CN100440019C - 光纤传输系统、喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法 - Google Patents

光纤传输系统、喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法 Download PDF

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Abstract

一种控制同时施加多个波长的泵浦光到一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，其包括，根据作为每一泵浦光功率与所有泵浦光总功率的喇曼增益比率的比率系数关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定波长范围内实现指定喇曼增益的每一泵浦光的功率，并且控制施加于光纤的每一泵浦光的功率以在每一计算的功率施加每一泵浦光。

Description

光纤传输系统、喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法
技术领域
本发明涉及一种在使用光纤的宽带喇曼放大中对泵浦光功率进行控制的方法。
背景技术
(分布式喇曼放大)
在使用光纤传输线的通信系统领域，正在开发商用的分布式喇曼放大(DRA)技术。如今用于基本传输网络的光纤以石英玻璃作为基础材料。喇曼放大是这样一种现象，它使具有比同时入射到石英玻璃上的信号光高大约13THz频率的信号光和泵浦光引起泵浦光的部分能量通过石英玻璃被激励的喇曼散射效应转移到信号光。结果是，信号光被放大。作为喇曼放大的结果而获得的增益在下文被称作喇曼增益。一个实际的喇曼增益具有如图14所示的波长相关性，在下文将其称作喇曼增益轮廓。
分布式喇曼放大是将泵浦光施加到运送信号光的光纤，以便利用作为放大媒体的光纤传输线本身获得喇曼放大效应的一种模式。由于传输线的传播损耗被喇曼放大所补偿，因此，使用分布式喇曼放大的光纤传输系统能够延长信号可被传送的距离。
图18示出使用分布式喇曼放大的光纤传输系统的一个例子。在每个中继站，来自泵浦光源30的泵浦光通过WDM耦合器20被施加到传输线光纤10，以便于获得喇曼放大效应。
(喇曼增益斜率)
在将特定功率(W)的泵浦光施加到作为喇曼放大媒体的光纤时产生的、由泵浦光功率归一化的喇曼增益(dB)被称作喇曼增益斜率(dB/W)。以下将要说明喇曼增益斜率的测量在分布式喇曼放大中的重要性。
喇曼增益斜率随着专用的光纤而改变。首先，作为基本传输网络铺设的光纤多种多样，喇曼增益斜率取决于光纤的模场直径(芯径)、搀杂物GeO2的数量、水的吸收(OH)等。这些参数也随着制造商、制造时间和大量光纤而改变。
另一个变化的主要因素是工作站损耗。特别是在大的中继站中，存在从泵浦光源所在房间到传输线光纤几个位置的连接器连接，这样就在许多场合引入了若干个dB的损耗。对于不使用分布式喇曼放大的传输系统，工作站损耗可被考虑为中继器之间的分段损耗。但是在分布式喇曼放大中，泵浦光到达传输线光纤之前引起的损耗非常特别，由此需要另外说明。
于是，当对其参数对增益改变具有很大影响的现有传输线进行分布式喇曼放大时，很难提前预知获得期望的喇曼增益所需的泵浦光的功率。因此需要花费劳力和时间进行位置调整。当诸如传输线光纤的特性和中继站中的损耗特性之类的位置条件能被作为喇曼增益斜率测量时，可以实现消除对调整的需要。这样能够获得以高精确度预测特定增益所需的泵浦光的功率。
(合成喇曼增益轮廓)
如图14所示，因为其中由单个泵浦波长获得喇曼增益轮廓的频带具有一个大约15nm的峰值，当需要较宽频带时，必须使多个不同波长的泵浦光同时进入传输线并重叠泵浦光以合成如图15所示的增益轮廓。因此，使用多个泵浦波长的泵浦所获得的喇曼增益轮廓在下文被称作合成喇曼增益轮廓。另一方面，使用单个泵浦波长获得的喇曼增益轮廓在下文被称作单个波长泵浦喇曼增益轮廓。
(获取需要的合成喇曼增益轮廓的传统方法)
为了使用合成喇曼增益轮廓在所需的波长频带产生期望的增益，必须解决在该波长需要激励多少功率的优化问题。当优化不充分时，不规则的增益将会在增益轮廓应该平坦的波长频带中产生，从而使增益轮廓倾斜或是在不需要的波长频带中产生无用增益。就减少成本而言，应该进行优化，以使泵浦光源数量和泵浦光总功率尽可能小。这是因为光源数量的增加不仅增加了光源成本，而且降低了由复用所需的部件成本增加、复用时功率损耗等所导致的成本性能的降低。
这一问题能够通过反复试验来解决。例如在图15的情况下，通过五个不同波长的泵浦光在SMF中得到在大约80nm的频带中具有7.5dB的平坦部分的合成喇曼增益轮廓。尽管这种通过反复试验实现的方法在实验室是可能的，但就调整所需的劳力、时间和技能而言却不能在安装地点实际执行该方法。
(在放大中继器中控制输出光功率为常数的必要性)
由于在陆上传输系统中，中继器安装位置与基于水下的系统相比受到限制，中继站之间的光纤损耗不太可能为常数值。另外，众所周知，光纤易受天气和大气现象的影响并且根据安装位置的周围温度按天或季节周期增长或缩短。此外，前一个中继器信号的传输功率具有小波动或误差。结果的，施加到中继器的传输信号功率具有一个容限。
另一方面，在放大中继器中，希望实施控制来保持已被放大的信号的功率，即，通过增加或减少增益来中继输出功率。其原因在于具有固定增益的多级中继可能导致信号电平比预期的过高或过低。由于保持已被放大的信号功率的控制等同于通过中继器抵消包括中继器之前分段中的波动的损耗以恢复信号功率的控制，因此能够稳定多级中继系统中的信号电平。
传统的光放大中继器是由掺铒光纤放大器(EDFA)构成的，并且通常包括控制电路，用于通过调整到掺铒光纤的泵浦光的功率来保持信号输出恒定。当喇曼放大施加到放大中继器时，希望有一种能够动态改变喇曼增益以使信号输出功率恒定的机构。
如前所述，为了获得想要的合成喇曼增益轮廓，通常需要反复试验来调整泵浦光功率。另一方面，由于铺设的光纤的喇曼增益斜率随着每个光纤而有很大变化，因此最佳泵浦光功率相应地随着每个光纤变化，以致需要花费劳力和时间在现场进行调整。
此外，即使在安装时适当地设定了泵浦光的功率，通过固定浦光的功率，由于线路随时间而改变，功率可能会偏离最佳点。考虑一个极端的情况是工作站间的光纤断开以转换到工作站间的备用光纤。另外，甚至是工作站间的同一光纤，当改变站中的布线，或接上或拆开光连接器时，站中损耗可能会改变，从而引起偏离泵浦光的最佳功率。另外，如上所述，存在着站间光纤损耗的变化和前一个中继器的信号传输功率的变化。为了应对这些随时间改变的现象，需要一种主动进行控制以便在任何时间具有最佳泵浦光功率的机构。
作为这样一种机构，通过反复试验提出了一种例如在利用光谱分析仪监视合成喇曼增益轮廓的同时，通过单独改变每个泵浦光的功率来获取所需喇曼增益轮廓的方法(如日本专利公开(Kokai)2001-007768)。但是采用监视合成喇曼增益轮廓的方法有一个致命的缺陷，如果信号光不存在，那么监视是不可能的。一些用户要求将波长复用通信系统中最初的多信道的数量减到所需的最小数量，并根据对通信业务量需要的增加而另外增加信道数量，从而压缩最初的投资。在这种情况下，与该要求一起的还有另一个要求：应在不影响现有信道操作的情况下实施增加信道的操作。为此目的，应以足够的精确度控制信道仍被应用的波长频带的喇曼增益，而这样一种通过监视合成喇曼增益轮廓来进行负反馈控制的方式很难被实施。
