成在中心波長為1495.2nm工作(比工作在1466.0nm的第一組最近泵激光器多29.2nm)，并被設置成比每個第一組泵高三倍的有效增益。
圖26B對應于圖26A表示疊加規(guī)則如何運用到第一組和第二組泵激光器產(chǎn)生的放大曲線。放大曲線“a”、“b”、“c”和“d”對應于第一組分別被調(diào)諧在1424.2nm、1437.9nm、1451.8nm和1466.0nm工作的泵激光器。曲線“g”對應于第一組合成曲線且曲線“e”對應于第二組泵激光器提供的曲線，即1500nm(盡管多個泵，例如兩個或三個，可被調(diào)諧形成第二組)。注意比源泵工作波長大約長100nm的波長的相應放大峰值。
運用疊加規(guī)則產(chǎn)生目標放大增益曲線“c”(圖25)和“f”(圖26B)。預定放大增益曲線最后得出的形狀基本上是平滑的，如圖所示，或通過調(diào)節(jié)泵激光器的輸出將它們調(diào)諧成在泵激光器工作的中心波長具有特定間隔從而設置成任意形狀。例如，如圖26B的放大曲線“f”通過減少第二組增益可成為在放大波段具有負斜率的斜線，即泵被調(diào)諧成工作在中心波長1500nm。同樣，曲線通過增長組1輸出(即增益曲線“g”)也可成為負斜率斜線。相反地，目標放大曲線“c”(圖25)和“f”(圖26B)通過減少第一組輸出和/或增長第二組輸出具有正斜率。一組泵提供的增益曲線“g”和“e”(圖26B)可被稱為“元素增益曲線”。由于通常組內(nèi)更多泵激光器工作在更短波長，對于在比較長波長短一些的波長上的元素增益曲線，可能提供更多更高命令增益形狀特征。
在完成步驟S4后，處理進入步驟S6，其中控制單元206通過為泵激光器預先確定放大參數(shù)(例如振幅和波長)而控制泵激光器輸出。例如，當在預定容許偏差范圍內(nèi)模擬放大性能匹配目標放大性能時，基于來自每個模擬確定的泵激光器的峰值放大輸出電平在查詢表中認定每個泵激光器的相應驅(qū)動電流和可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值?？蛇x地，或補充地，控制單元206可編程為調(diào)節(jié)可編程衰減器的衰減量，光耦合到每個泵激光器，以控制泵激光器的相應光輸出與獲得目標放大性能一致。因此，放大器參數(shù)與一些運用到光學纖維運載光纖的光能量和光學能量的波長有關(guān)，不只運用于泵激光器的驅(qū)動電流。
圖22中控制處理的步驟S6至S8是從初始化一與目標放大性能相近的放大性能，至監(jiān)控和調(diào)節(jié)實際放大性能到目標放大性能的預定容許偏差波段?？刂铺幚淼谋O(jiān)控和調(diào)節(jié)部分從步驟S8開始，其中控制單元206監(jiān)控輸出WDM信號，并也可監(jiān)控實際輸入WDM信號，如上對圖19的描述。
步驟S8可通過多種方法完成。一種方法是多次測量放大波段，例如每個泵激光器的平均功率測量。在此方案中，放大器子波段與每個泵激光器一一對應。分辨率(即每Hz采樣點數(shù)量)越大，確定與目標放大性能匹配的實際放大性能的能力越高。然而，在分辨率達到對應于最接近泵激光器范圍(即分隔泵源最接近不超過6nm)的程度之后，幾乎不能再獲得更多好處，除非多激光器輸出組合使得光輸出功率增長。在其他極端情況，假如分辨率只有一些點，則限制了確定在樣本點之間是否有拐點的能力。因此，在不浪費處理資源的情況下，具有對應于泵范圍的分辨率有助于確保在整個放大波段與目標放大性能一致。在獲得采樣點之后，控制單元206存儲輸出WDM信號的采樣點，例如在主存904中用于隨后的處理。
在步驟S8之后，處理進行到步驟S10，其中一詢問用來確定在整個放大波段中，是否實際(所監(jiān)控的)放大性能在目標放大性能的一定容許偏差(γ例如，嚴格要求5dB或不嚴格要求1dB)之內(nèi)。在一實施例中，此確定以逐次采樣為基礎，依據(jù)以下等式ABS[目標-所監(jiān)控的]≤γ(一特定容許偏差)可選地，所監(jiān)控的采樣平均值被合成為發(fā)展一預定子波段的平均放大性能。在此情況下，可能減少所需計算數(shù)量，而且允許控制單元206嚴格測量目標放大性能的“形狀”。例如，如以下將要討論的，控制單元206可控制多組泵激光器以影響一所想要的放大性能。假設泵激光器的控制通過將泵激光器分成兩組來處理。控制單元206可計算較短波長(第一組)一平均輸出電平和較長波長(第二組)另一平均電平。這允許控制單元206(1)確定放大波段的平均放大性能是否在γ范圍內(nèi)；以及(2)確定是否需要對整個放大性能的斜線(即斜率)進行數(shù)量上的調(diào)節(jié)。
現(xiàn)在，參考圖22的流程圖，如果對步驟S10詢問的回答所有采樣點(或可選地，對于一預定數(shù)量或比例的采樣點)是肯定的(是)，處理返回到S8。然而，假如對步驟S10詢問的回答是否定的(否)，處理進行到步驟S12。
在步驟S12，控制單元206比較所監(jiān)測的每個采樣點的偏差量。假如無連續(xù)偏差(例如，相鄰采樣都超出預定容許偏差)，控制單元206則執(zhí)行調(diào)節(jié)(向上或向下)其峰值放大曲線最接近于產(chǎn)生偏差處的泵激光器光輸出和/或中心波長的處理。而且，假如控制單元檢測到偏差只發(fā)生在放大波段的一小部分，則控制單元206調(diào)節(jié)其峰值輸出對那部分放大波段影響最強的泵激光器的光輸出和/或中心波長。
然而，假如控制單元206在步驟S12確定所監(jiān)控的放大曲線具有一系列相鄰采樣相對于目標放大性能超過預定容許偏差，然后控制單元206執(zhí)行一不同處理。在此情況下，控制單元206創(chuàng)建一“二級目標放大曲線”。二級目標放大曲線的形狀是根據(jù)目標放大性能和所監(jiān)控到的放大曲線的差異形成的。與步驟S4很相似，控制單元206然后確定(例如，通過模擬或表查詢)一套能用于泵激光器202、203、204、205和/或可調(diào)諧光纖光柵209、210、211、212使得所監(jiān)控的放大曲線更匹配目標放大曲線的放大參數(shù)(例如，泵激光器驅(qū)動電流和/或可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值)。因此，控制單元206創(chuàng)建二級目標放大曲線加入到所監(jiān)控的放大曲線，產(chǎn)生一在放大波段更可靠處于目標放大曲線預定容許偏差范圍內(nèi)的新放大曲線。
一旦完成步驟S12，處理進行到步驟S14，其中控制單元206在數(shù)量上調(diào)節(jié)所影響的泵激光器的光輸出和/或可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值以實現(xiàn)二級目標放大曲線。然后，處理返回到步驟S8，繼續(xù)監(jiān)控和調(diào)節(jié)操作。
控制單元206通過調(diào)節(jié)單個泵激光器的輸出和/或單個泵激光器工作的中心波長來完成設置和保持一放大曲線。然而，也可通過調(diào)節(jié)相應組泵激光器的各自曲線來完成控制。如上所討論的，通過合成那組的泵激光器的相應增益曲線實現(xiàn)每個各自曲線。然后，當整個放大性能改變時，可調(diào)節(jié)各自增益本身以減少控制處理自由度的數(shù)量。例如，可迅速調(diào)節(jié)兩個各自曲線電平以對整個放大曲線產(chǎn)生斜率改變。如上所討論的，通過增加第二各自增益和/或減少第一各自的各自曲線增益可產(chǎn)生一正斜率。相反地，假如第一各自曲線增加和/或第二各自曲線減少，在整個放大性能中將產(chǎn)生一負斜率。
