CN101971531A - 用于控制掺铒光纤放大器(edfa)以及放大器装置的方法 - Google Patents

用于控制掺铒光纤放大器(edfa)以及放大器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于操作由单个泵浦光源(11)抽运的具有第一放大级(A1)和第二放大级(A2)的放大器的方法，根据分别抽运第一放大级(A1)和第二放大级(A2)的可变分束因子(α)将所述初级泵浦信号(PPUMP)分束成第一泵浦信号(S1)和第二泵浦信号(S2)。改变分束因子(α)以实现优化的噪声指数。

Description

用于控制掺铒光纤放大器(EDFA)以及放大器装置的方法
技术领域
本发明涉及用于控制掺铒光纤放大器和放大器装置(amplifierarrangement)的方法。
背景技术
掺铒光纤放大器(EDFA)被广泛地部署在光学密集波分复用(DWDM)传输系统中，这是因为它们具有以几乎令人满意的方式来同时放大所有DWDM信号的能力。此外，EDFA代表用于集成光学网络中的点到点链路的关键部件。这倾向于因为由开关、多路复用器等等引入的附加损耗而导致增加在光学网络中使用的放大器。此外，光学联网技术已变成对具有严格成本要求的区域网和城域网具有吸引力。
因此，在不牺牲功能的情况下降低放大器的成本是EDFA的关键要求。放大器的核心由提供放大的增益介质(gain medium)(即“掺铒光纤”)和提供功率以允许掺铒光纤(EDF)中的足够掺杂离子部分离开基态到达期望的激发态能级的激光泵给出。EDFA的实际实施方式还部署附加的无源部件(例如抽头耦合器/分束器(splitter)、信号监控器、WDM耦合器)以将泵浦辐射(pump radiation)和信号光耦合到EDF、隔离器等等。然而，从成本的观点来看，泵浦激光器代表驱动元件。因此，泵浦的数目必须保持尽可能地低以显著降低EDFA成本。
为了降低EDFA成本，已提议由相同的激光器来抽运(pump)两个或更多EDF线圈，使用由固定的分束比(splitting ratio)表征的熔融分束器以使得进入每个EDFA级的部分光不能被单独设置。
另一方面，已在具有两个泵浦的配置中使用了具有不相等的分支比的四个端口组合器，以便根据设计值来补偿部件特性的偏差并且改进可靠性。在US 5,561,552和EP 588 557 A1中描述了此发明的实施例。
然而，存在与该技术相关联的主要缺点。在大多数情况下，WDM系统被放入到具有少数活动(active)通道的操作中。随后，根据容量的需求添加附加的通道。因此，放大器以及它们的控制算法已被设计成提供从具有单个通道的操作开始一直到最大通道负载的适合表现。
基于以恒定增益操作的泵浦分束的机构的噪声指数在小的输入功率(即小的通道数(channel count))下明显更大。因此，跨距(span)的最大数目由小通道数下的噪声特性限制。为了减少这一缺点，可以考虑高的分束比值。然而，为了实现高输出功率级(也就是说对于高通道负载的情况)，需要较低的分束比值(即第二EDF线圈中的高泵浦功率)。因此，高的分束比值与较低输出功率级有关，也就是说降低由放大器提供的最大增益。固定分束比的选择基于这两个约束之间的权衡。
为了降低由固定分束比施加的限制，在专利申请DE 10 2005 031897 A1中描述一种配置。对于该机构，进入第二EDF线圈的泵浦功率不是由泵浦提供的功率的固定部分，因为通过增加泵浦功率减少第二级泵浦线中由EDF(充当饱和吸收器)提供的衰减。然而，该解决方案呈现了下面的缺点：
·泵浦路径中的EDF引起泵浦光的吸收。
·泵浦路径中的EDF充当可能被添加(在WDM耦合器的衰减之后)到光学主路径中的信号传播的放大自发发射(ASE)噪声源。此外，反向传播ASE将在泵浦的方向上传播。
·一旦固定的分束比和泵路径中的EDF的长度已固定，碰撞(impinge)第二EDF级的泵浦功率就是由泵浦自己提供的功率的函数。因此，该机构的等同分束比是泵浦功率的函数，也就是说不可能设置等同的分束比以及由泵浦单独提供的功率。还句话说，该架构具有一个自由度。但是这对负责次优噪声性能的等同分束比的最大值设置限制。
发明内容
本发明的目的是克服这些问题并且找出用于高质量地放大输出功率的宽范围内的光学信号的方法和装置。
一种改进信号质量的方式由根据权利要求1所述的方法实现。
一种改进信号质量的光学放大器由根据独立权利要求7所述的机构实现。
在从属权利要求中描述附加的有益特征。
相对于先前解决方案的关键差异是结合发明控制方法的可调谐泵浦分束器的部署。该解决方法的优点如下列出：
·在泵浦路径中行进的光不会经历吸收。
·因为泵浦路径中不存在EDF，所以ASE噪声不会被添加到信号中，并且ASE功率不会在泵浦的方向上传播。
