專利名稱：用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置，用于對(duì)用于光通信的光放大器的信號(hào)增益進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
在光纖通信中，已提出波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)作為用于增大傳輸容量的系統(tǒng)。在WDM系統(tǒng)中，使用一種用于補(bǔ)償光纖中的傳輸損耗的光放大器，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。作為用于WDM系統(tǒng)的光放大器，例如，使用了摻雜稀土元素的光纖放大器、拉曼(Raman)放大器或者半導(dǎo)體光放大器。作為在實(shí)際系統(tǒng)中通常采用的一種光放大器，存在一種摻鉺光纖放大器(EDFA)。在實(shí)踐中將EDFA用作為能夠?qū)μ幱?530nm至1566nm的C波段(傳統(tǒng)波段)(該波段的光纖損耗較低)的光或者對(duì)處于1570nm至1610nm的L波段(長(zhǎng)波段)的光進(jìn)行放大的光放大器。此外，近年來(lái)，為了對(duì)在城市網(wǎng)絡(luò)(metro-network)等中的短距離和中距離的光傳輸過(guò)程中的光損耗進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)半導(dǎo)體光放大器的引入進(jìn)行了諸多研究。
在這些光放大器中，通常對(duì)光放大操作進(jìn)行的控制例如為增益恒定控制(自動(dòng)增益控制AGC)，用于將信號(hào)光增益(該信號(hào)光增益為送至光放大器的輸入信號(hào)光功率和出自該光放大器的輸出信號(hào)光功率之間的比率)控制為恒定；輸出恒定控制(自動(dòng)電平控制ALC)，用于將輸出信號(hào)光功率控制為恒定；或者其他控制(參見(jiàn)日本未審專利公開(kāi)No.8-18136)。
例如，如圖8所示，在上述光放大器中，由于來(lái)自泵浦電平的自發(fā)發(fā)射導(dǎo)致的自發(fā)發(fā)射光輸出被放大，所以產(chǎn)生光(經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)光)，并作為噪聲光與信號(hào)光一起輸出。因此，為了利用AGC來(lái)將信號(hào)光增益控制為恒定，或者利用ALC將輸出光功率控制為恒定，有必要估算在光放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光的產(chǎn)生量。
例如，在傳統(tǒng)光放大器中，將噪聲光的產(chǎn)生量設(shè)置為對(duì)光放大器的輸入光功率的函數(shù)，以根據(jù)輸入光功率的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)計(jì)算噪聲光的產(chǎn)生量，并且根據(jù)該計(jì)算結(jié)果對(duì)光放大操作中的控制誤差進(jìn)行校正(參見(jiàn)日本未審專利公開(kāi)No.2000-232433)。此外，已知以下一種技術(shù)，其中使用用于噪聲光消除的濾光器從光放大器的輸出光中提取噪聲光，以監(jiān)測(cè)噪聲光的功率，從而監(jiān)控光放大器的噪聲指數(shù)(參見(jiàn)日本未審專利公開(kāi)No.6-132905)。
然而，在上述傳統(tǒng)技術(shù)中，存在的問(wèn)題是，對(duì)于光放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光的產(chǎn)生量很難進(jìn)行精確檢測(cè)。即，在根據(jù)對(duì)于光放大器的輸入光功率來(lái)計(jì)算噪聲光的產(chǎn)生量的情況下，噪聲光的產(chǎn)生量是根據(jù)輸入光功率的測(cè)量結(jié)果而間接地獲得的，因此，沒(méi)有直接地檢測(cè)到實(shí)際產(chǎn)生的噪聲光。因此，有可能在所計(jì)算的噪聲光的產(chǎn)生量中存在誤差。此外，在利用用于消除噪聲光的濾光器對(duì)噪聲光功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)的情況下，由于對(duì)在偏離信號(hào)光波長(zhǎng)的波段中的噪聲光功率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，因此，存在由于波長(zhǎng)差而產(chǎn)生誤差的可能。在例如將多個(gè)光放大器以多級(jí)方式相連接的系統(tǒng)中，即使在每一級(jí)的誤差較輕微的情況下，這種在各級(jí)中的噪聲光的產(chǎn)生量中的誤差也會(huì)逐步累積。因此，會(huì)引起在AGC、ALC等控制中的精度下降的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)高精度控制，理想的情況是，可以對(duì)實(shí)際產(chǎn)生的噪聲光功率進(jìn)行精確的檢測(cè)，或者對(duì)不包含噪聲光的信號(hào)光的功率進(jìn)行檢測(cè)，以執(zhí)行AGC等控制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置，其能夠與光放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光無(wú)關(guān)地檢測(cè)信號(hào)光的增益，并且提供一種能夠通過(guò)利用上述增益監(jiān)測(cè)方法、高精度地對(duì)光放大器的操作進(jìn)行控制的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟(A)將輸入光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光；(B)將從光放大器輸出的光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光；(C)對(duì)所分路的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制；(D)將所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和所分路的輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用；(E)接收經(jīng)多路復(fù)用的監(jiān)測(cè)光，以將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，之后，提取由經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和經(jīng)分路的輸出監(jiān)測(cè)光所產(chǎn)生的干涉分量，該干涉分量包含在該電信號(hào)中；以及(F)根據(jù)所提取的干涉分量來(lái)檢測(cè)光放大器中的信號(hào)光增益。