一基于計算機的模擬處理，如上所述，可用于有效確定每條各自曲線應調(diào)節(jié)量以實現(xiàn)所要的影響。例如，執(zhí)行兩個步驟的模擬處理，其中經(jīng)由各自分析(即，執(zhí)行確定與每個泵激光器相應增益電平的模擬以達到所想要的各自曲線)認定各自曲線。然后，執(zhí)行第二步驟，其中調(diào)節(jié)各自曲線電平以提供一所想要的一預定形狀的整體放大曲線。作為一個例子，在整個操作的初始安裝模式中(例如，圖22中的步驟S4)可發(fā)展各自曲線且然后在步驟S12執(zhí)行第二模擬步驟以認定應被調(diào)節(jié)以保持整體放大性能處于預定容許偏差之內(nèi)的相應各自曲線量。
關(guān)于初始建立各自曲線，本發(fā)明人觀察到由于在所要求的較低功率下希望有高有效增益，較長波長波段的各自增益曲線(第二各自曲線)將暫時基于想要的目標放大增益曲線設置。而且，第二各自曲線被設置在一有效高增益以確保第二各自曲線實際上解決了在放大波段的較長波長部分的增益。以此方法實現(xiàn)時，控制單元206無需設置第一各自增益曲線以匹配目標放大曲線和第二各自增益曲線之間差異。由于在較短波長組(即第一組)有較多泵激光器，則有更多泵激光器可用來創(chuàng)建一更復雜形狀的第一各自曲線。
而且，由于本發(fā)明的泵激光器是可調(diào)諧的，各泵激光器的中心波長，如模擬所確定的，也可由控制單元206調(diào)諧。本發(fā)明人已認識到通過具有一可調(diào)拉曼放大器，可安裝普通放大器并在安裝后調(diào)諧以實現(xiàn)想要的放大曲線。如上所討論的，允許將此場可調(diào)諧性設計成單個模塊用于各種系統(tǒng)中，這大大減少了于定制裝備相關(guān)的制造、庫存和開銷問題。
當設置第一各自曲線的形狀時，控制單元206可考慮附加條件。例如，附加條件之一是光學纖維的一些光纖損耗。在安裝拉曼放大器時確定此光纖損耗，并因拉曼放大器操作設置的不同而不同。光纖損耗隨著時間的過去而改變，也許操作者在一系統(tǒng)中靠近主拉曼放大器增加另一放大器，因此縮短了輸出光信號再次放大之前所經(jīng)過路徑。作為“附加條件”的又一例子，第一各自曲線適合補償泵對泵交互。圖28表示泵對泵交互將如何在較長波長(曲線“f”)擴展整個放大性能?？刂茊卧?06通過解釋附加條件，有可能改變相應各自曲線形狀，這使得整個放大性能最優(yōu)化，盡管在拉曼放大器操作中存在附加條件。
作為控制單元206如何調(diào)節(jié)各自曲線的簡單控制機制(與同時調(diào)節(jié)所有泵激光器相比較)的另一例，假設當平滑增益為目標時觀測到一斜增益。在此情況下，控制單元206可通過調(diào)節(jié)第一組泵和/或第二組泵的光輸出校正斜增益。一校正處理是增加每個泵的驅(qū)動電流知道整個增益曲線重調(diào)節(jié)成如圖26B的相關(guān)平滑整體增益曲線“f”。驅(qū)動電流增量然后被存儲在諸如主存904的一存儲器中以用于在未來情況下調(diào)節(jié)整體放大曲線時迅速檢索?？蛇x地，拉曼放大器可具有幾個可被激活并調(diào)諧的“熱備份”泵以提供在特殊波長上的放大從而消除斜率。
控制單元206可自動配置成通過調(diào)節(jié)各自曲線電平給予一斜增益。例如，假如整個光譜波段的光通信鏈路的通信參數(shù)是均一的，整個放大波段的一平滑增益則是適當?shù)?。然而，光學纖維損耗依賴于波長，并且因此當通過級聯(lián)放大器之間時，一些頻道的WDM信號較之其他信號衰減得更厲害。在此情況下，控制單元206通過調(diào)節(jié)各自曲線以創(chuàng)建一斜整體來“預強調(diào)”可能衰減得更厲害的光信號則可補償此操作條件。
以下將采用一數(shù)值例進一步解釋控制單元206實現(xiàn)的一簡單控制處理如何采用多組激光器來設置和保持在目標放大性能的預定容許偏差范圍內(nèi)的放大增益性能。假設各WDM光信號的功率，例如，頻道1-10，均在-20dBm。還假設拉曼放大器的凈目標增益大約是10dB，考慮抽頭耦合器和WDM耦合器的內(nèi)部損耗。隨后，拉曼放大器的實際每頻道輸出功率是均一并為-10dBm(即-20dBm+10dB)?？刂茊卧?06存有指示輸出信號電平的值，每頻道為-10dBm。因此，假如控制單元206在整個監(jiān)控操作器件確定每頻道的輸出信號高于或低于-10dBm信號電平一特定量，控制單元206能通過增加或減少各自曲線的適當量來抵消與預期輸出電平的偏差。例如，控制單元206可確定以下實際輸出功率和與目標值-10dBm的相應偏差

控制單元206然后將確定在采樣點之間存在一系列(即超過一個)偏差并因此在增益電平上下調(diào)節(jié)一各自曲線。通過觀測此系列偏差，控制單元206確定“二級目標放大曲線”?？刂茊卧ㄟ^增加第一組的各自增益而補償此偏差從而創(chuàng)建一更匹配目標放大曲線的更斜整體放大曲線。如果必要的話，可通過調(diào)節(jié)第一組泵激光器的光輸出從而進一步調(diào)節(jié)第一各自曲線。
可選地，控制單元206可參考存儲器來認定以前與目前觀測到的二級目標放大曲線相關(guān)的驅(qū)動電流調(diào)節(jié)。而且，存儲器存有多套用于第一和第二組的相應泵的驅(qū)動電流調(diào)節(jié)值，重新排列這些值來創(chuàng)建特殊二級目標放大曲線。由于只有一定量的預存二級目標放大曲線被保存在存儲器中，基于所觀測到的二級目標放大曲線來選擇“最接近”預存二級目標放大曲線，控制單元206執(zhí)行一最小平方分析。其他模式識別處理也可用于選擇與預存二級目標放大曲線相關(guān)的適當預存二級目標放大曲線，出于查詢驅(qū)動電流設置或可選地可調(diào)光線光柵波長調(diào)諧控制值設置的目的。
可選地，配置控制單元206以便確定偏差平均值并驗證此平均值是否在允許偏差范圍內(nèi)。例如，控制單元206可確定偏差平均值為0，這有時表示放大性能令人滿意。假如不在容許偏差范圍內(nèi)，控制單元206將適當增加/減少各自增益使之更接近實際輸出電平曲線和目標曲線之差(此例中即為-10dBm)。
而且，以上所示偏差對應于實際輸出功率與目標輸出功率之差。注意，然而，控制單元206可確定疊加規(guī)則的驅(qū)動電流，如上所討論的。
拉曼放大器可在各種可能影響確定工作認定最優(yōu)目標增益曲線的條件下工作。工作條件信息(例如如圖27中曲線“f”和“g”的差異的泵對泵交互)在步驟S2(圖22)被提供給控制單元206用于選擇最優(yōu)目標曲線。此信息源可在整個裝備安裝或周期再校正時被發(fā)現(xiàn)。當在步驟S2初始化目標增益曲線“g”時，諸如“f”的一實際增益曲線被觀測，在步驟S8和S10發(fā)現(xiàn)實際與預定性能的差異?？刂茊卧?06可觀測由于存在泵對泵交互而產(chǎn)生的此偏差，這在建立目標放大性能時步驟S2和S4并未考慮。一旦觀測到，圖22的處理可在步驟S2和S4重建立一考慮了存在泵對泵交互的新目標曲線，而不僅僅是簡單疊加。在此情況下，隨著用于發(fā)展目標放大性能的改進處理，所觀測到的從目標放大性能到所監(jiān)控放大性能的變化是有限的，因此需要較少調(diào)節(jié)來保持預定增益曲線。
當執(zhí)行監(jiān)控和分析處理步驟時，步驟S10和S12(圖22)也考慮了此附加條件信息(在此情況下是實現(xiàn)泵對泵交互)。由于此附加條件將反映在目標放大曲線中，或所觀測到的與目標放大曲線一致的偏差中，此信息是有用的。每組中的泵輸出電平或中心波長然后被必要地改變以保持目標放大性能(步驟S14)。
例如，控制單元206可逐漸增加或減少一輸出功率或調(diào)諧第一組中每泵的中心波長以影響第一組的各自放大曲線。假如在此增加或減少之后所觀測到的整體增益曲線仍然不在目標增益曲線的可允許的容許偏差范圍內(nèi)，控制單元206可再次逐漸增加或減少輸出功率或調(diào)諧每組泵的中心波長。
一查詢表，如表1所示，可用于實現(xiàn)此遞增逼近。也就是，控制單元206可為第一組一套四泵選擇第一曲線#1并從表中讀出每泵驅(qū)動電流(即，每泵500mA驅(qū)動電流)。假如實際放大曲線不等于目標放大曲線，控制單元可為第一組四泵選擇曲線#2。持續(xù)此遞增逼近知道實際放大曲線在目標放大曲線的允許偏差范圍內(nèi)。
