專利名稱：控制拉曼放大器增益的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及控制拉曼放大器增益的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在光纖通信系統(tǒng)中，由于光纖中的吸收和散射，沿光纖傳播的光信號(hào)會(huì)發(fā)生信號(hào)衰減。因此，光信號(hào)需要在長(zhǎng)距離上進(jìn)行周期性的放大，這可以由電中繼器或光放大器實(shí)現(xiàn)。已知的光放大器的類型包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導(dǎo)體光放大器和拉曼放大器。因?yàn)槔糯笃髟趯捫盘?hào)波長(zhǎng)帶上具有平坦的增益，所以它作為波分復(fù)用(WDM)信號(hào)傳輸?shù)睦硐氲暮蜻x放大器近來引起越來越多的關(guān)注。
拉曼放大處理基于拉曼效應(yīng)，拉曼效應(yīng)是一種僅存在于高光強(qiáng)度狀態(tài)下的非線性光處理，它包括，將通過非線性介質(zhì)傳播的光與該介質(zhì)的振動(dòng)模式相匹配，以及在不同的波長(zhǎng)上對(duì)光進(jìn)行再輻射。波長(zhǎng)發(fā)生向上位移的再輻射光一般被稱為斯托克斯線，而波長(zhǎng)發(fā)生向下位移的光則被稱為反斯托克斯線。量子力學(xué)將拉曼效應(yīng)描述為分子上的光子散射使得分子發(fā)生振動(dòng)態(tài)的躍遷。拉曼放大包括受激拉曼散射，其中，使用具有較高光頻經(jīng)常稱之為泵浦波束的入射波束通過拉曼效應(yīng)對(duì)較低頻率的波束進(jìn)行放大，該較低頻率的波束經(jīng)常被稱之為斯托克斯波束或信號(hào)波束。
與EDFA中放大屬性僅依賴于EDFA模塊相反，傳輸線自身用作分布式拉曼放大器的增益介質(zhì)，因此，放大屬性，例如增益和增益均衡，與所用的光纖的類型、屬性和特性以及光纖狀況非常相關(guān)。例如，在硅纖維中，最強(qiáng)的拉曼散射，即最大拉曼增益，存在于大約13.2THz的頻移上，該頻移對(duì)應(yīng)于大約1μm到1.5μm之間的泵浦波長(zhǎng)的大約50-100nm的波長(zhǎng)位移。在未完全獲知光纖類型、屬性、特性的全部信息以及沿著光纖光學(xué)傳輸線的狀況的情況下，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)包括增益、增益均衡和噪聲頻譜的拉曼放大器的性能是不可能的。
分布式拉曼放大器的典型特征在于開關(guān)增益，即當(dāng)泵浦開時(shí)在光纖的輸出端測(cè)得的信號(hào)功率與當(dāng)泵浦關(guān)時(shí)的信號(hào)功率之比。為了對(duì)具體的拉曼放大器進(jìn)行操作，相應(yīng)的光纖鏈路的增益特性必須是已知的，以便允許對(duì)泵浦功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。也可以對(duì)各種類型的光纖的拉曼效率相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中的泵浦功率進(jìn)行初步校準(zhǔn)，并且使用這些數(shù)值在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行實(shí)際的安裝。但是事實(shí)上，拉曼增益強(qiáng)烈地依賴于光纖在該泵浦波長(zhǎng)上的損耗，并且安裝的光纖鏈路的實(shí)際衰減特性事先是未知的，而是必須在現(xiàn)場(chǎng)確定的。另外，由于例如光纖絞接引起的本地衰減是無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的，并且所安裝的光纖可能不具有與已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行初步校準(zhǔn)的該種類型的光纖完全相同的拉曼效率。所以，僅依賴于指定光纖特性的方法能夠取得不優(yōu)于大約+/-20％的精確度。因此有必要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中的拉曼增益進(jìn)行控制。