此外，根據(jù)本發(fā)明的光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置包括第一光分路部分，其將輸入光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光；第二光分路部分，將從光放大器輸出的光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光；調(diào)制部分，對(duì)在第一光分路部分中所分路的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制；多路復(fù)用部分，將在調(diào)制部分中所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和在第二光分路部分中所分路的輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用；光檢測(cè)部分，接收自多路復(fù)用部分所輸出的經(jīng)多路復(fù)用的光，以將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；濾波器部分，提取由在調(diào)制部分中所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和在第二光分路部分中所分路的輸出監(jiān)測(cè)光所產(chǎn)生的干涉分量，該干涉分量包含在從光檢測(cè)部分所輸出的電信號(hào)中；以及，增益檢測(cè)部分，根據(jù)在濾波器部分中所提取的干涉分量來(lái)檢測(cè)光放大器中的信號(hào)光增益。
在上述用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置中，將輸入至光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為待調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光，并且將從光放大器輸出的信號(hào)光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光，然后，將所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光與輸出監(jiān)測(cè)光彼此進(jìn)行多路復(fù)用。結(jié)果，由于輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光的干涉導(dǎo)致該經(jīng)多路復(fù)用的光包含干涉分量(差拍分量(beatcomponent))，該干涉分量與光放大器的增益成正比地變化，而不與光放大器中所產(chǎn)生的噪聲光無(wú)關(guān)。因此，通過(guò)從對(duì)經(jīng)多路復(fù)用的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的電信號(hào)中提取干涉分量，有可能檢測(cè)到光放大器中的信號(hào)光的增益。
因此，根據(jù)本發(fā)明的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置，可以對(duì)信號(hào)光的增益進(jìn)行精確檢測(cè)，而與光放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光無(wú)關(guān)。如果利用該方法和裝置對(duì)光放大器的操作進(jìn)行控制，則可以實(shí)現(xiàn)高精度的操作控制。
通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)以下實(shí)施例的解釋可以使本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得明確。


圖1是示出采用根據(jù)本發(fā)明的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法的裝置的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖2是示出在該實(shí)施例中的經(jīng)多路復(fù)用的光的信號(hào)光分量的波形示例的簡(jiǎn)圖。
圖3是在本實(shí)施例中的經(jīng)多路復(fù)用的光的噪聲光分量的波形示例的簡(jiǎn)圖。
圖4是示出在本實(shí)施例中從光檢測(cè)器所輸出的電信號(hào)的頻譜的簡(jiǎn)圖。
圖5是示出將本發(fā)明應(yīng)用于EDFA的一實(shí)施例的構(gòu)成的方框圖。
圖6是示出將本發(fā)明應(yīng)用于拉曼放大器的一實(shí)施例的構(gòu)成的方框圖。
圖7是示出將本發(fā)明應(yīng)用于與C波段和L波段對(duì)應(yīng)的的EDFA一實(shí)施例的構(gòu)成的方框圖。
圖8是用于解釋在光放大器的內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在所有的附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或者等同的元件。