表1-組1(四泵)

而且，查詢表1也可用來存儲對應于不同種放大曲線的不同驅(qū)動電流和/或不同可調(diào)諧光纖光柵波長調(diào)諧控制值。
例如，控制單元206利用如下所示的查詢表2提供用于一特定組泵的各種各自增益曲線。表2的值被選為例子表示可選擇不同值的集合。
表2-組1(四泵)

在此例中，控制單元206可確定增益曲線#2適合補償一光纖損耗特征(即，另一“附加條件”)?？刂茊卧?06然后從表中讀取必要驅(qū)動電流以達到所想要的第一組泵放大曲線?？刂茊卧?06從基于多種因素的表中選擇最好曲線(即，使實際輸出信號電平與目標輸出信號電平差異最小，并考慮到諸如光學損耗的任何附加條件的曲線)。例如，由于第一和第二組均具有低于目標增益曲線5dB的曲線，控制單元206可選擇曲線#3提供實際放大性能?？刂茊卧?06也可確定發(fā)生在對應于第一組泵的波長的增益落點?？刂茊卧?06可從表2中選擇曲線#1(例如，之前已被確定為補償5dB或更少損耗的最好曲線)。一旦曲線#1被選擇，從存儲器中查找與曲線#1相關(guān)的驅(qū)動電流并將其用到相應泵激光器。
采用控制單元206和泵設備的特定安排，可改變目標放大性能。在以下例中，即使系統(tǒng)參數(shù)已被改變，希望提供一用于一輸入相同系統(tǒng)性能，以此解釋目標放大性能。圖28-46表示即使通信條件已改變，控制單元206控制泵激光器以產(chǎn)生用于輸入WDM信號與整個系統(tǒng)性能相同的目標放大增益曲線的不同例子。
圖28是依據(jù)本發(fā)明另一泵設備71的示意圖，其中包括用于八個激光器81-88與一Mach-Zehnder干涉儀90耦合的“插槽”。泵81-88每個都具有由控制單元206設置的中心波長和驅(qū)動電流?？蛇x地，控制單元206可簡單地不將驅(qū)動電流運用到泵81-88中的一個或更多。此可選實施例使“普通泵設備”產(chǎn)品在一特殊操作條件下可充分配置/重配置。在此方法中，每個放大器無需為通信網(wǎng)絡特殊地方定制，例如，通過遠程設備控制器121將操作參數(shù)下載到拉曼放大器，普通放大器可遠程配置。在此情況下，至少一些泵激光器將可能不被控制單元206用來創(chuàng)建目標放大性能。盡管圖28未顯示，控制單元206通過總線28控制泵激光器81-88以調(diào)諧中心波長并設置泵81-88的驅(qū)動電流。
在此例中，關(guān)閉泵85和87，控制單元206將第一組泵調(diào)諧到工作在較短波長，將第二組泵調(diào)諧到較長波長，第一組泵的整體功率(即泵81、82、83、84的整體功率)比第二組泵的整體功率(即泵86和88的整體功率)大。由于控制單元調(diào)節(jié)第一組和第二組泵激光器的以形成當合成時產(chǎn)生平滑曲線的各自曲線，這提供了一平滑放大曲線。在圖28中，各組泵產(chǎn)生相同輸出功率，但被控制單元206調(diào)諧到工作在較長波長的泵的整體輸出功率被設置成足夠高以使得即使只使用了一部分泵也可保持平滑增益曲線。
在建立各自曲線之后，控制單元206可監(jiān)控實際WDM信號并通過調(diào)諧中心波長和/或設置驅(qū)動電流來控制每個工作泵以保持目標放大增益曲線?？蛇x地，控制單元206可監(jiān)控和控制兩組泵的實際放大曲線。
通過調(diào)諧中心波長和/或改變組內(nèi)被調(diào)諧成工作在最短和最長波長的泵激光器的貢獻，放大帶寬可被擴展或收縮。圖29表示可完成以上的另一例。如圖29，泵激光器的中心頻率而不是中心波長如圖所示。如圖，第一泵91的中心頻率被調(diào)諧成工作在211THz(波長1420.8nm)且第五泵95的中心頻率被調(diào)諧成工作在207THz(波長1448.3nm)，控制單元206將泵91-95調(diào)諧成彼此間隔1THz且泵91-95的光輸出經(jīng)由WDM合成器82合成為一較短波長組。此合成光然后經(jīng)由一耦合器99與從較長波長組輸出光合成，此較長波長組包括一工作在頻率205THz(波長1462.4nm)，與第五泵95間隔2THz的泵96。
圖30表示用于如圖29的泵91-96的拉曼放大曲線。曲線“A”表示所有泵91-96的整體放大性能，曲線“B”表示一組較短波長的第一五泵91-95的總體放大性能，以及曲線“C”表示第六泵96放大性能曲線。圖31的細線對應于用于第一五泵91-95中每個的放大曲線。通過以間隔1THz多路分解泵91-95的光輸出，通過向右向下擴展形成一平滑曲線(即曲線“B”)。而且，通過將曲線“B”加到由于第六泵96的光輸出(即曲線“C”)而向右和向上擴展的放大曲線(圖30)，一整體拉曼放大器曲線實際上平滑如曲線“A”。而且，如圖30的細線所示，第一放大曲線的突出和另一放大曲線的凹入在間隔為1THz時可相互取消。
圖31是如圖30的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，10dB的放大帶寬從196THz(波長1526.6nm)擴展到193THz(波長1553.3nm)而且達到大約0.1dB的增益偏差。
圖32表示當控制單元206將圖29中泵96的中心頻率調(diào)諧到與第五泵95間隔2.5THz(而不是如圖29一樣與第五泵間隔2.0THz)時的放大曲線。與圖30類似，曲線“A”表示整體放大曲線，曲線“B”表示第一五泵91-95的總體放大曲線，以及曲線“C”表示第六泵96的放大性能曲線。而且，細線對應于用于第一五泵91-95中各放大曲線。
圖33是如圖32的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，峰值放大在10dB，放大帶寬從大約196THz(波長1529.6nm)擴展到大約192THz(波長1561.2nm)且達到大約0.1dB的增益偏差。而且，放大帶寬比圖31所示的寬，但在帶寬中間部分有較大波動。由于第五泵95和第六泵96之間的間隔較大(即不是2.0THz而不是2.5THz)則產(chǎn)生波動。因此，如圖33，可達到一較大放大帶寬，但在帶寬中間存在一角度波動。通過將備用泵激光器間隔調(diào)諧成低于產(chǎn)生用于發(fā)展曲線“B”的最短波長的泵激光器的中心頻率且高于用于發(fā)展如圖30的曲線“C”的最長波長的中心頻率，從而擴展帶寬。盡管采用備用泵比不采用備用泵花銷更大，拉曼放大器可迅速容易地從，例如，一用來調(diào)諧放大帶寬的遠程設備控制器121中配置。
圖34是依據(jù)本發(fā)明的另一拉曼放大器的示意圖。在此例中，控制單元206將第一泵101的頻率調(diào)諧成工作在211THz(波長1420.8nm)，將第二至第八泵102-108的頻率調(diào)諧成工作在從210THz(波長1427.6nm)至204THz(波長1469.6nm)?？刂茊卧?06將泵101-108的每個調(diào)諧成彼此間隔1THz。然而，還應注意，一或多個泵(例如，泵106、107)可不用(盡管它們?nèi)匀辉诶糯笃髦惺沟梅糯髱捒蓜討B(tài)重配置，如上所述)。而且，控制單元調(diào)諧相鄰工作泵的波長間隔使之包括在6nm至35nm范圍內(nèi)。而且，被調(diào)諧工作在(相對于最短和最長中心波長之間的中間波長)較短的波長側(cè)的泵數(shù)量大于被調(diào)諧工作在較長波長側(cè)的泵數(shù)量。也就是，泵被調(diào)諧使得在第一泵101和第八泵108之間的中心頻率大約是207.5THz。因此，泵101-104(即四泵)被調(diào)諧工作在較短波長側(cè)而泵105和108(即兩泵)被調(diào)諧工作在較長波長側(cè)。
圖35表示當使用如圖34所示的泵101-105和108時產(chǎn)生的拉曼放大器曲線。曲線“A”表示整體放大曲線，曲線“B”表示第一五泵101-105的總體放大曲線，以及曲線“C”表示第八泵108的放大曲線。而且，細線表示第一五泵101-105中各放大曲線。