在不监视的情况下保持合成喇曼增益轮廓并且可有效地应付随时间变化的现象等同于能够开环控制合成喇曼增益轮廓的情况。目前还没有提出过这样一种方法。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法，它消除了上述传统问题，并且能够确定多个具有不同频率的泵浦光中的每一个的功率，用以通过平坦增益轮廓实现指定的增益电平G。
本发明的第二个目的是提供一种喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法，它消除了上述传统问题，并能够确定多个具有不同频率的泵浦光中的每一个的功率，用以相对于指定的增益电平G和表示增益轮廓倾斜的增益倾斜α，通过具有由增益倾斜α指定的直线倾斜的增益轮廓来实现增益电平G。
本发明的第三个目的是提供一种喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法，它消除了上述传统问题并能够在其它传输线中重现模型传输线中的增益轮廓。
按照本发明的第一方面，一种控制同时将几种波长的泵浦光施加到一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，包括步骤：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数关系，和总功率与喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定的波长范围内提供指定的喇曼增益的每一泵浦光的功率，以及
控制施加于光纤的每一泵浦光的功率以便以每一计算的功率施加每一泵浦光。
在优选结构中，计算喇曼增益与所有泵浦光的总功率之间的关系和喇曼增益与每一泵浦光的比例系数之间的关系的关系表达式，以及
通过将喇曼增益G代入关系表达式来计算在指定的波长范围内实现指定的喇曼增益G的每一泵浦光的功率。
在另一优选结构中，同时施加的泵浦光的波长数量为N个波长，
计算下式的系数A，Bλn，Cλn(n＝1，2，…，N)，该表达式表示喇曼增益G(dB)与所有泵浦光的总功率Pt(W)以及与每一泵浦光λn(n＝1，2，…，N)的比例系数Dλn的关系：
Pt＝A×G
Dλn＝Bλn×G+Cλn(n＝1，2，…，N)，和
通过将喇曼增益G(dB)代入下式计算在指定的波长范围内用其实现指定的喇曼增益G(dB)的每一泵浦光λn的功率Pλn(W)(n＝1，2，…，N)：
Pλn＝A×G×(Bλn×G+Cλn)(n＝1，2，…，N)。
在另一优选结构中，在一个开环中控制指定的波长范围内的喇曼增益。
按照本发明的第二方面，一种控制同时将几种波长的泵浦光施加于一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，包括步骤：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数关系，和总功率与喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜值，计算指定波长范围内的喇曼增益值实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率，和
控制施加于光纤的每一泵浦光的功率以便以每个所计算的功率施加每一泵浦光。
在优选结构中，计算喇曼增益与所有泵浦光的总功率之间的关系和喇曼增益与每一泵浦光的比例系数之间的关系的关系表达式，和
通过将喇曼增益G(dB)和增益倾斜α(dB/Hz)代入关系表达式中，计算指定波长范围内的喇曼增益值用其实现由喇曼增益的指定值G(dB)中心周围的增益倾斜α(dB/Hz)指定的倾斜的每一泵浦光的功率。
在另一优选结构中，同时施加的泵浦光的数量为N，
计算下式的系数A，Bλn，Cλn(n＝1，2，…，N)，该式表示喇曼增益G(dB)与所有泵浦光的总功率Pt(W)以及与每一泵浦光λn(n＝1，2，…，N)的比例系数Dλn的关系：
Pt＝A×G
Dλn＝Bλn×G+Cλn(n＝1，2，…，N)，和
通过将喇曼增益G(dB)和增益倾斜α(dB/Hz)代入下式，利用一个预定系数E计算指定波长范围内的喇曼增益值用其实现由喇曼增益G(dB)的指定值中心周围的增益倾斜α(dB/Hz)指定的倾斜的每一泵浦光的功率Pλn(W)(n＝1，2，…，N)：
Pλn＝A×G×(Bλn×(G+E×α/G)+Cλn)(n＝1，2，…，N)。
在另一优选结构中，在一个开环中控制指定波长范围中的喇曼增益。
在另一优选结构中，根据喇曼增益的指定值和增益倾斜值，在一个开环中控制指定波长范围内的喇曼增益和倾斜值。
按照本发明的第三方面，一种控制同时将几种波长的泵浦光施加于一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，包括步骤：
在一条模型传输线上，获得实现指定波长范围内的指定喇曼增益的每一泵浦光的每一功率值，
相对于模型传输线和作为施加目的地的传输线中的每一个，获得由施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率的值，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现希望的喇曼增益的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为应用目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便按每一计算的值的规律施加每一泵浦光，
从而在作为应用目的地的传输线上，在指定波长范围内实现指定喇曼增益与模型传输线的增益相同。
在优选结构中，在一个开环中控制指定波长范围内的喇曼增益。
按照本发明的另一方面，一种控制将几种波长的泵浦光同时施加于一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，包括步骤：
根据作为每一泵浦光功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数关系，和总功率与模型传输线中喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定波长范围内实现指定的喇曼增益的每一泵浦光的功率，和
对于模型传输线和作为应用目的地的传输线中的每一个，指定通过施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率的值的数据，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现希望的喇曼增益的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为应用目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值施加每一泵浦光，
从而在作为应用目的地的传输线上在指定波长范围内实现指定的喇曼增益。
在优选结构中，在一个开环中控制指定波长范围中的喇曼增益。
在另一优选结构中，波长范围内的喇曼增益具有一个所需的喇曼增益值，对监视结果和目标值进行比较，负反馈该值的差，以便以闭环控制每一泵浦光的功率。
按照本发明的另一方面，一种控制将几种波长的泵浦光同时施加于一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制方法，包括步骤：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数的关系，和总功率与模型传输线中喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜值，计算指定波长范围内喇曼增益的值实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率，