圖1是示出采用了根據(jù)本發(fā)明的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法的裝置的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
在圖1中，該裝置包括光分路器11，作為第一分路部分，將輸入到光放大器100的信號(hào)光Lin的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光；移相器12，作為相位調(diào)節(jié)部分，對(duì)輸入監(jiān)測(cè)光的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)；強(qiáng)度調(diào)制器13，作為調(diào)制部分，對(duì)從移相器12輸出的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制；偏振控制器14，作為偏振狀態(tài)調(diào)節(jié)部分，對(duì)經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光的偏振狀態(tài)進(jìn)行控制；光分路器15，作為第二光分路部分，將從光放大器100輸出的信號(hào)光Lout的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光；光多路復(fù)用器16，作為光多路復(fù)用部分，將從偏振控制器14輸出的輸入監(jiān)測(cè)光和從光分路器15輸出的輸出監(jiān)測(cè)光進(jìn)行多路復(fù)用；光檢測(cè)器17，作為光檢測(cè)部分，檢測(cè)經(jīng)多路復(fù)用的光；頻率截止濾波器(BPF)18，作為濾波器部分，從自光檢測(cè)器17輸出的電信號(hào)中提取一干涉分量(以后進(jìn)行說(shuō)明)；以及，增益檢測(cè)電路19，作為增益檢測(cè)部分，根據(jù)通過(guò)頻率截止濾波器18的電信號(hào)的電壓電平來(lái)檢測(cè)光放大器100中的信號(hào)增益。
光放大器100是已知的光放大器，其把輸入信號(hào)光Lin進(jìn)行放大后輸出，并且伴隨其放大操作將產(chǎn)生一噪聲光。作為光放大器100的具體示例有摻雜稀土元素的光纖放大器、拉曼放大器、半導(dǎo)體光放大器等。
光分路器11以先前設(shè)定的比例將送入其輸入端口的光分路，并且將所分路光中的一路輸出給光放大器100，同時(shí)將所分路光的另一路作為輸入監(jiān)測(cè)光M1輸出給移相器12。
移相器12對(duì)從光分路器11輸出的輸入監(jiān)測(cè)光M1的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得待由光多路復(fù)用器16所多路復(fù)用的輸入側(cè)監(jiān)測(cè)光與輸出側(cè)監(jiān)測(cè)光之間相位一致(align)。作為移相器12，可以使用一種已知的光學(xué)器件，該光學(xué)器件具有一種利用熱光效應(yīng)等導(dǎo)致的折射率變化來(lái)改變相位的結(jié)構(gòu)。然而，移相器12的結(jié)構(gòu)并不限于上述示例。此外，盡管示出的一個(gè)示例是將移相器12設(shè)置在光分路器11和強(qiáng)度調(diào)制器13之間的光路上，但是可以改變移相器12的布置，因此，可以將移相器12設(shè)置在光分路器11和光多路復(fù)用器16之間的光路(輸入監(jiān)測(cè)光通過(guò)該光路傳播)上的任意位置，或者設(shè)置在光分路器15和光多路復(fù)用器16之間的光路(輸出監(jiān)測(cè)光通過(guò)該光路傳播)上的任意位置。
強(qiáng)度調(diào)制器13根據(jù)頻率為2·ωf(該頻率比光放大器100的輸入信號(hào)光Lin的調(diào)制頻率充分低)的調(diào)制信號(hào)對(duì)從移相器12輸出的輸入監(jiān)測(cè)光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。具體地說(shuō)，理想的是，將該強(qiáng)度調(diào)制器13中的調(diào)制頻率2·ωf設(shè)置得比信號(hào)光Lin的調(diào)制頻率低兩位或者更多。例如，在信號(hào)光Lin的調(diào)制頻率為10GHz的情況下，優(yōu)選地將該強(qiáng)度調(diào)制器13中的調(diào)制頻率設(shè)置為大約幾十MHz至幾百M(fèi)Hz。作為這種強(qiáng)度調(diào)制器13的一個(gè)具體示例，可能的是，使用利用磁光器件(magnetic optical device)或者鮑爾克盒(Pockels cell)對(duì)監(jiān)測(cè)光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的一種強(qiáng)度調(diào)制器。注意，盡管示出了一種示例，在該示例中，對(duì)于輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行了強(qiáng)度調(diào)制，但是本發(fā)明并不限于該示例，并且可以利用除強(qiáng)度調(diào)制以外的其他調(diào)制系統(tǒng)來(lái)調(diào)制輸入監(jiān)測(cè)光。
偏振控制器14對(duì)從強(qiáng)度調(diào)制器13輸出的輸入監(jiān)測(cè)光M2的偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得將由光多路復(fù)用器16進(jìn)行多路復(fù)用的輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光的偏振狀態(tài)彼此一致。注意，示出了一個(gè)示例，在該示例中，將偏振控制器14設(shè)置在強(qiáng)度調(diào)制器13和光多路復(fù)用器16之間的光路上。然而，可以改變?cè)撈窨刂破?4的布置，并且可以將偏振控制器14設(shè)置在光分路器11和光多路復(fù)用器16之間的光路(輸入監(jiān)測(cè)光通過(guò)該光路傳播)上的任意位置，或者設(shè)置在光分路器15和光多路復(fù)用器16之間的光路(輸出監(jiān)測(cè)光通過(guò)該光路傳播)上的任意位置。