圖36是如圖35的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，峰值放大在10dB，放大帶寬從大約196THz(波長1529.6nm)擴展到大約192THz(波長1561.2nm)且達到大約0.1dB的增益偏差。注意放大帶寬比如圖31和33的放大帶寬寬。這是因為第八泵108被調(diào)諧成與相鄰工作泵105具有更大間隔(即3THz)。
圖37是依據(jù)本發(fā)明的還一拉曼放大器的示意圖。在此例中，控制單元206將第一泵111的頻率調(diào)諧成工作在211THz(波長1420.8nm)，將第二至第八泵112-118的頻率調(diào)諧成工作在從210THz(波長1427.6nm)至204THz(波長1469.6nm)。而且，每泵被調(diào)諧成間隔1THz。在此例中，第五和第六泵115和116未使用。而且，相鄰工作泵的波長間隔被調(diào)諧成包括在6nm至35nm范圍內(nèi)。而且，被調(diào)諧工作在(較短的波長側(cè)的泵數(shù)量大于被調(diào)諧工作在較長波長側(cè)的泵數(shù)量。
圖38表示如圖37的泵111-114和117-118的拉曼放大曲線。曲線“A”表示整體放大曲線，曲線“B”表示第一四泵111-1145的總體放大曲線，以及曲線“C”表示第七和第八泵107和108的總體放大曲線。細線表示每個工作泵111-114和117-118的各放大曲線。
圖39是如圖38的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，峰值放大在10dB，放大帶寬從大約196THz(波長1529.6nm)擴展到大約191THz(波長1569.6nm)且達到大約0.1dB的增益偏差。而且，在此例中，注意圖38的曲線“C”是由泵117和118的各放大曲線形成，而圖35的放大曲線“C”是由單個泵108形成。而且，泵117和118產(chǎn)生的最大增益大約為5dB(參看圖37)，而單個泵108產(chǎn)生的最大增益大約為8dB。因此，在圖38中，泵117和118可在比驅(qū)動單個泵較小的輸出功率輸出。
圖40是依據(jù)本發(fā)明的還一拉曼放大器的示意圖。在此例中，泵設備包括一套十三個泵121-133?？刂茊卧?06將每個泵調(diào)諧成分隔1THz且第一泵121被調(diào)諧成具有中心頻率211THz(波長1420.8nm)且第十三泵133被調(diào)諧成具有中心頻率199THz(波長1506.5nm)。第十一和十二泵131未使用(例如，控制單元206為將驅(qū)動電流提供給泵131和132)。而且，相鄰工作泵間隔被調(diào)諧包括在6nm至35nm范圍內(nèi)，而且被調(diào)諧成在較短波長側(cè)工作的泵數(shù)量大于被調(diào)諧在較長波長側(cè)工作的泵數(shù)量。
在圖41中，曲線“A”表示整體放大曲線，曲線“B”表示第一至第十泵的總體放大曲線，以及曲線“C”表示第十三泵放大曲線。而且，細線表示第一至第十泵的各放大曲線。圖42是如圖41的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，峰值放大在10dB，放大帶寬從大約196THz(波長1529.6nm)擴展到大約186THz(波長1611.8nm)且達到大約0.1dB的增益偏差。因此，通過調(diào)諧附加泵使之在較長波長工作，增益去向可被擴展。當目標性能從如圖35所示變?yōu)槿鐖D38，泵配置也應該從如圖34所示變?yōu)槿鐖D37。參照如圖28、29、34、37和40的實施例所討論的，控制單元206可通過將備用泵與泵電路接通/斷開從而調(diào)諧它們的中心頻率來完成(這些圖中未示出)帶寬改變。控制單元206可響應由，例如，遠程設備控制器121通過網(wǎng)絡122發(fā)出的命令消息，實現(xiàn)帶寬改變。
圖43表示泵130和131(而不是泵131和132)未使用時控制單元206確定的放大曲線。而且，相鄰工作泵的間隔被調(diào)諧成包括在6nm至35nm范圍內(nèi)，且被調(diào)諧成在較短波長側(cè)工作的泵數(shù)量大于且被調(diào)諧成在較長波長側(cè)工作的泵數(shù)量。在圖43中，曲線“A”表示整體放大曲線，曲線“B”表示第一至第九泵的總體放大曲線，以及曲線“C”表示第十二和十三泵的總體放大曲線。而且，細線表示工作泵的各放大曲線。
圖44是如圖43的整體放大曲線“A”的放大圖。如圖所示，峰值放大在10dB，放大帶寬從大約196THz(波長1529.6nm)擴展到大約186THz(波長1611.8nm)且達到大約0.1dB的增益偏差。而且，很明顯從圖41和43的曲線“C”比較來看，在一較低輸出值(如圖43)可驅(qū)動兩泵，而不是在一較高輸出功率(如圖41)驅(qū)動單個泵。
圖45是描述依據(jù)本發(fā)明第二方面控制單元206操作過程的流程圖。步驟S6、S8、S10、S12和S14與如圖22所示相同，因此將不再詳細描述這些步驟。如圖45的操作過程與如圖22的不同在于控制單元206將一現(xiàn)有放大曲線(步驟S3)變成一新的具有不同放大帶寬的目標放大性能。例如，需要增加放大帶寬以適應附加頻道(例如，隨著網(wǎng)絡容量增長)。在此情況下，網(wǎng)絡工程師可(例如，通過鍵盤和鼠標、或經(jīng)由遠程設備控制器121遠程)指示控制單元206增加(或減少)放大帶寬。
控制單元206然后確定參數(shù)以產(chǎn)生新目標曲線(步驟S32)。例如，參照以上對如圖31、33、36、39、42和44的整體放大曲線的討論，通過調(diào)諧泵可增加一放大帶寬從而增加具有最大中心波長的泵與具有其次大中心波長的泵之間的波長間隔。也就是說，通過如圖29的安排(其中泵96被調(diào)諧成與泵95間隔2THz)產(chǎn)生如圖31的放大帶寬，通過調(diào)諧泵96和95產(chǎn)生如圖32的放大帶寬從而使得泵96與泵95間隔2.5THz，且通過調(diào)諧泵108和105產(chǎn)生如圖36的放大帶寬從而使得泵108(參看圖35)與泵105間隔3THz。因此，控制單元206可通過調(diào)諧泵中心波長來動態(tài)改變泵之間波長間隔從而改變現(xiàn)有放大曲線。例如，假設一泵設備包括七個泵，每個均被調(diào)諧成間隔1THz。然后，依據(jù)本發(fā)明的第二方面，控制單元206只將驅(qū)動電流用于第一至第四泵和第七泵。這將導致與圖29所示的安排類似。
在另一例中，控制單元206可確定某一泵不以所要求的輸出功率工作，且然后接通或斷開某些泵以補償缺陷泵。例如，參照圖34，假設第八泵108未正確產(chǎn)生8dB的增益，而產(chǎn)生了5dB增益。在此情況下，控制單元206可將驅(qū)動電流用于第七泵107(之前被斷開)，因此泵107產(chǎn)生5dB增益。注意此例類似于圖37所示，其中可操作兩相鄰泵從而每泵產(chǎn)生5dB增益，而不是8dB。也就是說，為了像如圖37所示的泵設備一樣工作，第五泵105可被斷開。
因此，控制單元206可配置成將現(xiàn)有拉曼放大曲線改變成具有一不同放大帶寬。此改變可由來自網(wǎng)絡工程師(本地或遠程)的外部命令初始化或由控制單元206本身要求。也就是說，如上所述，控制單元206可(即通過控制單元206的監(jiān)控能力)確定某一泵不產(chǎn)生所要求的增益，然后改變一現(xiàn)有放大曲線。
現(xiàn)在回到圖46，此圖為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的操作過程的示意圖。更詳細地，圖46中三個級聯(lián)拉曼放大器30、32和34受遠程設備控制器121遠程控制。在此例中，遠程設備控制器121可改變第一拉曼放大器的整體放大曲線以影響在下一拉曼放大器的改變。例如，遠程設備控制器121可確定拉曼放大器中的一泵(或多泵)不工作。遠程設備控制器121然后可增加工作在拉曼放大器30中的一相應泵輸出功率(或調(diào)諧中心頻率)從而波長由拉曼放大器32中不工作的泵造成的影響。注意遠程設備控制器121也可增加拉曼放大器34中的一相應泵輸出功率(或調(diào)諧中心頻率)從而補償拉曼放大器32中不工作的泵造成的影響。也就是說，遠程設備控制器121能控制多個級聯(lián)拉曼放大器的整個操作從而增強整個網(wǎng)絡操作。
