用於求出WDM傳輸系統中的Raman放大器的增益光譜的方法
2023-05-19 13:34:31
專利名稱：用於求出WDM傳輸系統中的Raman放大器的增益光譜的方法
技術領域：
本發明涉及按照權利要求1和7求出Raman放大器的增益光譜的方法和裝置。
在傳輸光纖中分布式Raman放大器的使用允許明顯地改善光學傳輸系統的性能。例如當在路徑末端上的光信噪比相同時通過使用這種技術可以將單個路徑段的長度放大或可以搭接更多的路徑段。
當在WDM系統中使用這種技術時，Raman增益應具有平坦的增益光譜，因此所有通道平均地獲益。在另外的情況下，由於具有最小增益的通道，可達到的系統改善受到限制。其他通道的比較高的增益相當於未有效地利用所使用的泵功率，並且在其信號質量偏差非常大時可能由於雙程瑞利反向散射而變壞。
在寬的波長範圍上的平坦的增益光譜可以通過使用多個具有不同波長的泵信號獲得。然而所希望的增益光譜只針對在單個泵波長情況下的功率的完全確定的分配而產生。這些泵波長必須與所要求的增益、泵波長相對於信號波長的位置，泵源和傳輸光纖之間的插入衰減和傳輸光纖的性能相匹配。
對於Raman放大來說重要的傳輸光纖性能即使在光纖為一種類型(SSMF，LEAF，TrueWave，...)時也可能在樣本之間產生如此大的參數差異，以致得出可感覺到的所產生的增益光譜的差別。此外，在系統安裝時常常不知道在泵源和傳輸光纖真正的輸入端之間的插入衰減。因此在系統開始運轉時，只有當每個路徑段中當前存在的增益光譜能夠被測量並且在出現偏差時泵功率被相應地匹配時，才可以調整所希望的增益光譜。
到目前為止，基本上已公開了四種用於在系統開始運轉時調整Raman源的泵功率的方法。在系統以最大通道數開始運轉時可以使用第一種方法。在這種情況下，在發射器後面開始的路徑段一段接一段地啟動。因為在開始運轉時已經存在所有的通道，所以這些通道可以用作增益測量的測量信號光譜。首先在Raman泵源關閉時在路徑段的輸出端上測量信號光譜，隨後在源接通時測量該光譜。這兩個光譜之比或者單位為dB的電平差可直接表明Raman放大器的接通/關閉(An/Aus)增益光譜。
可惜在實踐中很少使用這種方法，因為大多數系統只以很小數目的通道投入運行而且以後才擴建。只利用開始時已有的信號通道來測量和調整增益光譜雖然原則上是可能的，因為在還缺少的通道中增益不起作用。於是，最晚在其他通道開始運轉時必須重新測量和調整增益光譜。為此所要求的Raman泵源的關閉有可能干擾已有通道的傳輸。因此應該已經在系統開始運轉時就針對在最終擴建時存在的所有通道來測量和調整增益光譜。
在第二種已公開的用於調整泵功率的方法中，在才開始運轉時還不存在的通道由在波長方面可調諧的雷射源代替。因此，利用關閉或者接通的Raman泵源來求出在路徑段輸出端上的信號光譜需要大量的單次測量，在單次測量之間必須將連續調諧的雷射源轉接在下一個通道。這種方法除了需要明顯較長的測量時間之外還需要到該雷射源的通信可能性，由此可以通知該雷射源，什麼時候它應該調整哪個波長。此外，雷射源的提供以及將輸出信號耦合輸入到傳輸系統中可能會造成一些問題。
為了能夠放棄連續調諧的雷射源，建議了第三種用於測量增益光譜的方法，這種方法沒有在路徑段輸出端上的測量信號也完全應付得了。這種方法利用以下效應，即負責增益的刺激發射必然隨著自發發射的產生而出現。因此，測量由Raman放大器產生的光譜ASE，並嘗試從中計算出增益光譜。因為分布式Raman放大器在增益光譜和ASE光譜之間具有非常複雜的關係，所以該計算的工作量非常大並且容易出錯。
