專利名稱：可調(diào)光學放大器和用于調(diào)節(jié)光學放大器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的可調(diào)光學放大器，和根據(jù)權(quán)利要求9的前序部分的用于調(diào)節(jié)光學放大器的方法。
背景技術(shù)：
在具有很大作用范圍的光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，為了放大信號通常采用光纖 放大器，其放大纖維被摻入來自稀土元素族的離子。在商業(yè)上通常采用 摻入了鉺的光纖放大器(EDFA)。這樣的EDFA除了用于輸入數(shù)據(jù)信號的 輸入端之外還具有光泵源(Pumpquelle)，如激光二極管，其輸出信號 被耦合到用鉺摻雜的光纖中。被引入摻雜的光纖中的光數(shù)據(jù)信號通過光 子的激勵發(fā)射得到放大。通常EDFA由多個放大級組成。下面將恰好包 含一個連貫的摻入了鉺的光纖的EDFA部分稱為放大級，該光纖設(shè)置在 無源部件之間。下面考察分為多個放大器組的放大器，其中放大器組可 以由一個放大級或多個放大級組成。
為了利用光傳輸纖維的容量，在通常借助波長調(diào)制技術(shù)(英語 wavelength division multiplexing,簡稱WDM)組成的單個傳輸信道 中傳輸數(shù)據(jù)信號。目前借助WDM技術(shù)可以用最多80個信道以最大 40Gbit/s的數(shù)據(jù)率傳輸WDM信號。信道的數(shù)量根據(jù)傳輸系統(tǒng)的負載和傳 輸能力而不同。如果傳輸系統(tǒng)中的信道接通或關(guān)閉或者在分叉位置耦合 進或耦合出，則會在傳輸系統(tǒng)中導(dǎo)致總信號功率的跳躍式改變。該跳躍 式改變可能導(dǎo)致位錯誤并導(dǎo)致光接收器的損壞，因為光接收器只能在有 限的輸入功率范圍內(nèi)正確工作。
如果在光學放大器的輸入端出現(xiàn)信號功率的這種跳躍式改變，則該 放大器的泵功率必須與輸入信號的功率波動快速匹配，以避免在未參與 開關(guān)過程的信道的功率中出現(xiàn)大的跳躍式改變。光學放大器的輸出功率 取決于其增益。放大器增益除了材料參數(shù)之外還由泵波長和泵功率確 定。此外，放大器增益在達到最大可能的輸出功率時(飽和)由輸入功 率確定。如果該增益保持恒定，則未參與開關(guān)過程的信道的功率不會改變，因為這些信道總是被放大相同的程度。因此在設(shè)計光纖放大器時， 即使在放大器輸入端上出現(xiàn)大的功率躍變也要達到盡可能恒定的放大器增益總是很重要的。這將借助增益調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。增益調(diào)節(jié)通常是輸出 功率調(diào)節(jié)+及結(jié)合從輸入信號導(dǎo)出的放大信號作為闊值。在現(xiàn)有技術(shù)中 公開了很i種用于調(diào)節(jié)放大器增益或放大器輸出功率的方法.大多數(shù)采 用增加了控制的調(diào)節(jié)裝置，該控制是所謂的前饋控制。在調(diào)節(jié)電路和前 饋控制鏈中，光泵形成調(diào)節(jié)元件，泵功率因此相當于調(diào)節(jié)參數(shù).