而且，遠程設備控制器121可通過一互聯(lián)網(wǎng)(如前所討論的)與每個拉曼放大器連接。因此，一網(wǎng)絡工程師可通過遠程設備控制器121有效監(jiān)控網(wǎng)絡。遠程設備控制器121可包括一可從其他位置經(jīng)由諸如MICROSOFT EXPLORER的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器訪問的網(wǎng)站。在此情況下，可持續(xù)監(jiān)控每個拉曼放大器30、32和34的工作狀態(tài)。每個拉曼放大器30、32和34可包括一提供周期狀態(tài)消息給遠程設備控制器121的內(nèi)置報告機構(gòu)?？蛇x地，遠程設備控制器可將一Java、ActiveX或其他可執(zhí)行文件下載到拉曼放大器30、32和34，然后收集用于自動回報給遠程設備控制器121的狀態(tài)信息。在此方法中，一網(wǎng)絡操作者可觀測用于各拉曼放大器30、32、34的不同目標放大曲線并采取正確行動以幫助系統(tǒng)的平衡操作，從而最優(yōu)化系統(tǒng)性能。
遠程設備控制器121和各拉曼放大器采用了網(wǎng)絡接口和處理軟件來上載和下載用于在任意放大器或控制器121處以及經(jīng)由萬維網(wǎng)在遠程位置的網(wǎng)絡操作者和技術(shù)員檢查的活動內(nèi)容。萬維網(wǎng)如何工作，包括諸如網(wǎng)絡瀏覽器和網(wǎng)頁的通信工具，以上在Gralla.P《互聯(lián)網(wǎng)如何工作》，Que，1999的第122-166頁均有討論，在此不再贅述。同樣，網(wǎng)絡資源間活動內(nèi)容的傳輸在Gralla第170-210頁也有討論，在此也不贅述。
本發(fā)明可利用通用的數(shù)字計算機或微處理器依據(jù)本發(fā)明說明書的教導編程而方便地實現(xiàn)，這對于計算機專業(yè)的普通技術(shù)人員是顯而易見的。技術(shù)熟練的程序員基于本發(fā)明的教導很容易準備適當?shù)能浖幋a，這對于軟件專業(yè)的普通技術(shù)人員是顯而易見的。通過準備專用集成電路或?qū)鹘y(tǒng)組件電路進行適當網(wǎng)絡互連也可實現(xiàn)本發(fā)明，這對于本領域普通技術(shù)是顯而易見的。
本發(fā)明包括一計算機程序產(chǎn)品，它為一包括用于編程計算機使之執(zhí)行本發(fā)明處理的指令的存儲介質(zhì)。此存儲介質(zhì)可包括，但不局限于，一種盤，包括軟盤、光盤、CD-ROM和磁光盤、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁或光卡、或包括任何種類的純軟件發(fā)明(例如，字符處理、記帳、涉及互聯(lián)網(wǎng)等的產(chǎn)品)的適合存儲電子指令的介質(zhì)。
很明顯，按照以上教導可對本發(fā)明進行諸多修改和改變。因此，本發(fā)明在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)均可實現(xiàn)而不局限于說明書所描述的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種拉曼放大器的可調(diào)多態(tài)泵源，包括一激光組件，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自激光組件的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，在預定可調(diào)范圍內(nèi)可對其中心反射波長進行可控制的調(diào)節(jié)，所述的預定反射帶寬用于將部分所述光反射回所述激光組件以便穩(wěn)定光的中心波長并將光的帶寬限制為屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的多縱模。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述光柵形成在所述光纖上。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述光柵是光纖布拉格光柵。
4.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定反射帶寬小于所述激光組件所發(fā)射的激光帶寬。
5.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定反射帶寬小于或等于2nm。
6.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中預定反射帶寬包含在0.5nm到1nm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述可調(diào)光纖光柵的中心反射波長在所述預定可調(diào)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
8.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定可調(diào)范圍至少是60nm。
9.如權(quán)利要求8所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定可調(diào)范圍至少是40nm。
10.如權(quán)利要求9所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定可調(diào)范圍至少是20nm。
11.如權(quán)利要求10所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定可調(diào)范圍至少是10nm。
12.如權(quán)利要求11所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述預定可調(diào)范圍至少是2nm。
13.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，進一步包括一調(diào)諧機構(gòu)，用于對所述可調(diào)光纖光柵施于一定量的預定機械作用的拉伸，這使得所述中心波長從位于預定可調(diào)范圍內(nèi)的第一波長偏移到位于所述預定可調(diào)范圍內(nèi)的第二波長。
14.如權(quán)利要求13所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一壓電元件，以及一控制桿組合，用機械的方法將該裝置與壓電元件相耦合；用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵耦合到所述控制桿組合，以便當將預定電壓提供給所述壓電元件時，控制桿組合對可調(diào)光纖光柵施加拉伸形變。
15.如權(quán)利要求14所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述可調(diào)結(jié)構(gòu)包括基于處理器的一控制器，該控制器產(chǎn)生了所述的預定電壓，該電壓使中心反射波長從所述第一波長偏移到所述第二波長。