对于每一模型传输线和作为应用目的地的传输线，指定施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率值的数据，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为施加目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值施加每一泵浦光，
从而在作为应用目的地的传输线上实现由指定波长范围内的喇曼增益指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜。
在优选结构中，在一个开环中控制指定波长范围中的喇曼增益。
在另一优选结构中，根据喇曼增益的指定值和增益倾斜值，在一个开环中控制指定波长范围内的喇曼增益和倾斜值。
在又一优选结构中，至少指定波长范围内的喇曼增益或增益倾斜值中的一个具有所需的喇曼增益值或增益倾斜，对监视结果和目标值进行比较，负反馈该值的差，以便在闭环中控制每一泵浦光的功率。
按照本发明的另一方面，一种通过作为信号传输线的光纤从发射终端站向接收终端站传送信号光的光纤传输系统，包括：
位于发射或接收终端站或中继站的增益控制装置，用于控制同时施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益，其中
该增益控制装置
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光总功率的比率的一个比率系数关系，和总功率与喇曼增益间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定波长范围内实现指定喇曼增益的每一泵浦光的功率，和
控制施加于光纤的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的功率施加每一泵浦光。
按照本发明的另一方面，一种通过作为信号传输线的光纤从发射终端站向接收终端站传送信号光的光纤传输系统，包括：
一个位于发射或接收终端站或中继站的增益控制装置，用于控制同时施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益，其中
该增益控制装置
根据作为每一泵浦光功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率的比率的比率系数的关系，和该总功率与喇曼增益间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜值，计算指定波长范围内的喇曼增益值实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率，和
控制施加于光纤的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的功率施加每一泵浦光。
按照本发明的再一方面，一种通过作为信号传输线的光纤从发射终端站向接收终端站传送信号光的光纤传输系统，包括：
一个设置在发射或接收终端站或中继站的增益控制装置，用于控制同时施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益，其中
该增益控制装置
在模型传输线上，指定在指定的波长范围内实现期望的喇曼增益的每一泵浦光的每一功率的数据，
相对于每一模型传输线和作为施加目的地的传输线，指定施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率值的数据，
对于每一泵浦光，计算通过把在模型传输线上实现期望的喇曼增益的上述泵浦光的功率乘以表示上述泵浦光在模型传输线上的喇曼增益斜率的值是上述泵浦光在作为应用目的地的传输线上的喇曼增益斜率的值多少倍的比率获得的值，以及
控制施加到作为施加目的地的传输线上的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值施加每一泵浦光，
从而在作为施加目的地的传输线上实现在指定波长范围内指定的喇曼增益与模型传输线的增益相同。
按照本发明的又一方面，一种通过作为信号传输线的光纤从发射终端站向接收终端站传送信号光的光纤传输系统，包括：
一个设置在发射或接收终端站或中继站的增益控制装置，用于控制同时施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益，其中
该增益控制装置
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光总功率的比率的比率系数的关系，和总功率与模型传输线中的喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定波长范围内实现指定喇曼增益的每一泵浦光的功率，
对于每一模型传输线和作为施加目的地的传输线，指定通过施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率的值的数据，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现期望的喇曼增益的上述泵浦光功率乘以表示上述泵浦光在模型传输线上的喇曼增益斜率的值是上述泵浦光在作为施加目的地的传输线上的喇曼增益斜率的值的多少倍的比率而获得的值，和
控制施加到作为施加目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算值的功率施加每一泵浦光，
从而在作为施加目的地的传输线上实现指定波长范围内的指定喇曼增益。
按照本发明的另一方面，一种通过作为信号传输线的光纤从发射终端站向接收终端站传送信号光的光纤传输系统，包括：
设置发射或接收终端站或中继站的增益控制装置，用于控制同时施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益，其中
该增益控制装置
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光总功率之比的比率系数的关系，和总功率与模型传输线中的喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜的值，计算在指定波长范围内的喇曼增益的值实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率，
对于每一模型传输线和作为施加目的地的传输线，指定施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率值的数据，
对于每一泵浦光，计算把上述泵浦光在模型传输线上实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益斜率指定的倾斜的功率乘以表示上述泵浦光在模型传输线上的喇曼增益斜率的值是上述泵浦光在作为施加目的地的传输线上的喇曼增益斜率的值的多少倍的比率而获得的值，和
控制施加到作为施加目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值施加每一泵浦光，
从而在作为施加目的地的传输线上实现由指定波长范围内喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜。
