[发明专利]控制输出响应的斜率的方法和系统

说明书

一般地说本发明涉及控制一种幅值-波长函数的输出响应的斜率，更具体地说，在本发明的一个方面中涉及一种与光学放大器(比如掺稀土光纤放大器)一起使用的可变的增益倾斜控制系统，在放大器的整个波带上都存在增益倾斜。

在光传输系统尤其是在通信领域中，几乎普遍使用光放大器(特别是掺铒的光纤放大器)。掺铒光纤放大器(EDFA)具有高的对偏振不敏感的增益、在不同波长的信号之间的低串扰、好的饱和输出功率和接近基本限制量的噪声指数。极好的噪声特性允许在几千公里长的光纤上串联几百个这种放大器。与电子中继器不同的是，EDFA对数据率、信号格式和在有限范围上的波长都是透明的，这对于波分复用(WDM)通信系统很有益，该波分复用通信系统对于每个信号用不同的波带来同时传输许多信号。

尽管这些放大器一般具有极好的特性，但是这种EDFA同时也具有谱宽度较窄和增益带宽不平坦的缺点。EDAF的有用的远程通信窗大致为20-30nm宽，而理想的放大器在大约从1520nm到1570nm的整个频谱上具有平坦的光谱增益。根据玻璃基质材料的不同，铒增益频谱的波长峰值从大约1530nm变到大约1535nm。附图1所示为具体的常规EDFA的特征增益频谱，从该图中可以看出，增益按照波长函数进行变化，此后称这种变化为增益波动。已经公开了许多加宽增益频谱和使其变平坦的技术(即降低波动)，这些技术包括例如对石英玻璃光纤进行铒和AL₂O₃双掺杂、改变玻璃基质材料本身、应用各种形式的衰减滤波器以降低发射峰值的增益、构造具有串接的两个或更多个不同类型的掺铒光纤的混合型装置以及有效地独立调节在每个光纤段中的泵的状况以对每根光纤的不同增益斜率进行补偿。

除了上述问题和与最小增益波动有关的技术方案外，存在的另一个重要问题是缺少一种简单、低廉且实用的解决方案。本发明通过改善动态增益倾斜能够解决这一重要的问题。这里所使用的术语“动态增益倾斜”是指通过改变输入EDFA工作条件改变在一个波长上的增益而导致在另一个波长上的增益变化。虽然，上面所描述的使增益波动最小的技术能够使在输入的光功率和波长的特定系列的特定波带上的频谱相对地变平坦，但是当通过改变输入到放大器的功率来从额定条件改变(以平均数倒数水平进行改变)增益时，增益均衡性能急剧下降。对这种问题的一个公开的解决方案是通过一种混合型光纤装置实现的，该混合型光纤装置具有串联的放大级，这些放大级具有不同的增益频谱和相等数量的泵源以使能够有效地独立地调整每级的增益频谱，以便当改变总的增益时能够调整每级的相对分布以实现理想的增益，同时所得到的增益频谱在整个所选择的波带上具有最小的频谱畸变量。例如，具有正增益斜率的掺铒光纤可以与具有负增益斜率的不同掺铒光纤相结合，以便这种混合型装置在特定的输入功率条件下具有几乎平坦的增益。然而，如果必须改变这种混合型装置的总的增益，则当改变输入到每级中的泵功率时每个组分级的增益斜率一般以不同的速率改变。为在新的工作点实现较好的补偿，必需重新调整每个组分增益级的相对增益以使增益斜率相互补偿。在实现这种类型的放大器的过程中，本领域的熟练技术人员可能将两个或更多的不同组分的掺铒光纤串联，并在每一级的端部对每个放大级提供一个独立的泵源以便使接头数最少，并且使得能够方便地独立控制每级的泵功率。然而，这种降低或改善动态增益倾斜的技术在工作过程中要求复杂的控制模式图，在该工作过程中必需协调多个泵源的总的功率以便对不同增益的范围进行增益斜率补偿(即，在维持固定的目标输出功率的同时改变输入功率)。

美国专利US 5，764，406(Newhouse等的，题为“Hybrid OpticalAmplifier Dynamic Gain Tilt”，在此以引用的方式结合在本申请中)描述了一种系统，在该系统中掺铒光纤放大器装置具有的动态增益倾斜小于任何组分光纤的增益倾斜。混合型装置的泵源比装置的组成波导数最多少一个。这种混合型装置能够自动地改变在组成的掺杂波导部分中的泵分布以便对每个组成部分的相对增益进行再调整。在一个实施例中，本发明提供具有不同双掺杂组份的EDF，这种EDF能够自动地变化泵分布或者在EDF的组分中进行分配以实现对组成EDF的部分的相对增益进行再调整。

虽然‘406专利实现了它的预期功能，但是它的动态控制增益倾斜的解决方案复杂且相当昂贵。

大多数已知的校正动态增益倾斜的方案具有相应的功率损失(大约为5dB)，此外，所增加的功率要求额外泵送。这些系统的另一个有害的结果是导致增加了噪声。