用於調整Raman泵源的泵功率的第四種建議方法完全放棄測量增益光譜，並且只根據給出的傳輸光纖的光纖類型來調整泵功率。因為這種方法藉此既不知道確切的光纖性能又不知道泵源和傳輸光纖之間的插入衰減，所以所得出的增益光譜可能明顯地偏離原本所希望的增益光譜。
本發明的任務是給出一種用於求出增益光譜的方法以及裝置，該方法和裝置能夠容易地調整Raman放大器的泵源功率，並且其中避免了之前提到的缺點。
該任務的解決方案在其方法方面通過具有權利要求1的特徵的方法以及在其裝置方面通過具有權利要求7的特徵的裝置來實現。
本發明的有利的改進方案在從屬權利要求中給出。
所建議的本發明方法使用由系統中現有的光學放大器、例如摻雜鉺的光纖放大器EDFA產生的放大的自發發射ASE作為測量信號。因為光纖放大器EDFA在整個信號波長範圍內必須具有平坦的增益光譜，所以它們也在整個波長範圍內產生ASE，在整個波長範圍內必須用寬帶泵源測量分布式Raman放大器的增益光譜。ASE光譜具有不同於光纖放大器EDFA的增益光譜的曲線。然而，光纖放大器EDFA的ASE光譜的準確形狀對於Raman放大器的增益測量來說不起任何作用。待測量的Raman增益光譜由隨著Raman泵源的關閉或者接通而在路徑段輸出端上產生的光譜之比得出，而且與單個光譜的形狀無關。
原則上，可以利用光纖放大器EDFA的ASE在完全不存在信號通道的情況下測量分布式Raman放大器的增益光譜。為了保護光纖放大器EDFA，被進一步開發直到產品成熟的WDM傳輸系統一般具有防護措施，該防護措施防止在不存在通道的情況下接通光纖放大器EDFA。有利地，信號通道的存在不會干擾所建議的方法，因為光纖輸出端上的光譜之比也可以利用任意數目的通道來確定。
在測量增益光譜時的問題引起由分布式Raman放大器本身產生的ASE。這只在接通泵源時出現，並因此可能使測量結果摻假。由Raman放大器本身產生的ASE可以通過第三次測量測定並計算出來。為此附加地在接通Raman泵源但是關閉在路徑段之前的光纖放大器EDFA時測量在光纖段輸出端上的光譜。在此所觀察的光譜成分必須從利用接通的泵源和接通的光纖放大器EDFA的測量中減去。
路徑段越接近整個系統的輸入端，由Raman放大器本身產生的ASE的影響幹擾就越大。在第一個路徑段中，由光纖放大器EDFA產生的ASE的功率還比較小。在很後面的路徑段中，被使用作為測量信號的、在前面的放大器中生成的ASE才超過所觀察的路徑段中的Raman放大器所貢獻的成分。
通過一種手段可以提高前面的路徑段中增益光譜的測量精度。在第一個路徑段前面的光纖放大器EDFA(Booster輔助放大器)在正常運行時產生比較少的ASE，因為它用高輸入電平工作。現代化的傳輸系統大多具有可調節的衰減器VOA(可變光學衰減器)，可以利用這些衰減器使電平與單個發送器相適應。這個衰減器VOA還可以用於降低輔助放大器中的輸入電平。被調節為恆定輸出功率的輔助放大器利用比較低的輸入電平產生比較多的ASE。利用這種方法，由輔助放大器引起的ASE可以比由Raman放大器引起的ASE選擇得多。
如果WDM傳輸系統以多個信號頻帶工作，這些信號頻帶在單獨的光纖放大器EDFA或其他的離散放大器中進行處理，這些放大器的ASE光譜就可以被用於測量分布式Raman放大器的增益光譜。因為然後分布式Raman放大器必須處理所有的信號頻帶，所以增益測量應該涉及這些信號頻帶。雖然離散放大器只分別在一個頻帶中產生ASE。但是所有離散放大器的ASE的總信號覆蓋整個信號波長範圍。有利地，可以在傳輸路徑的一段上安排多個光纖放大器或Raman放大器，以便在不同光譜範圍內將WDM信號放大，其中按照本發明的方法求出Raman放大器的增益光譜。