在光學放大器的整個裝置中，可以避免信號延遲。在信號放大時，尤其是在EDFA中僅通過光纖中的飛行時間(Laufzeit)就會導(dǎo)致光信 號的延遲。該延遲接近O. 3到0. 6jis。此外還通過放大的物理過程引起 延遲。在使用980nm的泵源時，摻雜元素鉺的電子在抽運過程(Pumpvorgang)中首先提高到較高的笫 一原子能水平，在該電子在發(fā) 射光子的條件下回到原子基本水平之前，從該第一原子能水平開始該電 子在非輻射的過渡中才松弛到亞穩(wěn)的中間水平。除了光信號的延遲之 外，在調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部還因為調(diào)節(jié)裝置的各個組件而產(chǎn)生電信號的言辭。 這種延遲例如包括在采集輸入和輸出信號以及對輸入和輸出信號進行 光電轉(zhuǎn)換過程中的延遲，在泵裝置的激勵器中的延遲，在可以模擬或數(shù) 字地進行的信號處理中的延遲。所有這些因素都對調(diào)節(jié)性能產(chǎn)生了負面 影響，也就是說調(diào)節(jié)裝置的動態(tài)特性沒有產(chǎn)生最佳的系統(tǒng)響應(yīng)。從而在 調(diào)節(jié)裝置的啟動時間期間會產(chǎn)生放大器增益的不期望的瞬時現(xiàn)象，該瞬 時現(xiàn)象以放大器的輸出功率的過沖和下沖形式改變，以及以不期望的增 益改變的過沖和下沖形式改變。
如果先后連接多個一級放大器用于達到更大的作用范圍，就會形成 放大器級聯(lián)。在這種情況下，可能在放大器的輸出功率中增加過沖和下 沖。單個放大器的增益的小偏差會導(dǎo)致放大器級聯(lián)的輸出增益的巨大偏 差。此外，上述光和電信號延遲增加了精確調(diào)節(jié)放大器級聯(lián)的輸出端上 的放大器增益的難度。如果在各個放大器級之間接入補償離差的光纖(dispersion compensating fibers, 簡稱為DCF )， 則由于信號的飛 行時間會出現(xiàn)數(shù)量級為100μs的惱人的光信號延遲。
申請?zhí)枮?02004052883.7的德國專利申請公開了 一種用于補償多 級光學放大器的增益波動的解決方案。在輸入功率發(fā)生功率躍變時，第 一放大器級的泵功率得到匹配，該泵功率確定預(yù)計在后面的第二放大器上出現(xiàn)的輸入功率的變化，并依據(jù)該變化計算出第二泵裝置的新的泵功 率。在此，在第二放大器級的輸入端出現(xiàn)功率躍變之前的預(yù)定提前時間 開始時調(diào)節(jié)出新的泵功率。該解決方案的缺點在于，該調(diào)節(jié)的作用被提 前使用，由此產(chǎn)生的非常小的增益偏差會在放大器級中產(chǎn)生不利影響。 此外，提前時間取決于放大器級的輸入端和輸出端上的光功率比例以及 取決于調(diào)節(jié)器的設(shè)置。調(diào)節(jié)器性能在這些前提條件下很難得到優(yōu)化，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有多個放大器級或放大器 組的光學放大器，該放大器具有盡可能優(yōu)化的調(diào)節(jié)特性，使得光學放大 器的輸出信號中的功率瞬時現(xiàn)象尤其是在輸入功率的跳躍式改變之后 被盡可能地減小。此外還提供一種調(diào)節(jié)光學放大器的相應(yīng)方法。
在裝置方面的技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征解決，在方法技術(shù)方
面的技術(shù)問題通過權(quán)利要求9的特征解決。本發(fā)明的其它實施方式是從 屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
本發(fā)明的一個主要思想是，對于具有至少兩個串聯(lián)連接的放大器組 的光學放大器，通過在各個放大器組的調(diào)節(jié)裝置之間加入附加的控制鏈 來改善該光學放大器的前饋控制。由此抵消了通過在第一放大器組的調(diào) 節(jié)裝置中固有的延遲形成的錯誤。本發(fā)明的控制鏈與第一放大器組的調(diào) 節(jié)裝置接收相同的輸入信號。該控制鏈具有串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路優(yōu)選 包括高通濾波器、延遲和信號成型單元，以及前饋單元。高通濾波器的 邊界頻率大致等于第一放大器組的邊界頻率。在延遲和信號成型單元中 形成控制信號，該控制信號模擬第一組的調(diào)節(jié)信號的時間錯誤。在延遲 和信號成型單元中，該控制信號與該信號的在時間上延遲的副本疊加， 其中延遲持續(xù)時間等于第一放大器組的調(diào)節(jié)裝置的延遲持續(xù)時間。接著 在前饋單元中，為第二調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生幅度匹配的校正信號。 通過這種方式優(yōu)化控制和調(diào)節(jié)過程的動態(tài)性能。優(yōu)選對第二放大器組的 泵功率實現(xiàn)最佳的設(shè)置，由此導(dǎo)致光學放大器輸出端上的瞬時現(xiàn)象得到 抑制。泵功率的最佳設(shè)置在此意思是，光學信號的功率的跳躍式變化以 及相應(yīng)匹配的泵功率信號在同一時刻到達放大器的這樣一個位置，即在 該位置處泵信號耦合到傳輸光纖中。通過本發(fā)明的控制鏈，整個調(diào)節(jié)裝 置的動態(tài)性能與該時刻協(xié)調(diào)一致。