US6,734,954描述了一種通過閉環(huán)控制策略自動(dòng)控制拉曼增益的系統(tǒng)和方法，該控制策略使用系統(tǒng)波長(zhǎng)型態(tài)信息在光纖跨距內(nèi)提供精確的拉曼增益的偏差。光譜分析器用來對(duì)波長(zhǎng)的型態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，它允許在跨距內(nèi)對(duì)發(fā)送型態(tài)和接收型態(tài)進(jìn)行映射。然后在中央位置對(duì)這個(gè)映射信息進(jìn)行收集，使得可以在跨距內(nèi)得到拉曼增益。然而，對(duì)整個(gè)增益譜進(jìn)行測(cè)量是麻煩且不必要的，因?yàn)樗鼘a(chǎn)生比調(diào)整增益曲線所需要的信息更多的信息。
所以本發(fā)明的目的在于提供一種用于對(duì)分布式拉曼放大器的增益特性進(jìn)行控制的簡(jiǎn)化的方法和相關(guān)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的這些目的以及后面將出現(xiàn)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即，在模擬中對(duì)拉曼放大器的增益曲線進(jìn)行估算，對(duì)于在線測(cè)量選擇數(shù)據(jù)信道，然后由模擬的增益曲線確定所選擇信道的目標(biāo)增益值。所選擇信道的數(shù)目對(duì)應(yīng)于泵浦波長(zhǎng)的數(shù)目。
具體而言，在包括光纖(F)的光纖通信系統(tǒng)中控制拉曼放大器(RA)增益的方法包括以下步驟a)將具有不同泵浦波長(zhǎng)的NP個(gè)泵浦光信號(hào)注入所述光纖(F)，其中，其中NP為大于1的整數(shù)；b)估算作為對(duì)應(yīng)于所述NP個(gè)泵浦光信號(hào)的NP個(gè)預(yù)先確定的增益形狀曲線的線性組合的增益曲線；c)在這個(gè)曲線上選擇NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)并且記錄它們的目標(biāo)增益值；d)測(cè)量所述NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)的信號(hào)功率；e)改變至少一個(gè)所述泵浦光信號(hào)的功率，使得測(cè)量的所述NP個(gè)信號(hào)信道中的任何信道的功率值與其估算的目標(biāo)增益值之間的功率差最小。
光纖通信系統(tǒng)中拉曼放大器的控制器配置有所選擇的NP個(gè)信道的目標(biāo)增益值，該控制器將所測(cè)數(shù)值與NP個(gè)目標(biāo)增益值進(jìn)行比較，然后改變至少一個(gè)泵浦光信號(hào)的功率，使得測(cè)量的所述NP個(gè)信號(hào)信道中的任何信道的功率值與其估算的目標(biāo)增益值之間的功率差最小。
本發(fā)明僅要求測(cè)量用于反饋處理的NP個(gè)信道的增益，而不是對(duì)整個(gè)信號(hào)譜上的增益進(jìn)行測(cè)量。因此，對(duì)于信號(hào)檢測(cè)，僅需要NP個(gè)信號(hào)濾波器和NP個(gè)光電二極管。另外，本發(fā)明不要求任何關(guān)于所安裝的鏈路光纖的拉曼效率的信息，而僅需要標(biāo)準(zhǔn)的拉曼效率即已足夠，該標(biāo)準(zhǔn)的拉曼效率即曲線形狀。這是個(gè)非常有趣的特征，因?yàn)殒溌饭饫w通常具有很接近的拉曼效率形狀，即，不同之處僅在于比例系數(shù)。再有，不需要關(guān)于光纖在泵浦波長(zhǎng)上的衰減信息，并且不需要對(duì)拉曼泵浦—泵浦的相互作用進(jìn)行計(jì)算。因此，所提出的控制算法實(shí)現(xiàn)起來快捷且容易。


現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，所述附圖中圖1表示安裝在光纖通信系統(tǒng)中的配置有NP個(gè)泵浦的拉曼放大器；圖2表示安裝在光纖通信系統(tǒng)中的配置有NP個(gè)泵浦的另一種拉曼放大器，該放大器使用后向泵浦方案；圖3表示從對(duì)應(yīng)于NP個(gè)泵浦的NP個(gè)預(yù)算的增益曲線的線性組合得到的增益估算曲線。
圖4表示使用NP個(gè)信號(hào)信道進(jìn)行細(xì)調(diào)后的增益形狀；圖5表示與未使用本發(fā)明而得到的增益曲線所進(jìn)行的比較。
具體實(shí)施例方式