下面藉助於附圖詳細敘述本發明的實施例。
其中
圖1示出了用於在第一個傳輸段中執行按照本發明的方法的裝置。
作為實施例，考慮在圖1中示出的用於執行按照本發明的方法的裝置，這個裝置說明了作為WDM傳輸系統的截面的第一個傳輸段。在這個傳輸段上連接了一個Raman放大器，該Raman放大器有具有多個泵信號的泵源PQ。在路徑段末端上的該泵源PQ使用四個雷射二極體，以便產生Raman泵輻射。該泵源PQ的泵信號藉助于波長選擇的多路復用器MUX進行匯集。雷射二極體產生波長為1423nm、1436nm、1453nm和1467nm的信號。波段濾波器KO1在傳輸信號的傳播方向的相反方向上將泵信號耦合輸入到信號路徑中或者耦合輸入到傳輸光纖LWL中。
在該信號路徑中，在泵源PQ的波段濾波器KO1的後面連接了一個耦合器KO2。藉助於與該耦合器KO2連接的光學光譜分析儀OSA可以測量在路徑段輸出端上的光譜。在傳輸光纖LWL的前面連接了作為輔助放大器BO的放大器。使用了摻雜鉺的光纖放大器EDFA1作為放大器。同樣可以使用其他的光學放大器、諸如半導體放大器、摻雜銩的光纖放大器或離散的Raman放大器作為輔助放大器BO。在輔助放大器BO的前面連接了一個多路復用器MUX2，用於匯集WDM信號的待傳輸的通道。其他的光學放大器EDFA2或一般被稱為EDFA＝EDFA1，EDFA2，...，沿著傳輸路徑連接在耦合器KO2的後面。
在該裝置中包含用於接通和關閉光纖放大器和Raman放大器的泵源的控制裝置SE。
在所選擇的例子中，在開始運轉時應只存在一個來自發送單元TX與後置的可調整的衰減器VOA的單個通道S1。該單個通道S1足夠將光纖放大器EDFA的安全切斷去活。在接通了發送器TX之後，首先這樣調整衰減器VOA，使得輔助放大器BO輸入端上的通道S1達到其額定電平。之後接通該輔助放大器BO。接著將衰減器VOA的插入衰減提高到這種程度，直到輔助放大器BO生產出被充分放大的自發發射ASE。
在藉助於光學光譜分析儀OSA第一次測量路徑段輸出端上的光譜SP1時，Raman泵源PQ保持關閉。隨後將輔助放大器BO關閉並利用接通的Raman泵源PQ測量第二個光譜SP2。在第三次測量第三個光譜SP3時將輔助放大器BO重新接通。為了計算Raman放大器的增益光譜，首先將第二個光譜SP2從第三個光譜SP3中減去(兩個光譜的單位為W或者W/Hz)，然後將該差值除以第一個光譜SP1(單位同樣為W或者W/Hz)。比值(SP3-SP2)/SP1相當於Raman放大器的接通/關閉增益光譜。為了重新調節增益光譜GS，將在光學光譜分析儀OSA上所記錄的光譜的分析單元EE和用於控制泵源PQ的光譜功率成分的調節器RE連接在光學光譜分析儀OSA上。該分析單元EE同樣連接在用於使各個放大器的接通和關閉與所希望的光譜的記錄同步的控制單元SE上。
根據傳輸路徑的配置，可以忽略來自Raman放大器的放大的自發發射，也就是說可以省去第二個光譜SP2的測量。在這種情況下，在光學放大器接通時利用接通和關閉的Raman放大器的泵源只進行兩次測量。此時，增益光譜GS作為第一個和第三個光譜之比SP3/SP1求出。
在第一個傳輸路徑段中的Raman放大器的電平調整之後，第二個路徑段中緊接著的光纖放大器EDFA2開始運行。隨後可以在第二個路徑段中進行Raman放大器的增益測量。第一個光譜SP1重新利用關閉的泵源進行測量，第二個光譜SP2利用接通的泵源和在路徑段前面的關閉的EDFA2進行測量，以及第三個光譜SP3利用接通的Raman泵源和接通的EDFA2進行測量。如上所述進行增益光譜的計算。用同樣的方法還可以求出後面的路徑段的增益光譜。