本發(fā)明的其它優(yōu)點在從屬權(quán)利要求中給出。


下面借助附圖詳細描述本發(fā)明。
圖1示出連接了調(diào)節(jié)裝置的放大器組的結(jié)構(gòu)框圖，
圖2示出具有兩個放大器組和本發(fā)明的控制鏈的可調(diào)光學放大器的 結(jié)構(gòu)框圖，
圖3示出參與控制和調(diào)節(jié)過程的光學和電信號的相對立的時間變化 過程，
具體實施例方式
借助圖1，首先詳細描述單個EDFA級的調(diào)節(jié)裝置。在圖1中示出相 應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖。從輸入端口 1開始向放大器級S-A輸入光學WDM信號1， 該WDM信號優(yōu)選具有1550nm的波長區(qū)域。放大器級S-A包括用鉺離子 摻雜的放大光纖EDF一A和選擇波長的耦合器WDM-A，放大光纖EDF—A通 過該耦合器向泵源LD—A輸入泵信號15.泵源可以是發(fā)射波長為980nm 或1480nm的激光二極管。放大器級S_A的輸入端(端口 1)連接到輸入 信號的功率監(jiān)視器裝置Ml，該功率監(jiān)視器裝置Ml由耦合器Kl與后面連 接的監(jiān)視器光電二極管PD1組成。在功率監(jiān)視器裝置Ml的電輸出端上 輸出的光電流作為電輸入信號IO輸入調(diào)節(jié)裝置RE_A。在整個裝置的輸 出端一端口 4之前設(shè)置輸出信號4的另一個功率監(jiān)視器裝置M4。該另一 個功率監(jiān)視器裝置同樣由耦合器K4和后面連接的光電二極管PD4組 成。功率監(jiān)視器裝置M4用于采集調(diào)節(jié)參數(shù)(=輸出功率)。由監(jiān)視器裝置M4提供的光電流因此相當于調(diào)節(jié)參數(shù)的實際值。調(diào)節(jié)參數(shù)的額定值 利用功率監(jiān)視器裝置M1來產(chǎn)生。首先電輸入信號被輸入縮放單元G14。 該縮放單元例如可以是電放大器?？s放單元的功能是模擬EDFA級的增 益。在此該增益預(yù)先給定。由此在縮放單元G14的輸出端產(chǎn)生具有應(yīng)當 被調(diào)節(jié)到的額定輸出功率11的信號。該額定輸出功率11 一方面用作調(diào) 節(jié)參數(shù)的額定值，另一方面用作前饋控制單元FF_A的參考信號。信號 11因此凈皮輸入分叉點V1，該分叉點一方面與前饋控制單元FF-A連接， 另一方面與第一混合點SUB—A連接。第一混合點SUN-A具有用于輸入輸 出功率的額定值11的輸入端，以及用于輸入輸出功率的實際值19的輸入端。為了將這兩個值同時施加在混合點，在額定值信號的路徑中添加
延遲元件VZ(f-A).在該延遲元件VZ(f-A)中將額定值信號延遲了時間 間隔Atf-"該時間間隔等于光學WDM信號在穿過具有所屬輸入光纖的 EDFA級時所經(jīng)歷的延遲。該延遲在光學信號的信號路徑中用虛線的符號 圖Atf.A表示。
在第一混合點SUB-A，將輸出功率的額定值和實際值相互比較，并 將差信號12 (也稱為調(diào)節(jié)偏差12 )輸入調(diào)節(jié)或校正單元C-A。該調(diào)節(jié)或 校正單元依據(jù)調(diào)節(jié)偏差12來為調(diào)節(jié)參數(shù)計算正或負的校正值13。調(diào)節(jié) 單元的調(diào)節(jié)參數(shù)或調(diào)節(jié)信號是泵流(Pumpstrom) 16，其近似線性地與 泵源18的輸出功率相關(guān)。為了加快調(diào)節(jié)過程以及為了在輸入功率變化 之后更為精確地保持期望的增益值，為該調(diào)節(jié)增加前饋控制。在前饋控 制單元FF-A中，基于預(yù)定的模型計算泵源的估計是保持恒定增益所必 要的泵功率。由調(diào)節(jié)單元C-A計算的校正值13因此在另一個混合點 ADD-A處得到調(diào)制，其中由前饋控制單元FF-A預(yù)先給定的估計值15被 加上信號13。由前饋控制和調(diào)節(jié)回路得到的調(diào)節(jié)參數(shù)的值16現(xiàn)在被輸 入泵源LD-A。為了識別在信號處理中出現(xiàn)的延遲，在該處添加以虛線表 示的符號框Ate」。下面始終觀察虛線框不是調(diào)節(jié)裝置的組件或其它功能 塊，而是虛線框僅引起所考察的信號的時間特性的情況。由于通過Atc.A 表示的信號延遲，^艮明顯泵信號18將始終延遲地到達EDFA。此外，符 號Atu除了表示電子調(diào)節(jié)裝置中的信號延遲之外，還表示在光學路徑和 在上述物理抽運過程中同樣發(fā)揮作用的延遲。