光分路器15以先前設(shè)定的比例將從光放大器100輸出的光分路，并且將所分路光的一路作為輸出信號(hào)光Lout輸出至外部，同時(shí)將所分路光的另一路作為輸出監(jiān)測(cè)光M3輸出至光多路復(fù)用器16。
對(duì)光多路復(fù)用器16的一個(gè)輸入端口提供從偏振控制器14輸出的輸入監(jiān)測(cè)光M2，并且對(duì)光多路復(fù)用器16的另一輸入端口提供由光分路器15所分路的輸出監(jiān)測(cè)光M3，并且光多路復(fù)用器16利用半透明反射鏡(half-mirror)等將輸入監(jiān)測(cè)光M2和輸出監(jiān)測(cè)光M3多路復(fù)用，以向光檢測(cè)器17輸出經(jīng)多路復(fù)用的光M4。
光檢測(cè)器17接收從光多路復(fù)用器16輸出的經(jīng)多路復(fù)用的光M4，并且產(chǎn)生一電壓電平根據(jù)經(jīng)多路復(fù)用的光M4的功率而變化的電信號(hào)，以將該電信號(hào)輸出給頻率截止濾波器18。
頻率截止激光器18是一種具有以頻率ωf(該頻率為強(qiáng)度調(diào)制器13中的調(diào)制頻率2·ωf的一半(1/2倍))為中心的窄通頻帶的電氣濾波器，該濾波器提取由于上述經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和上述輸出監(jiān)測(cè)光所產(chǎn)生的干涉分量(差拍分量)(該干涉分量包含在從光檢測(cè)器17輸出的電信號(hào)中)，以將該干涉分量輸出給增益檢測(cè)電路19。作為頻率截止濾波器18的一個(gè)具體示例，可以使用帶通濾波器、鎖定放大器(lock-in ampiifier)等。
增益檢測(cè)電路19根據(jù)通過(guò)頻率截止濾波器18的頻率為ωf的電信號(hào)的電壓電平，獲得光放大器100中的信號(hào)增益，以將表示該信號(hào)增益的信號(hào)輸出給光放大器100。在光放大器100中，根據(jù)來(lái)自增益檢測(cè)電路19的輸出信號(hào)進(jìn)行AGC、ALC等控制。
以下，將對(duì)本實(shí)施例的操作進(jìn)行說(shuō)明。
在上述構(gòu)成的裝置中，通過(guò)光分路器11將輸入光放大器100的信號(hào)光Lin的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光M1，并且將該輸入監(jiān)測(cè)光M1通過(guò)移相器12提供給強(qiáng)度調(diào)制器13，以接受頻率為2·ωf的強(qiáng)度調(diào)制。通過(guò)偏振控制器14將經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光M2發(fā)送到光多路復(fù)用器16。
另一方面，將通過(guò)光分路器11的信號(hào)光Lin輸入光放大器100，以將其放大至所需電平。這時(shí)，在光放大器100中，由于對(duì)信號(hào)光的放大操作產(chǎn)生了噪聲光，并且將和信號(hào)光一起被輸出(參見(jiàn)圖8)。通過(guò)光分路器15將來(lái)自光放大器100的輸出光Lout的一部分分路，以作為輸出監(jiān)測(cè)光M3發(fā)送給光多路復(fù)用器16。
此處，由于利用設(shè)置在一個(gè)輸入側(cè)的監(jiān)測(cè)光路上的移相器12和偏振控制器14分別對(duì)輸入監(jiān)測(cè)光M2的相位和偏振狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，因此，到達(dá)光多路復(fù)用器16的輸入監(jiān)測(cè)光M2和輸出監(jiān)測(cè)光M3是相位彼此一致并且偏振狀態(tài)彼此一致的信號(hào)。通過(guò)光多路復(fù)用器16將這種輸入監(jiān)測(cè)光M2和輸出監(jiān)測(cè)光M3進(jìn)行多路復(fù)用，從而將具有頻率為ωf的差拍分量的經(jīng)多路復(fù)用的光M4輸出給光檢測(cè)器17。
此處，將具體說(shuō)明與經(jīng)多路復(fù)用的光M4中的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的分量和與經(jīng)多路復(fù)用的光M4中的噪聲光對(duì)應(yīng)的分量。例如如圖2所示，對(duì)于與經(jīng)多路復(fù)用的光M4中的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的分量，將經(jīng)頻率為2·ωf的強(qiáng)度調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光M2和經(jīng)放大的輸出監(jiān)測(cè)光M3進(jìn)行多路復(fù)用，從而獲得頻率為ωf的差拍分量。另一方面，例如如圖3所示，與經(jīng)多路復(fù)用的光M4中的噪聲光對(duì)應(yīng)的分量?jī)H存在于輸出監(jiān)測(cè)光M3中，而不存在于輸入監(jiān)測(cè)光M1和M2中。因此，該經(jīng)多路復(fù)用的光M4具有穩(wěn)定狀態(tài)的波形而無(wú)差拍分量。因此，通過(guò)由光檢測(cè)器17對(duì)經(jīng)多路復(fù)用的光M4進(jìn)行檢測(cè)并且利用頻率截止濾波器18僅提取包含在從光檢測(cè)器17輸出的電信號(hào)中的ωf附近的頻率分量，可以消除與噪聲光對(duì)應(yīng)的電壓分量。
將對(duì)上述裝置的操作詳細(xì)地進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。此處，用k＝2π/λ來(lái)表示信號(hào)光的波數(shù)向量，并且用t來(lái)表示時(shí)間，用Ein(k，t)來(lái)表示光放大器的輸入光的電場(chǎng)，并且用Eout(k，t)來(lái)表示來(lái)自光放大器的輸出光的電場(chǎng)。