16.如權(quán)利要求13所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一壓電元件，以及一控制桿組合，用機械的方法將該裝置與壓電元件相耦合；并且用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵耦合到所述控制桿組合，以便當將預定電壓提供給所述壓電元件時，控制桿組合對可調(diào)光纖光柵施加壓縮形變。
17.如權(quán)利要求16所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述可調(diào)結(jié)構(gòu)包括基于處理器的一控制器，該控制器產(chǎn)生了所述的預定電壓，該電壓使中心反射波長從所述第一波長偏移到所述第二波長。
18.如權(quán)利要求13所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一可移動的平臺，用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵的一端耦合到該平臺的一端，并且用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵的另一端耦合到另一平臺，以便當所述可移動平臺從所述另一平臺開始移動預定的距離時，將預定量的形變施加到所述可調(diào)光纖光柵。
19.如權(quán)利要求18所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中當可移動的平臺在一方向上移動時，在所述可調(diào)光纖光柵上設置預定的壓縮形變；并且當可移動的平臺在另一方向上移動時，在所述可調(diào)光纖光柵上設置預定的拉伸形變；
20.如權(quán)利要求18所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一機電設備，該裝置將控制信號轉(zhuǎn)換成機械力，該機械力可使所述可移動平臺移動預定的距離。
21.如權(quán)利要求13所述的可調(diào)多態(tài)泵源，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一加熱機制，該加熱機制使所述可調(diào)光纖光柵的溫度變化預定的數(shù)量以便將所述中心反射波長從所述第一波長偏移到所述第二波長。
22.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)多態(tài)泵源，進一步包括一半導體光放大器，位于可調(diào)光纖光柵和另一光纖光柵之間，其中可調(diào)光纖光柵和另一光纖光柵是采樣的光纖光柵。
23.用于對放大介質(zhì)中的WDM光信號進行放大的可調(diào)拉曼放大器，包括一可調(diào)多態(tài)泵源，包括一激光組件，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自激光組件的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，在預定可調(diào)范圍內(nèi)可對其中心反射波長進行可控制的調(diào)節(jié)，所述的預定反射帶寬用于將部分所述光反射回所述激光組件以便穩(wěn)定光的中心波長并將光的帶寬限制為屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的多縱模；一光耦合器，用于光互連可調(diào)多態(tài)泵源和放大介質(zhì)，以便提供其上具有多縱模的屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的光；以及一調(diào)諧機構(gòu)，可控制的改變所述可調(diào)光纖光柵的反射特性并使所述中心波長從位于預定可調(diào)范圍內(nèi)的第一波長改變?yōu)槲挥谒鲱A定可調(diào)范圍內(nèi)的第二波長。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，進一步包括一控制器，該控制器具有一存儲器，用于存儲計算機可讀指令；以及一處理器，用于執(zhí)行所述計算機可讀指令并產(chǎn)生一控制信號以提供給所述調(diào)諧機構(gòu)以便將中心波長從第一波長改變到第二波長。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的拉曼放大器，其中所述控制器具有一接口，該接口用于接收來自外部設備的控制指令以改變拉曼放大器的放大帶寬；所述處理器用于形成一控制信號以響應所述控制指令，以便調(diào)諧機構(gòu)使中心反射波長改變預定的數(shù)量，因此而改變放大帶寬以與來自外部設備的控制指令中所指定放大帶寬一致。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，進一步包括一抽頭耦合器，用于為處理器提供來自拉曼放大器的采用WDM輸出信號，其中當中心波長不在所述第一波長和所述第二波長中至少一個波長的預定容許誤差范圍內(nèi)時，處理器根據(jù)所述采樣的WDM輸出信號進行判斷并形成控制信號以將中心反射波長重新設置為所述第一波長和所述第二波長中的至少一個波長。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，其中一抽頭耦合器，用于為處理器提供來自拉曼放大器的采用WDM輸出信號，其中當WDM光信號的信號帶寬內(nèi)存在四波混頻分量時，處理器根據(jù)采樣的WDM輸出信號進行判斷，并且當存在四波混頻分量時，處理器提供了控制信號以調(diào)節(jié)中心反射波長以便從WDM光信號的信號帶寬中去除四波混頻分量。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，進一步包括另一個激光器組件，用于發(fā)射第二波長的多態(tài)光，其中所述處理器用于提供所述具有指示信號的控制信號以將中心波長變?yōu)樗龅诙ㄩL以響應接收一個用于指示所述另一個激光組件具有故障的指示信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，進一步包括另一個可調(diào)的多態(tài)泵源，其中所述控制器提供了第二控制信號以便控制所述可調(diào)多態(tài)泵源和另一個可調(diào)多態(tài)泵源中的至少一個泵源的光輸出功率，使得可調(diào)節(jié)的控制拉曼放大器的預定增益曲線在預定的放大帶寬上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的拉曼放大器，其中在所述WDM光信號的整個信號帶寬上，所述預定增益曲線具有至多1dB的波動。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的拉曼放大器，其中所述處理器用于確定所述第二波長和所述光輸出功率的能級以便通過所述仿真和查表處理中的至少一個來產(chǎn)生所述預定增益曲線。
32.根據(jù)權(quán)利要求25的拉曼放大器，其中所述接口與因特網(wǎng)連接以接收來自遠程計算機和相鄰拉曼放大器中的至少一個的信息，相鄰拉曼放大器通過放大介質(zhì)而與拉曼放大器相連。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的拉曼放大器，其中所述計算機可讀介質(zhì)指令包括通過因特網(wǎng)而接收的Java和ActiveX指令中的至少一個。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的拉曼放大器，其中所述處理器用于通過所述接口來接收與相鄰拉曼放大器的操作狀態(tài)相關(guān)的操作環(huán)境，以便使所述處理器來確定另一個波長以調(diào)節(jié)可調(diào)光纖光柵以抵消在所述拉曼放大器的放大性能方面的變化。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的拉曼放大器，進一步包括另一個激光器組件，與所述可調(diào)光纖光柵光耦合并用于發(fā)射具有另一波長帶寬上的多縱模的光，該另一波長帶寬是由所述第二激光器組件產(chǎn)生的，其中當中心反射波長被調(diào)節(jié)到位于所述激光器組件所發(fā)射的激光帶寬之外時，由所述可調(diào)光纖光柵來反射來自其他激光器組件的光。