通過調(diào)節(jié)裝置和放大器組引起的延遲Atc-A可以在多級放大器中得 到補償，其中采用光學信號在設(shè)置于兩個級之間的補償離差的光纖DCF 中傳播時的飛行時間。該信號飛行時間延遲最大可以是100ns，并且用 于在調(diào)節(jié)裝置中對電信號的信號處理過程。
在該前提條件下優(yōu)化控制和調(diào)節(jié)過程，其中電信號在調(diào)節(jié)段(或者 在此是在調(diào)節(jié)裝置)內(nèi)的飛行時間最佳地與光學信號在傳輸段內(nèi)的飛行 時間匹配。為了改善調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部的動態(tài)特性執(zhí)行信號分析。由于EDFA 是非線性系統(tǒng)，因此在特定的工作點，即對于固定的增益值或預(yù)定的輸 入和輸出功率來說只能觀察到小的信號干擾。在這種情況下系統(tǒng)可以線 性化，而且可以采用線性系統(tǒng)理論。因此下面在小信號分析的情況下假 定輸入功率僅發(fā)生小的變化。該小的變化例如通過將特定頻率的電信號
調(diào)制到光學WDM信號中來達到，這樣實施的電輸入信號可以由正弦函數(shù) 或者由多個這種不同頻率的周期函數(shù)組成。通過這種方式可以產(chǎn)生級函 數(shù)，這種級函數(shù)在接通或關(guān)閉信道時在視覺效果上存在。調(diào)節(jié)塊對輸入 信號的響應(yīng)(在此和級函數(shù)一樣)適用于象整個調(diào)節(jié)回路的時間性能那 樣來完整描述時間特性，只要保證線性特性.將調(diào)節(jié)塊輸出端上的信號 的時間特性描述為輸入信號的跳躍式改變的響應(yīng)的時間函數(shù)，稱為跳躍 響應(yīng)或過渡函數(shù)。在頻域，系統(tǒng)輸出端上信號的時間變化過程的傅立葉 變換由系統(tǒng)輸入端上信號的時間變化過程的傅立葉變換和該系統(tǒng)的過 渡函數(shù)的乘積得出。如果電輸入信號的頻率或者在有多個頻率的情況下 頻譜輸入端上的輸入信號的頻率改變，則可以通過在EDFA或者調(diào)節(jié)裝 置的輸出端上獲得電頻谞來檢驗調(diào)節(jié)段的時間特性?？梢圆捎檬噶烤W(wǎng)絡(luò) 分析器來推導(dǎo)出輸入信號的絕對值和相位。
如果借助小信號分析確定了 EDFA的傳輸函數(shù)，則在EDFA中放大到 飽和的輸入信號的傳輸函數(shù)是一種高通。該高通的邊界頻率與EDFA的 輸出功率成正比。如果在例如由多個EDFA級組成的放大器組內(nèi)添加可 變的衰減器(variable optical attenuator,筒稱為V0A)，則邊界頻 率將增大衰減因子這么多倍。這意味著借助高通可以模擬放大器組對跳 躍式輸入信號的作用。確切地說，高通濾波器模擬第一放大器組的泵路 徑的系統(tǒng)響應(yīng)，該第一放大器組通過從光學路徑換算到第二放大器組的 泵路徑而經(jīng)過了調(diào)制。該系統(tǒng)響應(yīng)與光學路徑的頻率響應(yīng)類似。如果既 在光學路徑又在調(diào)節(jié)裝置中出現(xiàn)的延遲得到平衡，則可以在光學放大器 的輸出端上達到理想的跳躍函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，為此在第一放大器組和 第二放大器組的調(diào)節(jié)裝置之間接入附加的控制鏈，該控制鏈優(yōu)選由高通 濾波器、延遲和信號成型單元以及控制信號的縮放單元組成。詳情請參 見下面的實施例。如果沒有高通濾波器，通過加入控制鏈就已經(jīng)改善了 動態(tài)性能，當然參數(shù)經(jīng)過精確設(shè)計的高通濾波器可以更為精確地保持恒 定的增益。