如果在光分路器11中的輸入監(jiān)測(cè)光M1的分路比和光分路器15中的輸出監(jiān)測(cè)光M3的分路比分別為α(＜1)和β(＜1)，則由光多路復(fù)用器16所多路復(fù)用的光的電場(chǎng)Emix(k，t)可由以下公式(1)來(lái)表示。
Emix(k,t)=α·Ein(k,t)·Cos(ωf·t)+β·Eout(k,t)···(1)]]>此外，如果ASE光的電場(chǎng)為Ease(k，t)而信號(hào)增益為G，則來(lái)自光放大器100的輸出光的電場(chǎng)Eout(k，t)可以由以下公式(2)來(lái)表示。
Eout(k,t)=G·Ein(k,t)+Ease(k,t)···(2)]]>因此，根據(jù)上述公式(1)和(2)之間的關(guān)系，可以得到以下公式(3)中的關(guān)系。
Emix(k,t)=α·Ein(k,t)·Cos(ωf·t)+β·{G·Ein(k,t)+Ease(k,t)}···(3)]]>如果用符號(hào)<>表示時(shí)間平均，則由光檢測(cè)器17所檢測(cè)的光的功率Pmix可由以下公式(4)來(lái)表示。
Pmix(k)＝∑kPmix(k)＝∑k<|Emix(k，t)|2>...(4)其中，如果1/ωf比平均時(shí)間充分地長(zhǎng)，在公式(4)中的關(guān)系可以由以下公式(5)來(lái)表示Pmix(k)＝α·<|Ein(k，t)|2>·Cos2(ωf·t)+G·β·<|Ein(k，t)|2>+β·<|Ease(k，t)|2>
+2·α·β·G·<|Ein(k,t)|2>·Cos(ωf·t)+2·α·<Ein(k,t)·Ease(k,t)>·Cos(ωf·t)]]>+2·β·G·<Ein(k,t)·Ease(k,t)>···(5)]]>考慮到光放大器100的輸入光的電場(chǎng)Ein和ASE光的電場(chǎng)Ease之間不存在相關(guān)性，因此<Ein(k，t)·Ease(k，t)>為0。此外，如果使用Cos2(ω·t)＝{Cos(2·ωf·t)+1}/2，則公式(5)中的關(guān)系可以由以下公式(6)來(lái)表示。
Pmix(k)＝(α/2)·<|Ein(k，t)|2>+G·β·<|Ein(k，t)|2>+β·<|Ease(k，t)|2>
+(α/2)·<|Ein(k,t)|2>·Cos(2·ωf·t)+2·α·β·G·<|Ein(k,t)|2>·Cos(ωf·t)···(6)]]>在公式(6)中，第一項(xiàng)表示輸入光的功率，第二項(xiàng)表示輸出光的功率，而第三項(xiàng)表示ASE光的產(chǎn)生量。此外，將最后的第五項(xiàng)稱為干涉項(xiàng)，該項(xiàng)是由將輸入光和輸出光進(jìn)行多路復(fù)用而產(chǎn)生的。例如如圖4所示，對(duì)于從光檢測(cè)器17輸出的電信號(hào)，與公式(6)中的第一至第三項(xiàng)對(duì)應(yīng)的電壓集中在頻率0附近，與第四項(xiàng)對(duì)應(yīng)的電壓具有頻率分量2·ωf，而與干涉項(xiàng)對(duì)應(yīng)的電壓具有頻率分量ωf。
因此，頻率為ωf的電壓電平與 成正比地變化。因此，通過(guò)頻率截止濾波器18提取頻率分量ωf，以待由增益檢測(cè)電路19進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)僅對(duì)光放大器100的信號(hào)光分量(其不包含噪聲光)進(jìn)行增益檢測(cè)。
如上所述，由增益檢測(cè)電路19所檢測(cè)的信號(hào)增益被反饋至光放大器100，并且根據(jù)該信號(hào)增益執(zhí)行AGC、ALC等的光放大操作控制，使得可以實(shí)現(xiàn)極其高精度的控制而不受光放大器100內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲光的影響。
接下來(lái)，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。
圖5是表示將本發(fā)明應(yīng)用于EDFA的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成的方框圖。
圖5所示的構(gòu)成是以下情況的一個(gè)示例例如在圖1所示的構(gòu)成中的光放大器100采用了將光放大以兩級(jí)方式實(shí)現(xiàn)的一種已知的EDFA。在該兩級(jí)構(gòu)成的EDFA中，通過(guò)光隔離器105B、增益均衡器(gain equalizer)(GEQ)106以及光衰減器107將前一級(jí)光放大部分和后一級(jí)光放大部分串聯(lián)連接，該前一級(jí)光放大部分由摻鉺光纖(EDF)101A、泵浦光源(LD)102A以及WDM耦合器103A組成，而該后一級(jí)光放大部分由EDF 101B、泵浦光源102B和WDM耦合器103B組成。
通過(guò)光隔離器105A將通過(guò)光分路器11的信號(hào)光Lin輸入到前一級(jí)光放大部分，并且通過(guò)WDM耦合器103A將其發(fā)送至EDF 101A。通過(guò)WDM耦合器103A將在由LD驅(qū)動(dòng)電路104所驅(qū)動(dòng)的泵浦光源102A中產(chǎn)生的泵浦光Lp提供給EDF 101A，使得由于所泵浦的鉺的受激發(fā)射功能而將通過(guò)該EDF 101A傳播的信號(hào)光放大。此外，當(dāng)該信號(hào)光被放大時(shí)，產(chǎn)生了ASE光并變成噪聲光，連同信號(hào)光一起輸出。
通過(guò)光隔離器105B、增益均衡器106以及光衰減器107將來(lái)自EDF101A的輸出光輸入至后一級(jí)光放大部分，并且通過(guò)WDM耦合器103B將其發(fā)送至EDF 101B。通過(guò)WDM耦合器103B將在由LD驅(qū)動(dòng)電路104所驅(qū)動(dòng)的泵浦光源102B中產(chǎn)生的泵浦光Lp提供給EDF 101B，使得通過(guò)EDF 101B傳播的信號(hào)光被放大并且還產(chǎn)生了ASE光。通過(guò)光隔離器105C將從EDF101B輸出的光發(fā)送至光分路器15。