按照本发明的再一方面，一种用于控制同时向光纤施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益的喇曼增益控制装置，包括：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数的关系，和总功率与喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定的波长范围内实现指定的喇曼增益的每一泵浦光的功率的装置，以及
控制施加到光纤的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的功率施加每一泵浦光的装置。
按照本发明的另一方面，一种用于控制同时向光纤施加几种波长的泵浦光引起的喇曼增益的喇曼增益控制装置，包括：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数关系，和总功率与喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜的值，计算在指定的波长范围内的喇曼增益的值实现由以喇曼增益的指定值为中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率的装置，以及
控制施加于光纤的每一泵浦光的功率以便以每一计算的功率施加每一泵浦光的装置。
按照本发明的又一方面，一种用于控制同时施加几种波长的泵浦光到一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制装置，包括：
在模型传输线上，指定实现指定波长范围内期望的喇曼增益的每一泵浦光的每一功率的数据的装置，
相对于模型传输线和作为施加目的地的传输线中的每一个，指定由施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率的值的数据的装置，
相对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现希望的喇曼增益的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值的装置，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为应用目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便按每一计算的值的功率施加每一泵浦光的装置，
从而在作为应用目的地的传输线上，在指定波长范围内实现与模型传输线的增益相同的希望喇曼增益。
按照本发明的再一方面，一种用于控制同时施加几种波长的泵浦光到一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制装置，包括：
根据作为每一泵浦光功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数关系，和总功率与模型传输线中喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值，计算在指定波长范围内实现指定的喇曼增益的每一泵浦光的功率的装置，和
对于模型传输线和作为应用目的地的传输线中的每一个，指定通过施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率的值的数据的装置，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现希望的喇曼增益的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值的装置，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为应用目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值施加每一泵浦光的装置，
从而在作为应用目的地的传输线上在指定波长范围内实现指定的喇曼增益。
按照本发明的另一方面，一种用于控制同时施加几种波长的泵浦光到一条光纤引起的喇曼增益的喇曼增益控制装置，包括：
根据作为每一泵浦光的功率与具有喇曼增益的所有泵浦光的总功率之比的比例系数的关系，和总功率与模型传输线中喇曼增益之间的关系，从喇曼增益的指定值和增益倾斜值，计算指定波长范围内喇曼增益的值实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的每一泵浦光的功率的装置，
对于模型传输线和作为应用目的地的传输线中的每一个，指定施加每一泵浦光产生的喇曼增益斜率值的数据的装置，
对于每一泵浦光，计算把在模型传输线上实现由喇曼增益的指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜的上述泵浦光的功率乘以一个比值获得的值的装置，该比值表示在模型传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率值是在作为应用目的地的传输线上上述泵浦光的喇曼增益斜率的值的多少倍，和
控制施加到作为施加目的地的传输线的每一泵浦光的功率，以便以每一计算的值的功率施加每一泵浦光的装置，
从而在作为应用目的地的传输线上实现由指定波长范围内的喇曼增益指定值中心周围的增益倾斜指定的倾斜。
本发明的其他目的、特征和优点将从下面给出的详细说明中变得清楚。
附图说明
本发明将从下面给出的详细描述和发明优选实施例的附图中被更充分地理解，然而，这些详细描述和优选实施例并不成为本发明的限制，而只是用于说明和理解。
在附图中：
图1是用于说明按照第一发明的光纤传输系统结构的示意图；
图2是用于说明按照第一发明的第一实施例获得的增益轮廓的示意图；
图3是表示按照第一发明的第一实施例获得的增益轮廓的示意图；
图4是按照第二发明的第二实施例获得的增益轮廓；
图5是表示按照第二发明当形成任意增益倾斜时增益倾斜设定值α和产生增益的实际量之间的关系的示意图；
图6是用于说明按照第三发明的第三实施例获得的结果的示意图；
图7是用于说明按照第四发明的第四实施例获得的结果的示意图；
图8是用于说明按照第五发明的第五实施例获得的结果的示意图；
图9是用于说明第六实施例结构的示意图；
图10是表示按照第六发明的第六实施例当停止泵浦光时获得的信号光谱的示意图；
图11是用于说明按照第六发明的第六实施例获得的结果的示意图；
图12是用于说明按照第六发明的第六实施例获得的结果的示意图；
图13是用于说明按照第六发明的第六实施例获得的结果的示意图；
图14是用于说明单个波长泵浦喇曼增益轮廓的示意图；
图15是用于说明合成喇曼增益轮廓的示意图；
图16是表示当形成平坦的喇曼增益轮廓时增益量G和获得的泵浦光总功率Pt之间相互关系实例的示意图；
图17是表示当形成平坦的喇曼增益轮廓时增益量G和获得的比率系数Dλn之间相互关系实例的示意图；和
图18是用于说明喇曼放大配置和喇曼增益斜率之间关系的示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例将在下文参照附图被详细讨论。在下面的描述中，许多特定细节被提出以便于提供对本发明的全面理解。但是对本领域技术人员来说，在没有这些特定细节的情况下，本发明也可以被实现，这一点是显而易见的。在其他例子中，未示出熟知的结构以免不必要地模糊本发明。
首先，相对第一发明参考附图描述其原理和内容。
