[发明专利]可调光学放大器和用于调节光学放大器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调光学放大器和用于调节光学放大器的方法。

背景技术

在具有很大作用范围的光传输网络中，为了放大信号通常采用光纤 放大器，其放大纤维被掺入来自稀土元素族的离子。在商业上通常采用 掺入了铒的光纤放大器(EDFA)。这样的EDFA除了用于输入数据信号的 输入端之外还具有光泵源(Pumpquelle)，如激光二极管，其输出信号 被耦合到用铒掺杂的光纤中。被引入掺杂的光纤中的光数据信号通过光 子的激励发射得到放大。通常EDFA由多个放大级组成。下面将恰好包 含一个连贯的掺入了铒的光纤的EDFA部分称为放大级，该光纤设置在 无源部件之间。下面考察分为多个放大器组的放大器，其中放大器组可 以由一个放大级或多个放大级组成。

为了利用光传输纤维的容量，在通常借助波分复用技术(英语： wavelength division multiplexing，简称WDM)组成的单个传输信道 中传输数据信号。目前借助WDM技术可以用最多80个信道以最大 40Gbit/s的数据率传输WDM信号。信道的数量根据传输系统的负载和传 输能力而不同。如果传输系统中的信道接通或关闭或者在分叉位置耦合 进或耦合出，则会在传输系统中导致总信号功率的跳跃式改变。该跳跃 式改变可能导致位误差并导致光接收器的损坏，因为光接收器只能在有 限的输入功率范围内正确工作。

如果在光学放大器的输入端出现信号功率的这种跳跃式改变，则该 放大器的泵功率必须与输入信号的功率波动快速匹配，以避免在未参与 开关过程的信道的功率中出现大的跳跃式改变。光学放大器的输出功率 取决于其增益。放大器增益除了材料参数之外还由泵波长和泵功率确 定。此外，放大器增益在达到最大可能的输出功率时(饱和)由输入功 率确定。如果该增益保持恒定，则未参与开关过程的信道的功率不会改 变，因为这些信道总是被放大相同的程度。因此在设计光纤放大器时， 即使在放大器输入端上出现大的功率跃变也要达到尽可能恒定的放大 器增益总是很重要的。这将借助增益调节来实现。增益调节通常是输出 功率调节以及结合从输入信号导出的放大信号作为阈值。在现有技术中 公开了很多种用于调节放大器增益或放大器输出功率的方法。大多数采 用增加了控制的调节装置，该控制是所谓的前馈控制。在调节电路和前 馈控制链中，光泵形成调节元件，泵功率因此相当于调节参数。

在光学放大器的整个装置中，可以避免信号延迟。在信号放大时， 尤其是在EDFA中仅通过光纤中的飞行时间(Laufzeit)就会导致光信 号的延迟。该延迟接近0.3到0.6μs。此外还通过放大的物理过程引起 延迟。在使用980nm的泵源时，掺杂元素铒的电子在抽运过程 (Pumpvorgang)中首先提高到较高的第一原子能水平，在该电子在发 射光子的条件下回到原子基本水平之前，从该第一原子能水平开始该电 子在非辐射的过渡中才松弛到亚稳的中间水平。除了光信号的延迟之 外，在调节装置内部还因为调节装置的各个组件而产生电信号的言辞。 这种延迟例如包括在采集输入和输出信号以及对输入和输出信号进行 光电转换过程中的延迟，在泵装置的激励器中的延迟，在可以模拟或数 字地进行的信号处理中的延迟。所有这些因素都对调节性能产生了负面 影响，也就是说调节装置的动态特性没有产生最佳的系统响应。从而在 调节装置的启动时间期间会产生放大器增益的不期望的瞬时现象，该瞬 时现象以放大器的输出功率的过冲和下冲形式改变，以及以不期望的增 益改变的过冲和下冲形式改变。

如果先后连接多个一级放大器用于达到更大的作用范围，就会形成 放大器级联。在这种情况下，可能在放大器的输出功率中增加过冲和下 冲。单个放大器的增益的小偏差会导致放大器级联的输出增益的巨大偏 差。此外，上述光和电信号延迟增加了精确调节放大器级联的输出端上 的放大器增益的难度。如果在各个放大器级之间接入补偿色散的光纤 (dispersion compensating fibers，简称为DCF)，则由于信号的飞 行时间会出现数量级为100μs的恼人的光信号延迟。