配置有拉曼放大器的光纖通信系統(tǒng)如圖1所示。它包括光纖S，光纖S攜帶具有不同信號(hào)波長(zhǎng)λi的多個(gè)信號(hào)信道。安裝有三個(gè)泵浦激光器LD1-LD3，分別發(fā)射波長(zhǎng)為λP1、λP2和λP3的泵浦光信號(hào)。泵浦光信號(hào)通過多路復(fù)用器MX和拉曼多路復(fù)用器RM饋送進(jìn)光纖S，其在光纖中通過受激引起的拉曼散射導(dǎo)致信號(hào)信道的放大。
為了獲得期望的增益特性，必須對(duì)泵浦激光器P1-P3的功率值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。從而，對(duì)三個(gè)選擇的示例信道進(jìn)行測(cè)量，并且對(duì)它們的信號(hào)能量進(jìn)行比較。因此，抽頭耦合器TC從光纖S提取部分光信號(hào)。分用器DMX與抽頭耦合器TC進(jìn)行耦合，并且將三個(gè)選擇的信號(hào)波長(zhǎng)λ1、λ2和λ3抽取出來，然后將該三個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)分別饋送到相應(yīng)的光檢測(cè)器PD1、PD2和PD3。分用器DMX包含與所選擇的信號(hào)波長(zhǎng)λ1、λ2和λ3匹配的濾波器。
測(cè)量值通過反饋信道傳送到控制器CTR，該控制器CTR將測(cè)量值與目標(biāo)增益值進(jìn)行比較，確定是否任何激光器的泵浦功率必須降低或增加，并相應(yīng)地對(duì)泵浦功率進(jìn)行調(diào)整?？刂破鰿TR可以置于拉曼泵浦LD1-LD3所安裝的室內(nèi)，置于網(wǎng)絡(luò)的中心位置或檢測(cè)器的位置。泵浦單元可以由NP個(gè)具有不同泵浦波長(zhǎng)(λP1，λP2，λP3)的單個(gè)泵浦激光器LD1-LD3組成，但是也可以為發(fā)射NP個(gè)泵浦光信號(hào)的單個(gè)拉曼光纖激光器。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用后向拉曼泵浦方案，使得控制器CTR位于與測(cè)量輸出信號(hào)功率的裝置和泵浦單元相同的位置。如圖2所示。
拉曼泵浦P1-P3的增益調(diào)整方法如下所示實(shí)現(xiàn)。在準(zhǔn)備階段，通過模擬估算目標(biāo)增益型態(tài)而不用考慮任何泵浦的相互作用。這個(gè)初始的估算僅需要關(guān)于拉曼泵浦的數(shù)量NP(即，在具體實(shí)施例中為3個(gè))、這些泵浦的波長(zhǎng)(即λP1、λP2和λP3)以及光纖標(biāo)準(zhǔn)拉曼效率的信息。
光纖S的標(biāo)準(zhǔn)拉曼效率曲線CR(Δv)，其中Δv是泵浦和信號(hào)之間的頻率漂移，經(jīng)過離線測(cè)量、預(yù)定義的光纖特性或經(jīng)過理論計(jì)算是已知的。單個(gè)泵浦P1-P3的拉曼效率曲線分別用加權(quán)系數(shù)a1、a2和a3進(jìn)行加權(quán)。作為結(jié)果的疊加值由函數(shù)G(vS)描述(vi＝C/λi)G(vs)＝a1CR(vl-vS)+a2CR(v2-vS)+a3CR(v3-vS)G(vS)是一個(gè)與用dB表示的總拉曼開關(guān)增益成比例的函數(shù)，它對(duì)總拉曼增益曲線的形狀進(jìn)行了定義。對(duì)系數(shù)a1、a2和a3進(jìn)行調(diào)整，使得作為結(jié)果的增益曲線具有期望的形狀。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所期望的形狀具有平坦的增益。然而，也可以是其它的形狀，例如斜坡，這可能依賴于用戶的選擇和具體需要。
系數(shù)a、b和c對(duì)于調(diào)整本身沒有實(shí)際意義。它們僅僅定義了當(dāng)對(duì)泵浦功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整時(shí)理論上可以獲得的最佳增益曲線。從這個(gè)估算的曲線，在信號(hào)傳送帶寬中選擇出三個(gè)NP信號(hào)信道作為實(shí)際調(diào)整的基礎(chǔ)。在優(yōu)選實(shí)施例中，這些信道的光頻率值vS與G的局部最大值相關(guān)。從這些信道的模擬所確定的G的值G(vS1)、G(vS2)和G(vS3)接著作為調(diào)整的目標(biāo)值存儲(chǔ)在控制器CTR中。
需要注意的是，這個(gè)模擬僅僅是本方法的最初步驟，并且在控制器CTR中不是必須執(zhí)行的。但是，NP個(gè)目標(biāo)值作為固定的外部參數(shù)被裝載進(jìn)控制器用于隨后的調(diào)整。