常规问题在于，即使在通过反复试验获得在某一个增益电平(喇曼增益)实现平坦的合成增益轮廓的泵浦光功率的条件，也没有保持合成增益轮廓平坦而方便地改变增益电平的方法。本发明提供了一种解决此问题的方法。该方法的过程如下。
1.在某一传输线中，通过诸如反复试验的一种或其他方法形成在几级增益电平G的平坦的合成增益轮廓并获得此时的泵浦光功率Pλn和增益(增益电平)量G之间比例关系的系数。
2.仍在要测量的益量G，可改变改增益，而与具有从该比例关系获得的泵浦光功率Pλn(W)的泵浦级无关，同时保持平坦的合成增益轮廓。
原理如下。
考虑图15所示情况，其中用表示为G(dB)的增益量形成平坦的合成喇曼增益轮廓。在下文中，Pλn(W)表示具有泵浦波长λn(n＝1，2，…泵浦波长的数量)的每一泵浦光功率，Pt(W)表示泵浦光功率的总和(下文称之为泵浦光的总功率)。具有波长λn的泵浦光的功率与泵浦光的总功率之比表示为Dλn。换言之，具有如下的表达式：
Pλn＝Dλn×Pt(表达式1)
由于Dλn是用于确定与其组合每一泵浦光功率的比率的值，下文称之为比率系数。
图16和17表示在一条单模光纤(SMF)中在从1530nm至1565nm和从1575nm至1610nm的带宽形成平坦的五个波长泵浦喇曼增益轮廓(泵浦波长：1424nm，1437nm，1449nm，1465nm，1494nm)的情况中，“增益量G”与“比率系数Dλn”以及“增益量G”与“泵浦光总功率Pt”之间的关系。通过寻找Pλ1至Pλ5的组合得到这些关系，通过反复试验利用Pλ1至Pλ5可获得G为3、5、7、9和11dB的平坦增益轮廓。如可以从图16和17看到的，“增益量G”与“比率系数Dλn”以及“增益量G”与“泵浦光总功率Pt”各具有一个比例关系。
另外，如在下述文献中所描述的，用于数字求解微分等式的计算模拟也确认了“增益量G”对“比率系数Dλn”和“增益量G”对“泵浦光总功率Pt”各具有一个比例关系。
H.Kidrof，K.Rottwitt，M.Nissov，M.Ma，和E.Rabarijaona于1999年在IEEE Photon.Technol.Lett.，11，(5)第530-532，发表的题为“100nm带宽的喇曼放大器中的泵浦交互作用”的文献。
数字模拟使用下面的表达式2。
dP f ( z , v ) dz = - α ( v ) × P f ( z , v ) + ∫ ξ > v g r A eff ( v - ξ ) × { P f ( z , ξ ) + P b ( z , ξ ) } × P f ( z , v ) dξ
- &Integral; &xi; < v g r A eff ( v - &xi; ) &times; { P f ( z , &xi; ) + P b ( z , &xi; ) } &times; P f ( z , v ) d&xi;
(表达式2)
其中Pf和Pb分别表示前向光和后向光的功率。z代表光纤中的位置和v代表标注的光频率。α、gr和Aeff分别代表损耗、喇曼增益系数和光纤的有效芯区域。
因而发现“增益量G”对“比率系数Dλn”和“增益量G”对“泵浦光总功率Pt”通常能够分别表示如下：
Pt＝A×G    (表达式3)
Dλn＝Bλn×G+Cλn  (表达式4)
其中A、Bλn、Cλn表示包括一种光纤及个体中差异的每一光纤固有的系数。从表达式1、3和4能够获得下面的表达式：
Pλn＝A×G×(Bλn×G+Cλn)   (表达式5)
因此，利用预先获得的系数A、Bλn和Cλn，可以从一个输入参数G来确定用来在各种增益量形成平坦的合成喇曼增益轮廓所需的每一波长的泵浦光功率。
下面，将描述应用第一发明的第一实施例。
简言之，本发明旨在提供一种变化增益电平的同时保持增益轮廓的技术，包括通过反复试验形成在几级增益电平G平坦的合成增益轮廓，获得此时每一泵浦波长的泵浦光功率Pλn与增益电平G之间的比例关系，和在任意增益电平G从该比例关系反向计算泵浦光功率Pλn，以便在变化增益的同时保持平坦的合成增益轮廓。
本发明的结构图如图1所示。在下面的实施例中，将对后向泵浦分配的喇曼放大模式进行描述。作为喇曼放大媒质的传输线光纤10的一端连接至信号光源40，另一端连接到喇曼泵浦光源30。连接到泵浦光源30的端点被称为点A，连接到信号光源40的端点被称为点B。从端B到传输线光纤10的施加方向被称为前向，从端A到传输线光纤10的施加方向被称为后向。此外，由泵浦光进行喇曼放大的波长频带被称为信号波长频带。
WDM耦合器20连接至端A，用于复用和去复用泵浦波长频带和信号波长频带。泵浦光源30连接至WDM耦合器20的泵浦波长频带端口，光谱分析仪50连接到信号波长频带端口。假定泵浦光分别具有值为1424nm、1437nm、1449nm、1465nm和1494nm的五个波长λ1至λ5，并且在信号波长频带中，假定1530.3至1562.2nm和1574.5至1608.3nm是需要平坦增益的波长频带。连接到端B的信号光源40是具有总共80个波的WDM光源，80个波中包括40个在1530.3至1562.2nm之间以100GHz的间隔排列的波和40个在1574.5至1608.3nm之间以100GHz的间隔排列的波。用作传输线光纤10的是80km的SMF。
在本实施例中，用以下方式测量增益轮廓。首先，没有泵浦光输出，从信号光波长频带的短波长端至长波长端扫描光谱分析仪50，以便在传输之后获得第一WDM信号光谱(1)。此外，利用通过输出泵浦光在传输光纤中产生的喇曼增益，对光谱分析仪进行扫描以便获得第二WDM信号光谱(2)。通过从第二光谱(2)减去第一光谱(1)，获得其中存在WDM信号光的波长频带的喇曼增益轮廓。
接下来描述本实施例的过程。
首先，通过反复试验在几级增益电平G形成平坦的增益轮廓以便随之记录泵浦光的功率Pλn。具体地说，为了获得平坦的合成增益轮廓，测量增益轮廓同时调整每一波长的泵浦光功率，在根据测量结果调整每一波长的泵浦光功率的同时，再次测量增益轮廓，并且重复这一试验。这一过程在下文被称为泵浦光功率的手动最佳化。作为最佳化结果获得的合成增益轮廓如图2所示。
表1示出在增益电平G为3、5、7、9、11dB通过泵浦光功率的手动最佳化获得的每一泵浦光的功率。图16和17中示出了该表的曲线。图16表示相对于增益电平G的泵浦光总功率Pt的改变，而图17表示相对于增益电平G的每一泵浦波长的泵浦光功率Pλn的状态改变。
由于比例关系清楚地表现，表达式3和4中的每一系数A、Bλn和Cλn通过代入表2所示的线性函数而被确定：
[表1]
  增益(dB)   λ<sub>1</sub>   λ<sub>2</sub>  λ<sub>3</sub>  λ<sub>4</sub>   λ<sub>5</sub>   总功率
  3   29   28   21   23   58   159
  5   54   50   36   39   90   269
  7   84   78   53   55   112   382
  9   117   108   73   70   130   498
  11   156   144   94   86   138   618
(单位：mW)
[表2]
Figure C20061007368000181
根据上述表格，通过对将增益电平G施加到表达式5而获得的Pλn进行泵浦，导致了获得持续平坦的合成增益轮廓。换言之，不论保持平坦时的等级是多少，增益都能够变化。
更具体地说，图3所示的是以泵浦光功率Pλn进行泵浦(见表3)而获得的合成喇曼增益轮廓，泵浦光是通过将值为2、4、6、8、10和12dB的增益电平G施加到表达式5而得到的，它们不同于那些手动最佳化所获得的值。不经过反复试验可获得大致理想的最佳化平坦增益轮廓。