權利要求
1.用於求出WDM傳輸系統中連接在光學放大器之後的Raman放大器的增益光譜(GS)的方法，其特徵在於，在所述光學放大器和Raman放大器被激活時，在所述Raman放大器關閉時，測量主要由所述光學放大器引起的放大的自發發射(ASE)所產生的光譜(SPi)(i＞1)，並且從這些光譜(SPi)中求出所述增益光譜(GS)。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，在所述Raman放大器的泵源(PQ)關閉而所述光學放大器的泵源接通時測量第一個光譜(SP1)，利用接通的所述Raman放大器的泵源PQ和接通的所述光學放大器的泵源測量第三個光譜(SP3)，所述Raman放大器的增益光譜(GS)按照以下規則計算GS＝SP3/SP1。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於，在所述Raman放大器的泵源(PQ)關閉而所述光學放大器的泵源接通時測量第一個光譜(SP1)，在所述Raman放大器的泵源(PQ)接通而所述光學放大器的泵源關閉時測量第二個光譜(SP2)，利用接通的所述Raman放大器的泵源PQ和接通的所述光學放大器的泵源測量第三個光譜(SP3)，所述Raman放大器的增益光譜(GS)按照以下規則計算GS＝(SP3-SP2)/SP1。
4.按照權利要求1至3之一的方法，其特徵在於，在具有其他光學放大器和其他Raman放大器的傳輸路徑中，通過其泵源的接通和關閉來測量其他光譜並從中求出所述Raman放大器的增益光譜。
5.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在具有多個段的傳輸路徑開始運行時，所述段包括至少一個光學放大器和一個Raman放大器，逐段地求出所述增益光譜(GS)。
6.按照上述權利要求之一的方法，其特徵在於，為了求出所述增益光譜(GS)，將通道信號進行衰減，以致在所述光學放大器的輸出端上出現高的放大的自發發射(ASE)。
7.用於求出/測量WDM傳輸系統中連接在光學放大器之後的Raman放大器的增益光譜(GS)的裝置，其特徵在於，所述裝置包括光學光譜分析儀(OSA)和用於接通和關閉所述光學放大器和所述Raman放大器的泵源的控制裝置(SE)，在所述光學放大器的前面連接衰減裝置(VOA)，所述衰減裝置在測量時抑制通道信號(S1)，以致具有高的放大的自發發射(ASE)的信號被輸入給所述Raman放大器。
8.按照權利要求7的裝置，其特徵在於，在所述光學光譜分析儀(OSA)上所記錄的光譜的分析單元(EE)和用於控制所述泵源(PQ)的光譜功率成分的調節器(RE)連接在所述光學光譜分析儀(OSA)上。
9.按照權利要求7或8的裝置，其特徵在於，光纖放大器(EDFA1，EDFA2，...)、半導體放大器或離散的Raman放大器被裝設作為光學放大器。
全文摘要
本發明涉及用於求出WDM傳輸系統的一段中具有前置光學放大器的Raman放大器的增益光譜的方法和裝置。在該Raman放大器的輸出端上記錄多個光譜，其中光學放大器或Raman放大器被接通和關閉，以及其中在Raman放大器的輸入端上產生高的放大的自發發射。緊接著藉助於所記錄的光譜求出增益光譜。
文檔編號H04B10/073GK1679258SQ03820295
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月7日 優先權日2002年8月27日
發明者P·克倫裡希 申請人:西門子公司