增益均衡器106是用于使具有各個(gè)波長(zhǎng)的放大后信號(hào)光的功率均衡的一種已知光學(xué)器件，具有與前一級(jí)光放大部分和后一級(jí)光放大部分的增益波長(zhǎng)特性對(duì)應(yīng)的損耗波長(zhǎng)特性。因此，光衰減器107用于調(diào)節(jié)輸入到后一級(jí)光放大部分的光的功率，使得輸出光Lout的功率固定在一所需的水平。
在兩級(jí)構(gòu)成的EDFA中，通過(guò)光分路器11將輸入到前一級(jí)EDF 101A的信號(hào)光Lin的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光，并且依次通過(guò)移相器12、強(qiáng)度調(diào)制器13以及偏振控制器14，并且將以頻率2·ωf調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光發(fā)送給光多路復(fù)用器16。此外，光分路器15將該EDFA的輸出光Lout的一部分分路作為輸出監(jiān)測(cè)光，發(fā)送至光多路復(fù)用器16。然后，通過(guò)光多路復(fù)用器16將輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光進(jìn)行多路復(fù)用，并且由光檢測(cè)器16和頻率截止濾波器18提取出在經(jīng)多路復(fù)用的光中產(chǎn)生的頻率為ωf的差拍分量，從而由增益檢測(cè)電路19檢測(cè)到信號(hào)光分量的總增益(從該信號(hào)光分量中消除了在前一級(jí)光放大部分和后一級(jí)光放大部分中產(chǎn)生的ASE光)。此處，將增益檢測(cè)電路19的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給LD驅(qū)動(dòng)電路104，并且對(duì)各個(gè)泵浦光源102A和102B的驅(qū)動(dòng)狀況進(jìn)行反饋控制，使得EDFA中的增益被固定。結(jié)果，可以高精度地執(zhí)行EDFA的AGC。
注意，在上述實(shí)施例中，對(duì)兩級(jí)構(gòu)成的EDFA進(jìn)行了說(shuō)明。然而，采用了本發(fā)明的EDFA并不限于上述示例，并且本發(fā)明對(duì)于各種構(gòu)成的EDFA都有效。此外，將本發(fā)明應(yīng)用于已知摻雜稀土元素的光纖放大器(其使用摻雜了不同于鉺的稀土元素的光纖作為放大介質(zhì))也是一定可以的。
接下來(lái)，將對(duì)采用了本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖6是示出將本發(fā)明應(yīng)用于拉曼放大器的實(shí)施例的構(gòu)成的方框圖。
圖6所示的構(gòu)成是以下情況的一個(gè)示例使用了例如拉曼放大器(其使用一種色散位移光纖(DSF)作為放大介質(zhì))作為圖1中所示的光放大器100。在該拉曼放大器中，通過(guò)WDM耦合器113A和113B從色散位移光纖111的相對(duì)兩端雙向地提供由LD驅(qū)動(dòng)電路114所驅(qū)動(dòng)的泵浦光源(LD)112A和112B中所產(chǎn)生的泵浦光Lp，從而利用屬于非線性現(xiàn)象的拉曼效應(yīng)將通過(guò)色散位移光纖111所傳播的光放大。該拉曼效應(yīng)是以下的一種現(xiàn)象在比泵浦光Lp的頻率低13.2THz的頻率處出現(xiàn)一增益峰值，并且在1.5μm波段中，將相對(duì)于泵浦光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)偏離大約100nm的波長(zhǎng)段中的光放大。此外，當(dāng)將信號(hào)光進(jìn)行拉曼放大時(shí)，由于泵浦光所引起的誘發(fā)拉曼散射，導(dǎo)致在拉曼放大器的內(nèi)部產(chǎn)生了噪聲光，該噪聲光連同經(jīng)拉曼放大的信號(hào)光一起輸出。
在上述構(gòu)成的拉曼放大器中，通過(guò)光分路器11將輸入到色散位移光纖111的信號(hào)光Lin的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光，并且依次通過(guò)移相器12、強(qiáng)度調(diào)制器13和偏振控制器14，并且將以頻率2·ωf調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光發(fā)送給光多路復(fù)用器16。此外，光分路器15將拉曼放大器的輸出光Lout的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光發(fā)送給光多路復(fù)用器16。然后，通過(guò)光多路復(fù)用器16將輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光進(jìn)行多路復(fù)用，并且由光檢測(cè)器16和頻率截止濾波器18提取出在經(jīng)多路復(fù)用的光中所產(chǎn)生的頻率ωf的差拍分量，從而由增益檢測(cè)電路19檢測(cè)信號(hào)光分量的拉曼增益(從該信號(hào)光分量中消除了由于誘發(fā)拉曼發(fā)射而在色散位移光纖111的內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光)。將增益檢測(cè)電路19的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給LD驅(qū)動(dòng)電路114，并且對(duì)各個(gè)泵浦光源112A和112B的驅(qū)動(dòng)狀況進(jìn)行反饋控制，使得該拉曼增益達(dá)到一理想數(shù)值。結(jié)果，可以高精度地執(zhí)行拉曼放大器中的光放大操作。