[表3]
  增益(dB)   λ<sub>1</sub>   λ<sub>2</sub>   λ<sub>3</sub>  λ<sub>4</sub>   λ<sub>5</sub>   总功率
  2   19   18   14   16   43   111
  4   42   40   29   32   77   221
  6   70   65   46   48   104   332
  8   100   93   63   63   123   443
  10   135   125   82   78   134   554
  12   174   159   102   92   137   664
(单位：mW)
本发明意在提供一种仅施加一个参数、一个增益电平G来获得输出最佳化的具有五个波长的泵浦光的功率函数的方法。使用该函数能够启动用于产生要在一个开环中得到的希望增益电平所需的最佳化泵浦光功率。
尽管本实施例描述的是在增益方向中扩展和收缩平坦的增益轮廓的示例，但是本发明不但应用于扩展和收缩平坦的增益轮廓而且应用于增益方向中某一特定配置的增益轮廓。
以下将描述作为第二发明改变增益倾斜的方法的原理和内容。
传统的问题是即使在通过反复试验获得了实现在某一个增益电平的平坦合成增益轮廓的泵浦光功率的条件时，也没有易于使增益具有直线倾斜的方法。换言之，当信号光以其倾斜电平被施加时，本发明提供了一种解决此问题的方法。该方法的过程如下。
1.在第一发明中，进一步改变指示泵浦光之间SRS倾斜电平的G导致改变合成增益轮廓的增益倾斜。
其原理如下。
在增加或减少增益的同时形成平坦的合成喇曼增益轮廓，表达式4所示的这种比例关系保持在增益量G和比率系数Dλn之间。这样的比率改变源自功率倾斜的产生，功率倾斜是由在各个泵浦波长之间产生的激励喇曼散射(SRS)引起的。假定在这里图2和3中的横坐标G并不代表真实的喇曼增益G而是对产生于泵浦波长之间的倾斜进行控制的一个参数，通过调整该参数能够形成具有直线倾斜的合成喇曼增益轮廓而与真实的喇曼增益G无关。
更具体地说，以G+E×α/G替换表达式5中的后面的G获得表达式6：
Pλn＝A×G×[Bλn×(G+E×α/G)+Cλn]    (表达式6)
这里α代表一个增益倾斜(dB/THz)，E表示由线路决定的系数。
在表达式6中，假定α＜0，可以获得用于形成相对于波长的方向具有正倾斜的合成喇曼增益轮廓所需的每一波长的泵浦光的功率，并假定α＞0，可获得用于形成相对于该波长方向具有负倾斜的合成喇曼增益轮廓所需的每一波长的泵浦光的功率。
因此，形成在各种增益都具有直线倾斜的合成喇曼增益轮廓所需的每一泵浦光功率都能够根据两个输入参数，增益电平G和增益倾斜α来确定。
以下将描述应用第二发明的第二实施例。
简言之，本实施例的目的是提供一种在合成增益轮廓中易于生成直线倾斜的方法，该方法能够通过进一步改变在第一发明中指示泵浦光之间的SRS倾斜电平的G而改变合成增益轮廓的增益倾斜。
为使描述简单起见，本实施例作为第一实施例的发展来实现。使用相同的传输线、泵浦波长和信号波长频带。因此，系数A、Bλn和Cλn与第一实施例的表2中所示的那些相同。可以清楚地理解，即使使用完全不同的传输线、泵浦波长和信号频带时，也能实现本发明，而不存在任何问题。
仅通过改变作为表达式6中的两个参数的增益量G和增益倾斜α，能够获得在各种增益形成具有直线倾斜的合成喇曼增益轮廓所需的每一泵浦波长的泵浦光功率。在本实施例中，利用约为10dB的增益G，从信号频带的端到端形成±2dB和±4dB的直线倾斜。以频率表示的信号频带在擦195.90THz至186.40THz的范围，具有大约-9.5THz的差异。利用例如从短波侧向长波侧的2dB的倾斜，增益倾斜可据此表示为+2(dB)/-9.5(THz)＝-0.211(dB/THz)。表4中示出了泵浦光功率，图4中示出了合成喇曼增益轮廓。
[表4]
  增益倾斜(dB/信号频带) λ<sub>1</sub> λ<sub>2</sub> λ<sub>3</sub> λ<sub>4</sub> λ<sub>5</sub> 总功率
  -4   161   146   90   75   82   554
  -2   148   136   86   77   107   554
  0   135   125   82   78   134   554
  2   120   111   77   79   166   554
  4   99   94   71   81   208   554
(单位：mW)
在长波侧偏离直线的增益形状特别呈现从被限于五个的泵浦波长数量得到的限制，并且即使通过手动调整反复试验，基本上没有空间用于使该形状进一步接近直线。换言之，泵浦波长之间的SRS倾斜已由本算法尽可能地补偿。
图5所示的是增益倾斜(α/G)和增益倾斜设定值(E×α/G)之间的关系，其中增益倾斜是通过将获得的增益轮廓代入线性函数量化增益倾斜并以图4中增益电平G对该增益轮廓归一化获得的。这里，增益倾斜α被表示为(dB/THz)。当增益倾斜α的绝对值增加时，该关系似乎偏离了比例关系，其原因是受数量为5的泵浦光的约束。以增益电平G归一化得到的增益倾斜和增益倾斜设定值由此基本上具有比例关系。该关系的比例系数在表达式6中为E，在本实施例中被确定为-149.6。
提前检验比例系数E能够使任意增益倾斜状态在一个开环中被获得。
接下来将描述在一条模型传输线中再生增益轮廓的方法，它是有关传输线的第三发明。
传统的问题是没有简单方法来实现泵浦光功率的条件，以便通过对喇曼放大特性未知的传输线反复试验来实现在模型传输线上获得的合成增益轮廓。本发明提供了一种解决此问题的方法。该方法的过程如下。
准备：测量模型传输线上在每个泵浦波长的增益斜率Γm λn并将其记录下来。另外，通过诸如反复试验的一种或另一种方法形成在期望的增益电平的平坦合成增益轮廓并记录Pλn。
1.测量其喇曼放大特性未知的传输线的增益斜率Γm λn并将其比率(Γm λn/Γt λn)与Pλn相乘以激励传输线。
2.再生与模型传输线的合成增益轮廓相同的合成增益轮廓。
其原理如下。
下文中，将其喇曼放大特性未知并且被实际施加了分散喇曼放大的传输线称为真实传输线。
在此假定模型传输线和真实传输线的喇曼增益轮廓在增益方向大致相似。实际上，当在增益方向将系数与数倍相乘时，石英玻璃构成的光纤中的喇曼增益轮廓基本上彼此重叠。在某些添加了大量GeO2的光纤或其它光纤中，其喇曼增益轮廓比用于传输线的光纤的喇曼增益轮廓有了更大变化。在这样一种情况下，不能仅通过调整每一泵浦波长的泵浦光功率获得平坦的增益，因此应当通过优化的泵浦波长来开始过程。本发明旨在提供这样一种方法，把光纤中差异内的泵浦光的功率自动优化至仅通过调节泵浦光的功率，而不改变泵浦波长获得的增益足够平坦的程度。
就模型传输线而言，假定当被泵浦波长λn激励时，在信号波长λ上获得的喇曼增益斜率为Γm λn(λ)(dB/W)。同样，假定真实传输线的这一斜率为Γt λn(λ)(dB/W)。
假定当以功率Pm(W)把某一波长λn的泵浦光施加到模型传输线时获得的单个波长泵浦喇曼增益轮廓为φλn(Pm，λn)。在真实传输线上产生相同的单个波长泵浦喇曼增益轮廓所需的波长λn的泵浦光功率Pt(W)是Pm的Γm λn/Γt λn倍。
接下来描述合成喇曼增益轮廓的情况。决定合成喇曼增益轮廓形状的不是每一泵浦波长的功率，而是每一泵浦波长产生的单个波长泵浦喇曼增益轮廓的形状。相应地，当每一泵浦波长产生的单个波长泵浦喇曼增益轮廓的形状相同时，得到的合成喇曼增益轮廓将具有相同的形状。