在圖2中示出光學放大器的結(jié)構(gòu)框圖，該光學放大器在該實施例中 由兩個放大器組G—A和G—B組成。上面的路徑包括光學組件，并且對應(yīng) 于光學WDM信號的光學路徑。所連接的調(diào)節(jié)裝置包含電子功能單元和路 徑。這些調(diào)節(jié)裝置可以是模擬或數(shù)字的，例如借助數(shù)字處理器單元 (digital processor unit,簡稱為DSP)實現(xiàn)。在該實施例中的放大器組可以由一個或多個圖1的放大器級構(gòu)成.此外，該放大器組可以包括多于一個的泵激光二極管作為泵裝置，或者只包含一個激光二極管用于激勵(pump)多個放大器級。功能塊G—A或G-B在此除了多個摻有鉺 的光纖之外還應(yīng)當包括全部的無源光學組件，如耦合器、絕緣體、VOA 和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的任意泵裝置。在圖2所示的放大器裝置的輸入 端一端口 1后連接了功率監(jiān)控裝置Ml (還是按照圖1),放大器組G_A 的WDM信號1通過該功率監(jiān)控裝置Ml的光學輸出端輸入第一調(diào)節(jié)裝置 RE_A，光電轉(zhuǎn)換的輸入信號IO通過該功率監(jiān)控裝置Ml的電輸出端輸入 第一調(diào)節(jié)裝置RE_A,在放大器組G-A之后設(shè)置另 一個監(jiān)控器裝置M4用 于獲取輸出功率。M4的電輸出信號對應(yīng)于調(diào)節(jié)參數(shù)的實際值，并且輸入 調(diào)節(jié)裝置RE-A。調(diào)節(jié)裝置RE-A與圖l描述的調(diào)節(jié)裝置類似地構(gòu)造，并 為放大器組G—A內(nèi)包含的泵裝置提供泵流14作為調(diào)節(jié)信號。為了表征 通過放大器組A內(nèi)的光纖輸入產(chǎn)生的光學信號的延遲，采用虛線框Atf」。 為了表征調(diào)節(jié)裝置RE-A內(nèi)的電信號的固有延遲以及放大器G-A的泵過 程所帶來的延遲，給出虛線框Δtc_A。時間間隔Δtc_A也稱為調(diào)節(jié)裝置RE_A 的反應(yīng)時間。
第一放大器組G_A的輸出端的監(jiān)視器裝置M4例如可以連接到補償 離差的光纖FCD，該光纖引起光信號長達AUcF的延遲。第二放大器組G-B 在該實施例中只具有一個輸出端的功率監(jiān)視器裝置M6。該放大器組也根 據(jù)不同的需要包含多個鉺光纖和一個或多個所屬的泵裝置。光信號的延 遲是由摻有鉺的光纖和光纖引線引起的，在此通過虛線框Atf.B給出。放 大器組G_B的泵功率借助調(diào)節(jié)裝置RE-B得到匹配。該調(diào)節(jié)裝置原則上 和第一放大器組的調(diào)節(jié)裝置RE-A相同構(gòu)成。調(diào)節(jié)裝置RE-B從第一放大 器組G-A前面的第一監(jiān)視器裝置Ml獲得輸入信號。由于光信號在從端 口 l到端口 5的上面的路徑中經(jīng)歷了延遲Δtf-A+ΔtDCF，因此調(diào)節(jié)裝置RE-B 中的電信號也要在時間上得到匹配，從而與該光信號在時間上相同。
在監(jiān)視器裝置Ml后面的分叉位置VO分叉的光電轉(zhuǎn)換的輸入信號 30，首先被輸入調(diào)節(jié)裝置RE—B的縮放單元G16，在此該輸入信號與增益 因子相乘，該增益因子對應(yīng)于從端口 1到端口 6、包4舌放大器組G-B的 整個光學路徑。接著這樣經(jīng)過縮放的信號31被輸入分叉位置V3。該分 叉位置的第一輸出端將信號32通過第一延遲元件VZ1輸入前饋控制單 元FF—B。在該延遲元件VZ1中將該信號延遲時間間隔Δtf_A+ΔtDCF-Δtc_B。如果例如在該路徑中添加其它元件，則VZ1中的延遲時間會相應(yīng)地減少 這些元件的延遲時間。通過這種方式使得前饋控制單元FF_B的控制信 號在第二調(diào)節(jié)的反應(yīng)時間之前Atc』就產(chǎn)生了。分叉位置V3的第二輸出 通過第二延遲元件VZ2輸入調(diào)節(jié)裝置RE_B的混合點SUB-B，在此閾值 35與實際值39比較，并將調(diào)節(jié)偏差36輸出到調(diào)節(jié)單元C-B。在此，延 遲元件VZ2被設(shè)置為，閾值33的信號被延遲了時間間隔Atf」+At野+Atf-B， 因為實際值39的信號也恰好經(jīng)歷了該延遲，從而進行了同時間的減法。 調(diào)節(jié)單元C-B連接到加法器ADD-B，在該加法器中前饋控制單元FF-B 的控制信號34和調(diào)節(jié)單元中產(chǎn)生的校正信號37相加。
為了補償?shù)?一調(diào)節(jié)裝置的反應(yīng)時間，施加在加法器ADD-B的輸出端 上的調(diào)節(jié)信號38通過另一個校正信號27既在時間上又根據(jù)幅度得到匹 配。為此采用另一個控制鏈SK，其采用縮放單元G"輸出的額定值信號 ll作為輸入信號。為此在調(diào)節(jié)裝置RB-A內(nèi)，與圖l不同地在第一分叉 點VI之后設(shè)置第二分叉點V2，從該第二分叉點開始事先在G14中經(jīng)過縮 放的輸入信號11被輸入本發(fā)明的控制鏈SK。