注意，在上述實(shí)施例中，示出了一個(gè)示例，在該示例中將色散位移光纖111作為拉曼放大介質(zhì)。然而，該拉曼放大介質(zhì)并不限于此，并且可以使用諸如1.3μm零色散單模光纖等的傳輸路徑光纖或者具有高非線性因子的拉曼放大光纖。此外，此處示出了以下構(gòu)成示例，其中，從色散位移光纖111的相對(duì)端雙向地提供泵浦光Lp。然而，也可以采用將泵浦光Lp從色散位移光纖111的一端單向地提供的前向泵浦(forwardpumping)結(jié)構(gòu)或者后向泵浦(backward pumping)結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，將對(duì)采用本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖7示出將本發(fā)明應(yīng)用于與C波段和L波段對(duì)應(yīng)的EDFA的一實(shí)施例的方框圖。
在圖7中，與C波段和L波段對(duì)應(yīng)的EDFA具有以下構(gòu)成使用C/L分離耦合器108A和C/L多路復(fù)用耦合器108B將用于C波段的光放大部分(其使用與圖5中所示單波段對(duì)應(yīng)的EDFA)和用于L波段的光放大部分(其具有與上述光放大部分類似的構(gòu)成)并聯(lián)連接。注意，與用于C波段的光放大部分的各構(gòu)成元件相對(duì)應(yīng)地，對(duì)用于L波段的光放大部分的各個(gè)構(gòu)成元件的標(biāo)號(hào)附加以(′)。
如上所述，在將信號(hào)光輸入EDFA和從EDFA輸出信號(hào)光的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成中，例如，通過(guò)光分路器11將送入C/L分離耦合器108A的信號(hào)光Lin的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光，并且將輸入監(jiān)測(cè)光送入強(qiáng)度調(diào)制器13，以接受頻率為2·ωf的強(qiáng)度調(diào)制，然后通過(guò)光分路器20將所調(diào)制的光分路成兩路，以將這兩路光分別發(fā)送給用于C波段的光多路復(fù)用器16和用于L波段的光多路復(fù)用器16′。此外，在輸出側(cè)，通過(guò)光分路器15和15′將通過(guò)C/L多路復(fù)用耦合器108B所多路復(fù)用的輸出光的一部分分別地分路，以產(chǎn)生用于C波段的輸出監(jiān)測(cè)光和用于L波段的輸出監(jiān)測(cè)光。通過(guò)移相器12和12′、以及偏振控制器14和14′，將與各波段對(duì)應(yīng)的輸出監(jiān)測(cè)光分別地發(fā)送至光多路復(fù)用器16和16′，從而使輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)(其相位和偏振狀態(tài)與輸入監(jiān)測(cè)信號(hào)的相位和偏振狀態(tài)近似一致)輸入至光多路復(fù)用器16和16′。通過(guò)光檢測(cè)器17和17′檢測(cè)從光多路復(fù)用器16和16′輸出的經(jīng)過(guò)多路復(fù)用的光，之后，將通過(guò)頻率截止濾波器18和18′所提取的頻率為ωf的差拍分量分別發(fā)送給增益檢測(cè)電路19和19′，從而分別地檢測(cè)信號(hào)光分量的總增益(從該信號(hào)光分量中消除了在用于C波段的光放大部分和用于L波段的光放大部分中所產(chǎn)生的ASE光)。此處，將增益檢測(cè)電路19和19′的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至LD驅(qū)動(dòng)電路104和104′，從而對(duì)泵浦光源102A和102B、以及102A′和102B′的驅(qū)動(dòng)狀況進(jìn)行反饋控制。結(jié)果，可以高精度地執(zhí)行與C波段和L波段對(duì)應(yīng)的EDFA的AGC。
注意，在以上實(shí)施例中，對(duì)EDFA進(jìn)行了說(shuō)明，其中對(duì)C波段和L波段的信號(hào)光進(jìn)行集中地放大。然而，還可能將本發(fā)明應(yīng)用于摻雜稀土元素的光纖放大器，其集中地放大了三個(gè)或者更多個(gè)不同波段的光信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟將輸入所述光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光；將從所述光放大器輸出的光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光；對(duì)所分路的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制；將所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和所分路的輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用；接收所述經(jīng)多路復(fù)用的監(jiān)測(cè)光，以將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，之后，提取由所述經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和所述經(jīng)分路的輸出監(jiān)測(cè)光所產(chǎn)生的干涉分量，所述干涉分量包含在所述電信號(hào)中；以及根據(jù)所述提取出的干涉分量來(lái)檢測(cè)所述光放大器中的信號(hào)光的增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法，其中對(duì)所述輸入監(jiān)測(cè)光和所述輸出監(jiān)測(cè)光中的至少一個(gè)的相位和偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使所述經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光的相位和偏振狀態(tài)與所述經(jīng)分路的輸出監(jiān)測(cè)光的相位和偏振狀態(tài)近似一致，之后，將輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法，其中根據(jù)一頻率低于信號(hào)光的調(diào)制頻率的調(diào)制信號(hào)，對(duì)所述經(jīng)分路的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