当在模型传输线获得某一合成喇曼增益轮廓，并且由此已知每一泵浦波长的功率时，在真实传输线上再现合成喇曼增益轮廓能够通过把每一泵浦波长的功率与Γm λn/Γt λn相乘来实现。
下面将描述第三发明的第三实施例。
简言之，第三发明的目的是提供一种在其他传输线上再现模型传输线的增益轮廓的方法，包括测量模型传输线上的增益斜率Γm λn，测量其喇曼放大特性未知的传输线的增益斜率Γt λn，将Pλn与其比率(Γm λn/Γt λn)相乘以激励传输线光纤，从而再现与模型传输线相同的合成增益轮廓。
过程如下。
准备：在模型传输线上形成某一合成增益轮廓以记录Pλn且随之也测量增益斜率Γm λn。
1.测量其喇曼放大特性未知的传输线的增益斜率Γt λn并将模型传输线的Pλn与其比率(Γm λn/Γt λn)相乘以激励传输线。
2.再现与模型传输线相同的合成增益轮廓。
为简单描述起见，实现本实施例作为第一实施例的扩展。具体第说，使用80km由SMF构成的传输线作为模型传输线。另外，使用相同的泵浦波长和信号波长频带。系数A、Bλn和Cλn因此而与第一实施例的表2中示出的那些相同。可以清楚理解，即使使用全部不同的传输线作为模型传输线、或使用其它泵浦波长和信号频带时，也可以实现本发明，而不存在任何问题。用作其喇曼放大特性未知的传输线的是80km NZ-DSF。
这些传输线的喇曼增益效率Γm λn和Γt λn的测量结果示于表5。
[表5]
  λ<sub>1</sub>   λ<sub>2</sub>   λ<sub>3</sub>   λ<sub>4</sub>   λ<sub>5</sub>
  Γ<sup>m</sup><sub>λn</sub>(模型传输线)   33.31   33.81   34.29   35.16   37.07
  Γ<sup>t</sup><sub>λn</sub>(未知传输线)   49.23   49.80   50.58   52.30   55.37
  Γ<sup>m</sup><sub>λn</sub>/Γ<sup>t</sup><sub>λn</sub>(比率)   0.6766   0.6789   0.6779   0.6723   0.6694
(单位：dB/W)
可以用，例如，日本公开专利(Kokai)2001-007768中所公开的现有技术测量在每一泵浦波长的喇曼增益峰值波长上定义的喇曼增益斜率Γλn。
首先，模型传输线上的泵浦光功率以其增益为平坦且增益电平G为8dB(图6中曲线A)的增益轮廓形式表示在表3中8dB的一行。随后，NZ-DSF被完全相同的泵浦光功率激励以获得图6中的曲线B。如图所示，产生较大的增益倾斜且平均增益大幅偏离期望值。最后，当如表5所示每一泵浦波长的功率与Γm λn/Γt λn相乘以激励NZ-DSF时，得到图6中的曲线C，该曲线基本与曲线A一致。
模型传输线上的合成增益轮廓能够由此不通过反复试验在NZ-DSF上再现。
下面，将描述第四发明在任意光纤中变化增益电平同时保持增益轮廓的方法的原理和内容。
第四发明是将第三发明应用于第一发明。具体地说，即使在其喇曼放大特性未知的传输线光纤中，通过在模型传输线对上述路径的增益斜率比率(Γm λn/Γt λn)激励传输线，可以再现与模型传输线相同的变化合成增益轮廓的功能。换言之，在保持平坦的合成增益轮廓的同时可以改变增益，而与级无关。
下面描述第四发明的第四实施例。
第四发明是第一发明(变化增益电平同时保持增益轮廓的方法)和第三发明的结合，该发明通过测量当预先检验在模型传输线上获得平坦增益所需的最佳化泵浦光功率的趋势(表达式5中的系数)时的增益斜率，能够使其放大特性未知的传输线的增益电平在不进行反复试验的情况下变化，同时保持平坦的增益轮廓。
过程如下。
准备：通过反复试验形成在模型传输线上期望的增益电平平坦的合成增益轮廓，提前获得用于从Pλn获得平坦增益(过程等价于第一发明)所需的最佳化泵浦光功率的趋势(式5中的系数)，随后测量增益斜率Γm λn。
1.测量其喇曼放大特性未知的传输线的增益斜率Γt λn并将模型传输线的Pλn与其比率(Γm λn/Γt λn)的倒数相乘以激励传输线。
2.再现与模型传输线相同的合成增益轮廓。
为简单描述起见，本实施例作为第三实施例的演变而实现。具体地说，使用80km由SMF构成的传输线作为模型传输线并且使用80km NZ-DSF作为喇曼放大特性未知的传输线。另外，使用相同的泵浦波长和信号波长频带。可以清楚理解，即使用完全不同的传输线作为模型传输线或作为其喇曼放大特性未知的传输线，或是使用其它泵浦波长和信号频带，也可以实现本发明，而不存在任何问题。
这样，此时在NZ-DSF中与第三实施例相似产生在增益电平G为2、4、6、8、10和12dB的平坦增益。仅需要以示于表3中的泵浦光功率与Γm λn/Γt λn相乘(见表6)来激励光纤。所获得的增益轮廓被示于图7。由此得到与示于图2中的基本相同的增益轮廓。
[表6]
  增益(dB)   λ<sub>1</sub>   λ<sub>2</sub>   λ<sub>3</sub>   λ<sub>4</sub>   λ<sub>5</sub>   总功率
  2   13   13   10   11   29   76
  4   29   28   20   22   53   152
  6   47   45   32   33   72   228
  8   68   65   44   43   85   305
  10   92   86   57   53   92   381
  12   118   110   70   63   94   457
  14   146   134   84   72   89   524
(单位：mW)
接下来，将对在作为第五发明的任意光纤中改变增益倾斜的方法的原理和内容进行描述。
第五发明是将第三发明应用于第二发明。具体地说，即使在其喇曼放大特性未知的传输线上，通过Y以模型传输线对传输线的增益斜率比率(Γm λn/Γt λn)激励传输线，可再现与模型传输线相同的改变合成增益轮廓的增益倾斜的功能。
以下描述第五发明的第五实施例。
第五发明是第二发明(改变增益倾斜的方法)和第三发明的结合，该发明仅通过测量在检验模型传输线上具有任意增益倾斜的泵浦光功率的趋势(表达式6中的每一系数)时的增益斜率，能够在其放大特性未知的传输线上形成在任意增益电平具有增益倾斜的合成增益轮廓，而不进行反复试验。
过程如下。
准备：通过反复试验形成在模型传输线上在期望的增益电平平坦的合成增益轮廓，提前获得用于从Pλn获得平坦增益(过程等价于第一发明)所需的最佳化泵浦光功率的趋势(表达式5中的系数)，随后测量当表达式6的增益倾斜设定值α被改变时获得的增益倾斜，以便根据该结果(过程等同于第二发明)预先获得表达式6的系数E。以及测量增益斜率Γm λn。
1.将第二发明应用到第三发明。具体地说，通过以模型传输线对传输线的增益斜率比率(Γm λn/Γt λn)激励其喇曼放大特性未知的传输线，可再现具有与模型传输线相同的增益倾斜的合成增益轮廓。
为简单描述起见，本实施例也作为第二实施例的演变来实现。具体地说，作为模型传输线，使用80km由SMF构成的传输线并且使用80km NZ-DSF作为其喇曼放大特性未知的传输线。另外，使用相同泵浦波长和信号波长频带。可以清楚理解，即使使用完全不同的传输线作为模型传输线或其喇曼放大特性未知的传输线，或是使用其它泵浦波长和信号频带，也可以实现本发明而不存在任何问题。
因此，与第二实施例相似，这时，在NZ-DSF中，从信号频带的端部到端部产生在增益电平G为10dB具有±2dB和±4dB的直线倾斜的增益。仅需要以表4中的泵浦光功率与Γm λn/Γt λn相乘(见表7)来激励传输线。所获得的增益轮廓如图8所示。由此得到与示于图4中的基本相同的增益轮廓。