電信號20首先輸入高通濾波器HP。通過用具有與放大器組G—A相 同的邊界頻率的高通濾波器對該輸入信號進行濾波，將前饋信號成型為 放大器組G-B的光輸出信號具有當放大器組A的輸入信號施加在放大器 組G-B的輸入端上時的形狀。然后在放大器組G-B內(nèi)采用前饋控制信號， 該控制信號在輸出信號中不產(chǎn)生過沖。在該實施例中，高通濾波器HP 與延遲和信號成型單元DY連接。該延遲和信號成型單元還可以設(shè)置在 高通濾波器HP之前。在該延遲和信號成型單元內(nèi)，信號首先經(jīng)歷了等 于時間間隔Atf-A+At野-Atc』的延遲，即電信號被延遲了光信號經(jīng)過放大 器組G-A和DCF所需要的時間。將該延遲減去放大器組G-B的反應(yīng)時間 或固有延遲時間，由此可以及時產(chǎn)生前饋信號。為了設(shè)置出延遲 Atf-A+AtDCF-Ate."采用延遲元件VZSK。延遲元件VZSK與分叉點V4連接， 該分叉點的第一輸出端直接與加法器ADD連接，而第二輸出端通過中間 連接的延遲元件VZ(C-A)與該加法器連接。通過這種方式產(chǎn)生電信號23 的副本24,該副本在VZ(C-A)中被延遲了第一放大器組V-A的調(diào)節(jié)裝置 RE—A的反應(yīng)時間或固有延遲時間Atc」。在加法器ADD中將未經(jīng)延遲的信 號23與經(jīng)過延遲的信號25相加，從而在延遲和信號成型單元DY的輸 出端上產(chǎn)生時間間隔為Atc—A的信號脈沖。如果在功能塊HP和DY的輸出
端上發(fā)現(xiàn)有傳輸函數(shù)，則在高通濾波器的輸出端上的傳輸函數(shù)表示對放大器組G-A的模擬，而延遲和信號成型單元DY的輸出端上的傳輸函數(shù) 表示通過放大器組G_A的固有延遲而產(chǎn)生的錯誤。在與DY連接的前饋 控制單元FF2中產(chǎn)生校正信號27，該校正信號補償放大器組G—A的錯誤。 因此校正信號27表示附加的前饋控制信號，并且在混合點ADD-FF中與 放大器組G—B的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)信號38相加.為了設(shè)置放大器組 V—B中的泵功率而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號40，在時間上被調(diào)節(jié)為使得放大器組 V_B的調(diào)節(jié)裝置的固有延遲(在附圖中通過虛線框Atc-B表示)不再起作 用并得到抵消。在該位置加入虛線框Atu只是為了在總數(shù)上提醒在G-B 的RE-B和泵裝置中出現(xiàn)的延遲，但是在該位置對信號40沒有什么作用。 為了清楚表示本發(fā)明的控制鏈SK的各個功能塊的作用方式，在圖3 中在調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部以及放大器裝置的光學路徑內(nèi)部的不同位置上示出 電信號和光信號的幾個時間變化過程。曲線K_l表示放大器組V-A的輸 入端(端口 1)上的光學WDM信號的功率。它是應(yīng)當表示取消信道的級 函數(shù)。在時刻t峋發(fā)生功率躍變。曲線K-15表示前饋控制單元FF-A的 輸出信號15。加法器ADD-A的輸出端上的調(diào)節(jié)信號也像K-15那樣。曲 線K_16表示有效的調(diào)節(jié)信號，或換句話說表示泵信號的作用.借助曲 線K_16表明泵信號晚了時間間隔Atc」才發(fā)揮作用。由于放大器組G-A 的反應(yīng)時間Atc」，在該光學輸出功率時出現(xiàn)過沖或下沖。在曲線K-4中 示出在放大器組A的輸出端上(端口 4)的光學功率中的這種過沖。曲 線K-21示出高通濾波器的輸出端上的電信號21。它是調(diào)節(jié)塊HP的跳躍 響應(yīng)。
下面的曲線束示出在比1=0晚的時刻t-Atf」+At野的信號變化過程。 由此曲線K_5示出放大器組G-B的輸入端上的光學信號5的變化過程。 光信號功率中的功率躍變被延遲了飛行時間Atf」+AtDCF (=通過放大器 組G-A的飛行時間+通過DCF的飛行時間)地到達放大器組G-B。曲線 K_33示出第二放大器組G-B的調(diào)節(jié)裝置RE—B內(nèi)的延遲元件VZ1的輸出 端上的電信號33。前饋控制單元FF—B的作用在曲線K-34中示出。如果 沒有加入本發(fā)明的控制鏈SK，信號34就會凈皮延遲反應(yīng)時間Atu才發(fā)揮 作用。
在控制鏈SK內(nèi)，電信號沒有經(jīng)歷反應(yīng)時間ALB。電信號的信號飛 行時間僅在放大器組G-B的開頭與光信號的信號飛行時間匹配。為此電