然后，控制器CTR能夠進(jìn)行泵浦功率的實(shí)際調(diào)整以便符合模擬曲線。該調(diào)整可以從NP個(gè)泵浦的任意功率值開始。根據(jù)本發(fā)明，僅有NP個(gè)選擇的信號(hào)信道用于拉曼放大系統(tǒng)的在線調(diào)整。然后通過反饋處理完成該調(diào)整，該反饋處理對(duì)NP個(gè)泵浦的泵浦功率進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到從這些信道的上述模擬中所確定的期望開關(guān)增益值G(vS1)、G(vS2)和G(vS3)。這樣，通過僅對(duì)NP個(gè)信號(hào)增益進(jìn)行監(jiān)視，就可以獲得對(duì)應(yīng)于模擬曲線G的整個(gè)拉曼增益曲線。
圖3和圖4表示控制器CTR如何對(duì)泵浦P1-P3進(jìn)行調(diào)整的例子。泵浦波長(zhǎng)為λP1＝1425nm，λP2＝1436nm，λP3＝1463nm。在圖3的示意圖中，對(duì)應(yīng)于這三個(gè)波長(zhǎng)的增益形狀曲線分別為曲線21、22和23。期望的增益形狀為在從1530nm到1570nm的整個(gè)波長(zhǎng)范圍上的盡可能平坦的的曲線。系數(shù)a1、a2和a3，即三個(gè)泵浦的功率值之比值，估算為a1＝8，a2＝10，a3＝30。最終的疊加值G如曲線24所示。G以任意的單位表示，但是與整個(gè)用dB表示的拉曼開關(guān)增益成比例。根據(jù)光纖通信系統(tǒng)中的實(shí)際需要，可以將這個(gè)放大曲線乘上一個(gè)因數(shù)，該因數(shù)產(chǎn)生所要求的增益，例如20dB。
選擇用于進(jìn)行調(diào)整的三個(gè)信號(hào)信道為波長(zhǎng)信道λ1＝1532nm，λ2＝1546nm，λ3＝1560nm。這些選擇的信道對(duì)應(yīng)于增益曲線的頂點(diǎn)，此為優(yōu)選的實(shí)施例，但也可以作不同的選擇。
必須注意到，因?yàn)楸闷种g有拉曼相互作用，所以在圖3中模擬的泵浦比并沒有重現(xiàn)實(shí)際的增益。這如圖4中所示泵浦的相互作用減小了從較低泵浦波長(zhǎng)到較高泵浦波長(zhǎng)的功率轉(zhuǎn)移，這導(dǎo)致了帶有正斜率的傾斜增益形狀，如圖4中的曲線31所示。實(shí)際上，為了使得增益曲線變得平坦從而使其與期望的曲線匹配，最低波長(zhǎng)泵浦的泵浦功率必須增加而最高泵浦波長(zhǎng)的功率必須減小。
因此，三個(gè)泵浦信號(hào)的功率調(diào)整的實(shí)現(xiàn)如下所示-隨意選擇泵浦功率的初始值。
-計(jì)算三個(gè)目標(biāo)增益值和實(shí)際測(cè)量的增益值之間的增益差。
-調(diào)整對(duì)具有較高的目標(biāo)增益值和實(shí)際增益值間的增益差的信號(hào)波長(zhǎng)影響最大的泵浦功率。
-再次測(cè)量增益差。
-重復(fù)后兩個(gè)步驟的處理，直到達(dá)到三個(gè)信道的期望增益，即，當(dāng)達(dá)到圖4中曲線32所示的曲線時(shí)。
本發(fā)明的原則是在模擬中對(duì)增益曲線進(jìn)行估算，為在線測(cè)量選擇數(shù)據(jù)信道，并且從模擬的增益曲線中為這些選擇的信道確定目標(biāo)增益值。其益處可以通過與圖3中所示的進(jìn)行比較的簡(jiǎn)單例子而輕易說明。假設(shè)沒有上述的模擬，選擇要進(jìn)行測(cè)量的信道為λ1’＝1530nm，λ2’＝1552nm，λ3’＝1570nm。進(jìn)一步假設(shè)所有的三個(gè)信道的目標(biāo)增益值應(yīng)當(dāng)為20dB-有希望產(chǎn)生平坦的增益曲線。然而，在這種情況下調(diào)整泵浦功率值到20dB的結(jié)果如圖5中所示?？梢詮膱D5中看出，增益變形比在圖3中所示的優(yōu)選示例大得多，即3.5dB而不是1dB。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案中，由發(fā)送器在選擇的波長(zhǎng)λ1、λ2和λ3處插入虛擬信道而不是實(shí)際數(shù)據(jù)信道，從而保證這些信道對(duì)于前面所述的在線調(diào)整過程總是可獲得的，因?yàn)閿?shù)據(jù)信道可能會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)中的某些點(diǎn)上的出錯(cuò)而中斷或丟失。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，需要注意的是，本發(fā)明并不限于這里所描述的具體情況，所做的對(duì)于本發(fā)明的各種修改并不脫離本發(fā)明的宗旨。