[表7]
增益倾斜(dB) λ<sub>1</sub> λ<sub>2</sub> λ<sub>3</sub> λ<sub>4</sub> λ<sub>5</sub> 总功率
  -4   109   99   61   51   55   374
  -2   100   92   58   51   71   374
  0   91   85   56   52   90   374
  2   81   76   53   53   111   373
  4   67   64   48   54   139   373
(单位：mW)
以下将描述第六发明。第六发明是第四发明和第五发明的结合，通过控制增益电平和增益倾斜来使信号光功率和信号光倾斜的监视值成为设定值。引入每一监视值与其设定值之间的负反馈以便于在一个闭环中控制增益电平和增益倾斜。换言之，该发明意在通过处理时间改变现象，诸如站间光纤损耗的变化和紧接着中继器的信号传输功率的变化，来实现有效控制以使在所有时间具有最佳化泵浦光功率。
图9是第六发明的第六实施例的结构图。除了示于图1中的部件之外，TAP耦合器1 61-1位于WDM耦合器1 62-1和端A之间。在TAP耦合器1 61-1的三个端口之中，与端A相连的端口被称为输入端口，连接到WDM耦合器1 62-1的端口作为主端口，剩下的端口作为监视端口。主端口和监视端口之间的分支比率假定为9∶5∶5。
用于去复用泵浦波长频带和信号波长频带的WDM耦合器1 62-2被连接至监视端口。一个光终端单元63被连接至WDM耦合器2 62-2的泵浦波长频带端口，由此从信号光波长频带端口取出控制监视光，以便从控制监视光中除去泵浦光的返回光。
TAP耦合器1 61-2被连接至WDM耦合器2 62-2的信号波长频带端口，以便于监视95％经由光接收器、5％经由光谱分析仪2 50-2的控制监视光。被监视的信号光功率和信号光倾斜通过控制电路65负反馈至泵浦光的功率。
控制电路65的输入是预先在模型传输线获得的表达式6的关系，作为施加目的地的传输线的增益斜率Γm λn和增益斜率Γt λn。控制电路65确定表达式6的增益电平G，以使信号光功率监视值和设定值间的差异信号达到0，并确定表达式6的增益倾斜α，以使信号光倾斜监视值和设定值间的差异信号达到0。将表达式6获得的每一泵浦光功率与Γm λn/Γt λn相乘并将获得的功率设定到泵浦光源30。重复负反馈使得信号光倾斜和信号光功率的监视值能被保持在设定值。
为简单描述起见，本实施例作为第四和第五实施例的演变来实现。具体地说，使用80km由SMF构成传输线作为模型传输线，使用80km的NZ-DSF作为施加目的地的传输线。此外，使用相同的泵浦波长和信号波长频带。可以清楚理解，即使使用完全不同的传输线作为模型传输线或其特性未知的传输线，或使用其它泵浦波长和信号频带，本发明也能被实现，而不存在任何问题。
光谱分仪1 50-1通过停止的泵浦光观察到的信号光谱示于图10。另外，图11、12和13示出当负反馈被以信号光功率设定值和信号光倾斜设定值导入时，如表8所示设定的光谱分析仪1 50-1观察到的信号光谱。于是，能够可变地控制增益电平和增益倾斜，以使得信号光功率和信号光倾斜保持在设定值。
尽管在本实施例中，监视信号光功率和信号光倾斜，以便以表达式6的增益电平和增益倾斜二者作为参数导入负反馈控制，但也可能监视信号光功率或信号光倾斜，从而以增益电平和增益倾斜之一作为参数导入负反馈控制。例如，增益倾斜α是固定的，仅监视信号光功率使得能够仅使用增益电平作为参数进行负反馈控制。
尽管在本实施例中，增益电平控制是通过监视一个波长的信号光功率而实现的，但是也可以通过监视其他项目来实现控制。可通过例如监视所有波长的信号光功率、特定波长的信号光功率或增益电平自身来控制增益电平。
[表8]
  图11   图12   图13
  每一信号的信号光功率(dBm)   -24   -23   -21
  信号光倾斜(dB/THz)   0   -0.316   0.421
尽管在前述实施例中，已经针对后向泵浦喇曼放大的配置描述了本发明，本发明也适用于前向泵浦喇曼放大的配置。
尽管已结合前述优选方式和实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于上述方式和实施例，而是在其技术思想范围内以各种变化被实施。
如前所述，通过本发明的喇曼增益控制装置和喇曼增益控制方法能够得到以下效果。
按照根据权利要求1的发明，对于指定的增益电平G，具有不同频率的多个泵浦光的每一个的功率都能够被确定，用于实现平坦增益轮廓的增益电平G。结果是，可以得到用于在一个开环中产生期望的增益电平G所需的最佳化泵浦光功率，并且实现指定的增益电平G同时保持增益轮廓的平坦。
按照根据权利要求4的发明，对于指定的增益电平G和指示增益轮廓倾斜的倾斜α，确定具有不同频率的多个泵浦光中的每一个的功率，用于通过具有由增益倾斜α指定的直线倾斜的增益轮廓来实现增益电平G。结果是，能够在一个开环中获得任意增益倾斜状态并且在任意增益电平形成直线增益倾斜。
按照根据权利要求7的发明，模型传输线的增益轮廓能够在其他传输线上再现。换言之，使用模型传输线和其它传输线的每一喇曼增益斜率，模型传输线中每一泵浦光的功率能够被转换为在其他传输线上实现相同增益轮廓的泵浦光功率。
按照根据权利要求8的发明，在第一发明和第三发明的结合中，首先，对于指定的增益电平G，确定在模型传输线上实现平坦增益轮廓的每一泵浦光的功率，并利用模型传输线和其他传输线的喇曼增益效率转换每一泵浦光功率，从而获得用于在一个开环中在其它传输线上产生最佳化泵浦光功率所需要的增益电平G，并且实现指定的增益电平G同时保持增益轮廓的平坦。
按照根据权利要求9的发明，在第二发明和第三发明的结合中，首先，关于指定的增益电平G和增益倾斜α，确定通过具有由模型传输线中的增益倾斜α指定的直线倾斜的增益轮廓实现增益电平G的每一泵浦光功率，并利用模型传输线和其它传输线的喇曼增益效率转换每一泵浦光功率，从而在一个开环中获得其他传输线上的任意增益倾斜状态，并形成在任意增益电平的任意直线增益倾斜。
按照根据权利要求12的发明，逆境监视结果和目标值，以使指定波长范围内的喇曼增益具有所需的喇曼增益，并且负反馈其差值，以便在一个闭环中实现控制。
根据权利要求13的发明，比较监视结果和目标值以使指定波长范围内的喇曼增益和其倾斜具有所需的喇曼增益和其倾斜值，并且负反馈其差值以在一个闭环中实现控制。
尽管参考示例性实施例说明和描述了本发明，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以进行前述及各种其他改变、省略和添加。因此，应该理解，本发明不局限于上述特定实施例而是应该包括所有可能的实施例，它们体现在所附权利要求书中提出的特征所包含及等效的范围内。

Claims (3)

1.一种增益控制装置，用于控制由向光纤施加多个泵浦光引起的喇曼增益，包括：
计算装置，用于根据表达式计算所述多个泵浦光各自的功率，其中所述表达式具有与喇曼增益对应的参数，并且输出引起希望的喇曼增益轮廓所需的所述多个泵浦光各自的功率；和
将所述多个泵浦光以计算的所述各自的功率施加到所述光纤的装置。
2.根据权利要求1所述的增益控制装置，其中所述表达式具有与喇曼增益倾斜对应的第二参数。
3.根据权利要求1所述的增益控制装置，其中所述表达式具有与各个泵浦光施加到的光纤上的喇曼增益斜率对应的一组参数。
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