信號必須經(jīng)過延遲元件VZSK。VZSK的輸出端上的電信號21在曲線K_21 中示出，此外，在曲線K-26中給出延遲和信號成型單元DY的輸出端上 的電信號26。通過信號23與延遲了 RE_A的反應(yīng)時間Atu的副本25的 疊加，形成了長度為Atu的信號脈沖。信號26被輸入前饋控制單元FF2， 在此匹配振幅，接著該控制信號27在加法器ADD-FF中與調(diào)節(jié)信號38 相加。調(diào)節(jié)裝置RE-B的輸出信號40在曲線K-40中示出。K-40示出本 發(fā)明控制鏈SK的有效作用。在放大器組G_B中發(fā)揮作用的所屬的泵信 號，是曲線K-PB的內(nèi)容。曲線K—PB通過將K_40與K-34相加而出現(xiàn)。 要注意，在該實施例中時間間隔Atc」和Atu是相同的。泵信號的作用借 助曲線K_6示出。它是放大器組G-B的輸出端一端口 6上的光信號6的 輸出功率。4艮明顯，在反應(yīng)時間間隔Atc」期間首先必須跳躍式地降低泵 功率，以降低放大器增益并抵消過沖，接著必須再次提高泵功率，以再 次提高放大器增益。借助曲線K-5、 K_PB和K_6表明調(diào)節(jié)裝置RE-B的 各個調(diào)節(jié)塊的時間性能經(jīng)過了最佳設(shè)計。從而達到了對于整個放大器裝 置來說最佳的前饋控制.
前饋控制的本發(fā)明設(shè)計的另 一優(yōu)點是，由前饋控制單元FF2輸出的 校正信號的絕對值與調(diào)節(jié)裝置RE-A或RE_B的工作點無關(guān)。校正信號的 絕對值基本上取決于從監(jiān)控器裝置Ml分出的輸入信號在元件G14中進行 的縮放。由此在FF2中產(chǎn)生的校正信號與各個放大器組G_A和G_B的輸 出功率無關(guān)。
其它實現(xiàn)可能是，放大器組G-A的前饋控制更弱或更強，或者完全 關(guān)閉。信號25必須通過VZ(V-A)被衰減相應(yīng)的倍數(shù)，或者可以在不存在 FF_A時去掉該延遲元件。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)光學放大器，其具有至少兩個串聯(lián)連接的放大器組(G_A，G_B)，其中每個放大器組分別具有泵裝置和與該泵裝置連接的調(diào)節(jié)裝置(RE_A，RE_B)，該調(diào)節(jié)裝置在輸入功率變化時匹配泵功率以保持恒定的放大器增益，其中在第一放大器組(G_A)之前連接功率監(jiān)控器裝置(M1)用于獲取輸入功率的變化，該功率監(jiān)控器裝置的電輸出端既與第一調(diào)節(jié)裝置(RE_A)又與第二調(diào)節(jié)裝置(RE_B)連接，其特征在于，在第一和第二調(diào)節(jié)裝置之間加入控制鏈(SK)，該控制鏈具有串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括高通濾波器(HP)，該高通濾波器的邊界頻率大致等于第一放大器組(G_A)的邊界頻率，延遲和信號成型單元(DY)，以及前饋單元，用于產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)裝置(RE_B)的校正信號(27)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學放大器，其特征在于， 延遲和信號成型單元(DY)包括由延遲元件(VZSK)和差分元件組成的串聯(lián)電路，其中差分元件由輸入端的用于將輸入信號(22)分為兩 個相同的子信號(23， 24)的分叉元件(V4)，設(shè)置在該子路徑之一中 的另一個延遲元件(VZ(C-A))以及輸出端的用于將經(jīng)過延遲的子信號 (25)和未經(jīng)延遲的子信號(23)相加的加法器(ADD)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)光學放大器，其特征在于， 每個放大器組(G-A， G-B)的調(diào)節(jié)裝置(R-A， R_B)在輸入端都具有縮放單元(G14， G16)，該縮放單元與第一分叉位置(VI, V3)連接，使得該 分叉位置的第一輸出端與控制單元(FF—A，F(xiàn)F-B)連接，而且該分叉位 置的第二輸出端通向第一混合點(SUB-A，SUB-B)的第一輸入端，第一混合點(SUB-A， SUB—B )的第二輸入端與相應(yīng)放大器組(G-A， G-B) 的輸出端的功率監(jiān)控器裝置(M4, M6)連接，第一混合點(SUB-A，SUB-B)的輸出端與調(diào)節(jié)單元(C—A，C-B)連接， 該調(diào)節(jié)單元的輸出端通向第二混合點(ADD-A， ADD-B)的第一輸入端，第二混合點(ADD-A， ADD_B )的第二輸入端與控制單元(FF_A， FF_B ) 連接，第二混合點(ADD-A， ADD-B )的輸出端連接到相應(yīng)放大器組 (G-A,G-B)的泵裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)光學放大器，其特征在于， 第一放大器組(G-A)的調(diào)節(jié)裝置(RE_A)被連接成，在第一分叉位置(VI)之后設(shè)置第二分叉位置(V2),第二分叉位置的第一輸出端與 第一混合點(SUB-A)連接，第二分叉位置的第二輸出端與控制鏈(SK) 