權(quán)利要求
1.一種在包括光纖的光纖通信系統(tǒng)中控制拉曼放大器增益的方法，該方法包括以下步驟a)將NP個(gè)具有不同泵浦波長(zhǎng)的泵浦光信號(hào)注入所述光纖，其中NP為大于1的整數(shù)；b)估算作為對(duì)應(yīng)于所述NP個(gè)泵浦光信號(hào)的NP個(gè)預(yù)先確定的增益形狀曲線的線性組合的增益曲線；c)在這個(gè)曲線上選擇NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)并且確定它們的目標(biāo)增益值；d)測(cè)量所述NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)的信號(hào)功率；并且e)改變至少一個(gè)所述泵浦光信號(hào)的功率，使得所測(cè)量的所述NP個(gè)信號(hào)信道中的任何信道的功率值與其估算的目標(biāo)增益值之間的功率差最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括重復(fù)步驟d)和e)直到獲得所述NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)的所述目標(biāo)增益值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)于所述步驟b)，忽略拉曼泵浦相互作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在靠近所述估算的增益曲線的局部最大值處選擇所述NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述的步驟e)中，調(diào)整對(duì)具有最大目標(biāo)增益和實(shí)際增益間的增益差的信號(hào)波長(zhǎng)影響最大的泵浦信號(hào)的功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述選擇的波長(zhǎng)上插入虛擬信道。
7.一種在包括光纖的光纖通信系統(tǒng)中控制拉曼放大器增益的控制器，其中，所述拉曼放大器包括泵浦單元，用于將具有不同泵浦波長(zhǎng)的NP個(gè)泵浦光信號(hào)注入所述光纖，其中NP為大于1的整數(shù)；其中，所述控制器包括用于改變至少一個(gè)所述NP個(gè)泵浦光信號(hào)的功率的裝置，使得為NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)中任何信號(hào)波長(zhǎng)測(cè)量的功率值和NP個(gè)配置的目標(biāo)增益值中分別相對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)值之間的功率差最小，并且采用所述控制器獲取所述的目標(biāo)值，獲取所述目標(biāo)值是通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即，估算所述拉曼放大器的增益曲線，作為對(duì)應(yīng)于所述NP個(gè)泵浦波長(zhǎng)的NP個(gè)預(yù)先確定的增益形狀曲線的疊加；在所述增益曲線上選擇所述NP個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)；從所述估算的曲線確定所述NP個(gè)目標(biāo)增益值。
8.一種拉曼放大器，包括泵浦單元，用于將所述具有不同泵浦波長(zhǎng)的所述NP個(gè)泵浦光信號(hào)注入所述光纖，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器。
全文摘要
通過在模擬中估算其增益曲線、為在線測(cè)量選擇N
文檔編號(hào)H04B10/291GK1794615SQ20051012742
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者弗洛朗斯·勒普蘭加爾, 卡特琳·馬丁內(nèi)利 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司