36.根據(jù)權(quán)利要求25的拉曼放大器，其中所述處理器用于選擇來自所述第一激光器組件和所述第二激光器組件中的至少一個激光器組件的光以提供給所述可調(diào)光纖光柵。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的拉曼放大器，其中可控轉(zhuǎn)換器用于選擇性的轉(zhuǎn)換來自所述第一激光器組件和所述第二激光器組件中的至少一個激光器組件的光以提供給所述可調(diào)光纖光柵。
38.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，其中所述光柵是形成在所述光纖上的布拉格光柵。
39.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，其中調(diào)諧機構(gòu)用于在所述預定可調(diào)范圍內(nèi)連續(xù)的調(diào)節(jié)所述可調(diào)光纖光柵的中心反射波長。
40.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，其中所述預定可調(diào)范圍至少是60nm。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的拉曼放大器，其中所述預定可調(diào)范圍至少是40nm。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的拉曼放大器，其中所述預定可調(diào)范圍至少是20nm。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的拉曼放大器，其中所述預定可調(diào)范圍至少是10nm。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的拉曼放大器，其中所述預定可調(diào)范圍至少是2nm。
45.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，其中一調(diào)諧機構(gòu)，用于對所述可調(diào)光纖光柵施于一定量的預定機械作用的拉伸，這使得所述中心波長從位于預定可調(diào)范圍內(nèi)的第一波長偏移到位于所述預定可調(diào)范圍內(nèi)的第二波長。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的拉曼放大器，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一壓電元件，以及一控制桿組合，用機械的方法將該裝置與壓電元件相耦合；用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵耦合到所述控制桿組合，以便當將預定電壓提供給所述壓電元件時，控制桿組合對可調(diào)光纖光柵施加拉伸形變，這使得中心波長從第一波長偏移到所述第二波長。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的拉曼放大器，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一壓電元件，以及一控制桿組合，用機械的方法將該裝置與壓電元件相耦合；并且用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵耦合到所述控制桿組合，以便當將預定電壓提供給所述壓電元件時，控制桿組合對可調(diào)光纖光柵施加壓縮形變。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的拉曼放大器，其中所述可調(diào)結(jié)構(gòu)包括基于處理器的一控制器，該控制器產(chǎn)生了所述的預定電壓，該電壓使中心反射波長從所述第一波長偏移到所述第二波長。
49.根據(jù)權(quán)利要求45的拉曼放大器，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一可移動的平臺，用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵的一端耦合到該平臺的一端，并且用機械的方法將所述可調(diào)光纖光柵的另一端耦合到另一平臺，以便當所述可移動平臺從所述另一平臺開始移動預定的距離時，將預定量的形變施加到所述可調(diào)光纖光柵。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的拉曼放大器，其中當可移動的平臺在一方向上移動時，在所述可調(diào)光纖光柵上設置預定的壓縮形變；并且當可移動的平臺在另一方向上移動時，在所述可調(diào)光纖光柵上設置預定的拉伸形變。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的拉曼放大器，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一機電設備，該裝置將控制信號轉(zhuǎn)換成機械力，該機械力可使所述可移動平臺移動預定的距離。
52.根據(jù)權(quán)利要求45的拉曼放大器，其中所述調(diào)諧機構(gòu)包括一加熱機構(gòu)，該加熱機構(gòu)使所述可調(diào)光纖光柵的溫度變化預定的數(shù)量以便將所述中心反射波長從所述第一波長偏移到所述第二波長。
53.根據(jù)權(quán)利要求23的拉曼放大器，進一步包括一半導體光放大器，位于可調(diào)光纖光柵和另一光纖光柵之間，其中可調(diào)光纖光柵和另一光纖光柵是采用的光纖光柵。
54.用對放大介質(zhì)中的WDM光信號進行放大的可重新配置的拉曼放大器，包括多個可調(diào)多態(tài)泵源，每一個均包括一激光組件，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自激光組件的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，在預定可調(diào)范圍內(nèi)可對其中心反射波長進行可控制的調(diào)節(jié)，所述的預定反射帶寬用于將部分所述光反射回所述激光組件以便穩(wěn)定光的中心波長并將光的帶寬限制為屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的多縱模；一光耦合器，用于將來自多個可調(diào)多態(tài)泵源的光提供給放大介質(zhì)；一存儲器，將用于描述所述多個可調(diào)多態(tài)泵源的不同中心波長的預定中心波長值保存在這里以在所述放大介質(zhì)中產(chǎn)生預定增益的曲線；一調(diào)諧機構(gòu)，用于接收所述調(diào)諧機構(gòu)的控制信號以將所述多個可調(diào)多態(tài)泵源調(diào)節(jié)到所述不同的中心波長上以便在所述放大介質(zhì)中實現(xiàn)所述預定增益的曲線。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的可重新配置的拉曼放大器，其中所述多個可調(diào)多態(tài)泵源均用作一般的可調(diào)多態(tài)泵源，可將這些泵源調(diào)節(jié)到所述不同中心反射波長的任一波長上。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的可重新配置的拉曼放大器，其中一旦安裝了所述拉曼放大器以供操作環(huán)境使用，那么調(diào)諧機構(gòu)最初將多個可調(diào)多態(tài)泵源調(diào)節(jié)到所述不同的中心波長上。