連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)光學放大器，其特征在于， 第二放大器組(G-B)的調(diào)節(jié)裝置(RE-B)被連接成，在控制單元(FF_B)之前連接第一延遲元件(VZ1)，在第一混合點(SUB-B)之前連接第二 延遲元件(VZ2)，其中在第一和第二延遲元件(VZ1，VZ2)中達到的延 遲是不同的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的可調(diào)光學放大器，其特征 在于，所述控制鏈(SK)的延遲和信號成型單元(DY)僅包括一個延遲元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的可調(diào)光學放大器，其特征 在于，每個放大器組(G-A， G_B)包括至少一個放大器級。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的可調(diào)光學放大器，其特征 在于，在放大器組(G-A，G-B)之間設(shè)置至少一個補償離差的光纖(DCF)。
9. 一種用于調(diào)節(jié)光學放大器的方法，該光學放大器具有至少兩個 串聯(lián)連接的放大器組(G—A，G_B),其中借助調(diào)節(jié)裝置(RE-A，RE-B)調(diào)節(jié) 該光學放大器的增益，其途經(jīng)是獲得第一放大器組(G—A)的輸入功率(1 ) 的變化，并且在輸入功率(1 )發(fā)生變化時匹配輸入每個放大器組(G-A，G-B)的泵功率以保持恒定的放大器增益， 其特征在于，分出該輸入功率(1)的一部分并輸入放大器組(G-A，G-B)的調(diào)節(jié)裝 置(RE—A, RE-B),并且該部分在經(jīng)過縮放之后用于前饋控制和設(shè)置相應(yīng)放大器組的輸出功率的額定值，將用于第一調(diào)節(jié)裝置(R-A)的經(jīng)過縮放的控制信號(11)輸入高通 濾波器(HP)，在不考慮延遲的情況下該高通濾波器的傳輸函數(shù)等于第一放 大器組(G-A)的傳輸函數(shù)，從借助高通濾波器(HP)成型的控制信號借助延遲和信號成型單元 (DY)產(chǎn)生信號脈沖(26)，該信號脈沖(26)的振幅與第二放大器組(G-B)需要的泵功率匹配， 接著作為校正信號(27)用于第二放大器組(G-B)的調(diào)節(jié)裝置(RE-B)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，信號脈沖(26 )的持續(xù)時間等于第一調(diào)節(jié)裝置(R-A)的反應(yīng)時間(Atc_A )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將經(jīng)過縮放的控制信號(31)分開給第二縮放裝置(RE—B)，并且在時 間上延遲兩個子信號(32， 33)，其中控制信號(32)的延遲時間由光信號 在笫一放大器組內(nèi)的延遲時間(Atf」)加上光信號在設(shè)置于笫一和第二放 大器組之間的補償離差的光纖內(nèi)的延遲時間(AtDCF)之和再減去第二調(diào)節(jié) 裝置(R-B)的反應(yīng)時間(Atc-B)構(gòu)成，額定值(33)的延遲時間由光信號在 第一和第二放大器組內(nèi)的延遲時間(Atf-A+Atf-B)加上光信號在設(shè)置于第一 和第二放大器組之間的補償離差的光纖內(nèi)的延遲時間(Atc-B)之和構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)光學放大器，其具有至少兩個串聯(lián)連接的放大器組，其中每個放大器組分別具有調(diào)節(jié)裝置。在光學放大器之前連接功率監(jiān)控器裝置用于獲取輸入功率的變化，該功率監(jiān)控器裝置的電輸出端既與第一調(diào)節(jié)裝置又與第二調(diào)節(jié)裝置連接。在第一和第二調(diào)節(jié)裝置之間加入控制鏈，該控制鏈具有串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括高通濾波器、延遲和信號成型單元和用于產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)裝置的校正信號的前饋單元。該高通濾波器的邊界頻率大致等于第一放大器組的邊界頻率。通過本發(fā)明的控制鏈優(yōu)化調(diào)節(jié)性能，使得光學放大器的輸出信號的功率瞬時現(xiàn)象尤其是在輸入功率的跳變之后被減小。
文檔編號H04B10/296GK101346912SQ200680046832
公開日2009年1月14日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者K·朱伯-奧克羅格 申請人:諾基亞西門子通信有限責任兩合公司