4.一種用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，包括第一光分路部分，其將輸入至所述光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光；第二光分路部分，將從所述光放大器輸出的光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光；調(diào)制部分，對(duì)在所述第一光分路部分中所分路的輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制；光多路復(fù)用部分，將在所述調(diào)制部分中所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和在所述第二光分路部分中所分路的輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用；光檢測(cè)部分，接收自所述多路復(fù)用部分輸出的經(jīng)多路復(fù)用的光，以將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；濾波器部分，提取由在所述調(diào)制部分調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和在所述第二光分路部分分路的輸出監(jiān)測(cè)光所產(chǎn)生的干涉分量，所述干涉分量包含在從所述光檢測(cè)部分輸出的電信號(hào)中；以及增益檢測(cè)部分，根據(jù)在所述濾波器部分提取的干涉分量來(lái)檢測(cè)所述光放大器中的信號(hào)光的增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，還包括相位調(diào)節(jié)部分，其對(duì)所述輸入監(jiān)測(cè)光和所述輸出監(jiān)測(cè)光中的至少一個(gè)的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使在所述調(diào)制部分所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光的相位與在所述第二分路部分中所分路的輸出監(jiān)測(cè)光的相位近似一致；以及偏振狀態(tài)調(diào)節(jié)部分，調(diào)節(jié)所述輸入監(jiān)測(cè)光和所述輸出監(jiān)測(cè)光中的至少一個(gè)的偏振狀態(tài)，從而使在所述調(diào)制部分中所調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光的偏振狀態(tài)與在所述第二分路部分中所分路的輸出監(jiān)測(cè)光的偏振狀態(tài)近似一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，其中根據(jù)所述增益檢測(cè)部分的檢測(cè)結(jié)果對(duì)所述光放大器的操作進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益檢測(cè)裝置，其中所述調(diào)制部分根據(jù)一頻率比信號(hào)光的調(diào)制頻率低的調(diào)制光對(duì)所述輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，其中所述光放大器是摻雜稀土元素的光纖放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，其中所述光放大器是拉曼放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，其中所述光放大器是半導(dǎo)體光放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)裝置，其中所述光放大器包括與多個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)段對(duì)應(yīng)的多個(gè)光放大部分，并且所述多個(gè)光放大部分并聯(lián)連接；并且與所述多個(gè)光放大部分相對(duì)應(yīng)地，將所述第二光分路部分、所述光多路復(fù)用部分、所述光檢測(cè)部分、所述濾波器部分以及所述增益檢測(cè)部分中的每一個(gè)設(shè)置為多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種用于光放大器的增益監(jiān)測(cè)方法及其裝置，其能夠與光放大器內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲光無(wú)關(guān)地對(duì)信號(hào)光的增益進(jìn)行檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)此目的，在根據(jù)本發(fā)明的增益監(jiān)測(cè)方法中，將輸入到光放大器的信號(hào)光的一部分分路，作為輸入監(jiān)測(cè)光，并且對(duì)輸入監(jiān)測(cè)光進(jìn)行調(diào)制，還將從光放大器輸出的光的一部分分路，作為輸出監(jiān)測(cè)光，從而將經(jīng)調(diào)制的輸入監(jiān)測(cè)光和輸出監(jiān)測(cè)光多路復(fù)用。然后，將經(jīng)多路復(fù)用的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，提取出包含在該電信號(hào)中的干涉分量，并且根據(jù)該干涉分量對(duì)光放大器中的信號(hào)光的增益進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)H04B10/08GK1674470SQ200410083769
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者渡邊學(xué) 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社