57.用于調(diào)節(jié)拉曼放大器的放大曲線的方法，該拉曼放大器具有一個與可調(diào)光纖光柵相耦合的多態(tài)泵源，該方法包括步驟在調(diào)諧機構(gòu)處接收放大曲線要求；從存儲器中檢索一參數(shù)，該參數(shù)是與將所述可調(diào)光纖光柵調(diào)節(jié)到與實現(xiàn)所述放大曲線要求相關(guān)的預定中心反射波長上有關(guān)；并且將可調(diào)信號提供給所述調(diào)諧機構(gòu)以便將所述可調(diào)光纖光柵的中心反射波長改變?yōu)樗鲱A定中心反射波長。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進一步包括步驟比較所述放大曲線增益要求與所述拉曼放大器所呈現(xiàn)出的放大曲線；以及當在所述比較步驟中確定出所述拉曼放大器所呈現(xiàn)出的放大曲線在所述放大曲線要求的預定容許誤差范圍內(nèi)，則將所述調(diào)節(jié)信號提供給所述調(diào)諧機構(gòu)。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，進一步包括步驟調(diào)節(jié)所述多態(tài)泵源的光輸出功率以便實現(xiàn)所述放大增益曲線要求。
60.拉曼放大器的可調(diào)多態(tài)泵源，包括一裝置，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自發(fā)射裝置的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，該反射帶寬具有一中心反射波長；以及一裝置，用于在預定可調(diào)范圍內(nèi)可對所述可調(diào)光纖光柵的中心反射波長進行可控制的調(diào)節(jié)，所述的預定反射帶寬用于將至少部分所述光反射回所述激光組件以便穩(wěn)定光的中心波長并將光的帶寬限制為屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的多縱模。
61.用于對放大器介質(zhì)中的WDM信號進行放大的可調(diào)拉曼放大器，包括一可調(diào)多態(tài)泵源，包括一裝置，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來發(fā)射裝置的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，該預定的反射帶寬具有一中心反射波長；一裝置，用光學的方法互連可調(diào)多態(tài)泵源和放大介質(zhì)，以便將其上具有多縱模的屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的光提供給放大介質(zhì)；以及一裝置，用于改變所述可調(diào)光纖光柵的反射特性并使所述中心波長從第一波長改變?yōu)槲挥陬A定可調(diào)范圍內(nèi)的第二波長。
62.用對放大介質(zhì)中的WDM光信號進行放大的可重新配置的拉曼放大器，包括多個可調(diào)多態(tài)泵源，每一個均包括一裝置，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自發(fā)射裝置的光；一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，該預定的反射帶寬具有一中心反射波長；一裝置，用于將來自多個可調(diào)多態(tài)泵源的光提供給放大介質(zhì)；一裝置，用于存儲用于表示所述多個可調(diào)多態(tài)泵源的預定中心波長值的數(shù)據(jù)以便在所述放大介質(zhì)中產(chǎn)生預定增益的曲線；一裝置，用于將所述多個可調(diào)多態(tài)泵源調(diào)節(jié)到所述預定中心反射波長上以便在所述放大介質(zhì)中實現(xiàn)所述預定增益的曲線。
63.用于調(diào)節(jié)拉曼放大器的放大曲線的控制器，該拉曼放大器具有一個與可調(diào)光纖光柵相耦合的多態(tài)泵源，該控制器包括一裝置，用于接收來自遠端源和存儲器中的至少一個的放大曲線要求；一裝置，用于從存儲器中檢索一參數(shù)，該參數(shù)是與將所述可調(diào)光纖光柵調(diào)節(jié)到與實現(xiàn)所述放大曲線要求相關(guān)的預定中心反射波長上有關(guān)；并且一裝置，將可調(diào)信號提供給所述調(diào)諧機構(gòu)并調(diào)節(jié)所述可調(diào)光纖光柵以便將其中心反射波長改變?yōu)樗鲱A定中心反射波長。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的控制器，進一步包括一裝置，用于比較所述放大曲線增益要求與所述拉曼放大器所呈現(xiàn)出的放大曲線；一裝置，當在所述比較步驟中確定出所述拉曼放大器所呈現(xiàn)出的放大曲線在所述放大曲線要求的預定容許誤差范圍內(nèi)，則將所述調(diào)節(jié)信號提供給所述調(diào)諧機構(gòu)。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的控制器，進一步包括一裝置，用于調(diào)節(jié)所述多態(tài)泵源的光輸出功率以便實現(xiàn)所述放大增益曲線要求。
66.一個光通信系統(tǒng)，包括第一拉曼放大器；第二拉曼放大器；一控制器，用于監(jiān)測所述第一拉曼放大器的放大曲線并將一控制信號發(fā)送到所述第二拉曼放大器以便指示所述第二拉曼放大器改變其可調(diào)放大曲線的形狀，因此可對所述第一放大器的所述放大曲線中的已監(jiān)測的誤差進行補償；并且一光纖，用于通過該光纖來傳送WDM光信號，所述第一拉曼放大器用光學的方法來放大具有第一預定放大曲線的所述WDM光信號，其中所述第二拉曼放大器學用光學的方法來放大具有可調(diào)放大曲線的所述WDM光信號，所述第二拉曼放大器包括一可調(diào)多態(tài)泵源，該泵源具有一激光器組件，用于發(fā)射具有多縱模的光；一個被排列的光纖，用于接收來自激光器組件的光；以及一可調(diào)光纖光柵，該光柵與所述光纖相耦合且具有預定的反射帶寬，該預定的反射帶寬具有一中心反射波長，在預定可調(diào)范圍內(nèi)可對其中心反射波長進行可控制的調(diào)節(jié)，所述預定反射帶寬用于將至少一部分所述光反射回所述激光器組件以便穩(wěn)定光的中心波長并將光的帶寬限制為屬于預定反射帶寬范圍內(nèi)的多縱模。
全文摘要
本發(fā)明提出了一個可調(diào)的多態(tài)波分多路復用拉曼泵、放大器、一系統(tǒng)、方法、以及用于控制可調(diào)拉曼泵和放大器的計算機程序產(chǎn)品。泵源的可調(diào)節(jié)性是通過形變或加熱外部光纖光柵而實現(xiàn)的，因此可使泵源發(fā)射不同波長的光。該系統(tǒng)包括一個基于微處理器的控制器，該控制器監(jiān)測放大器的性能并且可對放大器的可調(diào)泵的驅(qū)動電流和/或波長進行調(diào)節(jié)以實現(xiàn)目標性能。
文檔編號H04J14/02GK1445600SQ03119320
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者本杰明·J·埃格爾頓, 保羅·斯坦恩沃澤爾, 江守義弘, 並木守, 藤崎昭, 木村俊夫 申請人:美國飛泰爾有限公司