[发明专利]用于抑制功率瞬态的前馈控制中的泵浦功率调制

说明书

公开了一种控制光学放大器的增益的方法，该光学放大器包括增益介质和至少一个泵浦装置。方法包括以下步骤：确定或预测放大器的输入信号功率的变化；在第一时刻将泵浦功率从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级，初始泵浦功率级是在输入信号功率的变化之前被施加到放大器的泵浦功率级；在第二时刻将泵浦功率设置为第二泵浦功率级，其中泵浦功率级以振荡方式变化持续开始于第三时刻并在第四时刻结束的至少一段时间，其中所述第三时刻与所述第一时刻相同或者比所述第一时刻晚，并且所述第四时刻与所述第二时刻相同或者比所述第二时刻早。

技术领域

本发明是光学放大器的领域。具体地，本发明涉及控制光学放大器的方法以及对应的放大器装置。

背景技术

例如在用于放大光学网络中传输的光学信号的光学传输技术的领域中采用光学放大器。光学信号在许多情况下在光纤中传播数百公里，并且因此在传播期间衰减。使用光纤放大器诸如掺铒光纤放大器(EDFA)，光信号可在光学域中放大，即不需要间歇地转换为电信号，从而尽管传输距离长，仍然沿着链路维持足够的信号强度。以此方式，实现接收器处的充足信噪比。

然而，特别地，波分复用(WDM)网络遭受因部件故障、光纤断裂或保护切换引起的光学功率中的突然变化。光学变化的另一来源是在WDM网络中插入和分出光学通道以用于将光学信号路由至其目的地。由于光纤放大器(诸如EDFA)的非理想动态特性和非线性光纤效应，这些变化可传播到其他站点，导致整个网络上的光学功率波动，并且可能振荡。因此，即使不直接受切换操作或故障影响的波长通道也可能在接收器处遭受一些性能退化。这种性能退化主要是由于与光学接收器的动态范围的偏差、由传输光纤中的非线性效应引起的信号失真、以及信噪比的恶化。

此外，增益变化也可在级联放大器中累积。因此，即使小的增益变化也可导致接收器处的显著功率变化。因此，需要有效的放大器控制技术，其允许保持增益介质中的反转，并且因此即使输入功率改变，也保持放大器或放大器级的增益分布相对恒定。

快速电子控制架构是当前用于稳定EDFA的增益的最经济解决方案。这里，通常组合前馈控制技术和反馈控制技术。前馈控制允许快速地对输入功率变化做出反应并且防止大的增益偏差，但是由于基础模型的不准确、老化效应和固有效应，一些永久变化是不可避免的。这些缺陷通过以下方式补偿：慢得多的反馈系统清除在前馈控制中进行的预定调整中的任何误差并因此帮助恢复放大器的原始增益，即，放大器在输入功率的突然改变之前的增益。这种组合允许前馈控制对老化效应具有稳健性，并且通过在操作期间连续地更新控制参数来改变环境条件。在再大的时间尺度上，可通过包括连续运行的信号预加重的链路控制进行校正。

在标准控制方案中，在检测到放大器的输入功率中变化的情况下，前馈控制通常立即将泵浦功率设置为新的功率级。结合改变的信号功率，此新泵浦功率级通常旨在使得增益介质的相同稳态反转能级在输入功率改变之前存在。为了达到最佳结果，新泵浦功率级的预测应尽可能准确并且几乎即时。但在某些情况下，即使这种也是不够的。

即使在即时泵浦功率适应和所需泵浦功率的准确预测的理想情况下，通常也不能完全避免增益变化。这对于使用具有约980nm的发射波长的至少一个泵浦的EDFA尤其如此。利用这个泵浦波长，Er³⁺激光激活掺杂剂将从基态⁴I_15/2泵浦到“第三状态”⁴I_11/2。相对快速多光子跃迁从第三状态⁴I_15/2到达亚稳态⁴I_13/2,，其寿命取决于数量级为8ms至15ms(典型值为10ms)的玻璃组分。由于第三状态或能级处的有限寿命，所以从第三能级到亚稳态或第二能级的跃迁不会由于此级的有限寿命而与泵浦功率的突然减小同步地适应，以比喻的方式，一些泵浦光子存储在第三级。这产生记忆效应，其导致延迟反应以控制引起中间增益变化的相互作用。这种中间增益变化实际上可能足够大以至强烈干扰接收器处的数据检测。由于光学网络中增益变化的累积，如前所述，非常需要将增益变化保持得尽可能小。