·根据本发明的配置提供了在操作期间两个自由度的优点，也就是泵浦功率的等级和分束比。这意味着这两个参数可以被自由地设置并且由物理效应给出的固定关系不会限制可能耦合的设置。那样，借助于高的分束比值和泵浦功率值来显著降低处于低通道数或通过以最大输出功率以下操作放大器的噪声指数降级，而通过减小分束比来实现高的输出功率级。
因为在泵浦路径中不存在EDF，所以一旦考虑到可调谐设备的插入损耗，由该泵浦提供的总泵浦功率就可用于实现期望的放大。
实际上，作为体积(bulk)元件的可调谐分束器的插入损耗稍微高于固定分束器的插入损耗。所提议的借助于离散部件的机构的实施方式将会受到这一缺点的影响。然而，只要所提议的配置被实施为具有平面光波光路(Planar Lightwave Circuit，PLC)方法的实体就可以避免该缺点。通过采用该策略，可调谐分束器可以被集成在芯片上，而不会引起相对于基于固定分束比的构架的附加损耗。要指出PLC方法具有吸引力是因为降低的机械尺寸和降低的制造工作量，并且所提议的架构将允许建立具有非常良好地噪声性能的紧凑放大器。原则上，增益介质将是提供光放大的任何类型的材料或成分(意味着仅将无源部件集成到芯片上)，但是基于掺铒波导(EDW)的完全集成方法代表可替换的选择。
如上所述，实际上所提议的方法的优点是可以单独设置泵浦功率级和分束比，以使得借助于高分束比α(即耦合到第一EDF线圈的大部分泵浦光)来改进在小通道数下或在低于最大值的输出功率级下的噪声性能，而可以通过设置分束比的较低值来增加处于高通道数的输出功率。显然，两个自由度的存在会影响控制策略。因为可以单独设置泵浦功率级和可调谐元件的分束比，所以这些量可以被看作所提议的解决方法的致动(actuating)(控制)变量。因此，控制策略是不同的。将注意力放在新的机构上，放大器的控制必须适当地对这两个变量起作用以保证最佳的性能。一般来说，可以利用泵浦功率和分束比的不同耦合来实现特定输出增益等级。然而，仅利用两个参数的适当选择结合来获得最佳的性能。
然而，期望将致动(控制)变量从两个减少成一个来加速控制，以使得根据输出功率仅调整一个变量。这通过将进入第二EDF级的泵浦功率限定为唯一的致动变量来实现。
将给出涉及瞬态事件的放大器的另一实施例。为了实现放大器对瞬态事件的快速响应，控制电路使用前馈部分，所述前馈部分使得(泵浦功率)致动变量因为输入功率的变化而产生变化。该方法的普通应用是处于EDFA恒定增益下的操作。通过将进入第二EDF线圈的泵浦功率用作致动变量，添加基于近似数学关系的前馈分量。
附图说明
将结合附图更详细地解释本发明，其中：
图1是示出根据本发明的两级放大器的简化图；
图2是示出本发明的第一实施例的框图；
图3是示出经过修改的实施例控制电路的框图；
图4是示出控制方法的框图；
图5是示出分束因子控制的流程图；
图6是示出泵浦功率和分束因子之间的关系的示图；
图7是示出输出功率和泵浦功率之间的控制性能的示图；
图8是示出根据本发明的典型光学放大器和放大器的噪声指数NF的示图；以及
图9是示出具有前馈控制的本发明的实施例的示图。
具体实施方式
示图图1示出体现本发明原理的光学放大器的说明性装置。该光学放大器具有包括被标为EDF1，EDF2的掺铒光纤4和6的两个放大级A1和A2。
第一放大级A1包含用于将第一泵浦信号S1插入到光纤4中的第一耦合器3，并且第二放大级A2包含用于将第二泵浦信号S2插入到光纤6中的第二耦合器5。泵浦光源(激光器)11生成初级(primary)泵浦信号SPUMP，其被馈送到可调谐分束器10，从而将所生成的泵浦信号SPUMP分成第一泵浦信号S1和第二泵浦信号S2，根据分束因子α，它们分别具有功率级P1＝α·PPUMP，PPUMP和P2＝(1-α)·PPUMP。
在大多数WDM信号的情况下，在放大器的输入端1处接收到输入信号SIN，并且在该输入信号SIN在输出端13处被输出为经过放大的输出信号SOUT之前通过第一分束器2、第一隔离器I1、第一放大级A1、第二隔离器I2、第二放大级A2、第三隔离器I3和第二耦合器7。串联连接还可以包括滤波器、衰减器和其他附加元件。
输出功率POUT或放大器增益被控制单元12控制，其从分别连接到第一和第二分束器2和7的第一光电转换器8和第二光电转换器9接收代表输入功率PIN和输出功率POUT的监控信号。
控制单元12输出控制信号pc和αc，确定初级泵浦信号SPUMP的总泵浦功率PPUMP和分束因子α(图4和图5)。分束器10根据所述分束因子将初级泵浦信号PPUMP分成第一和第二泵浦信号S1、S2。随后将解释本发明的控制方法。
图2示出该放大器装置的简化框图。在大多数操作模式中不需要监控输入功率，例如对于处于恒定输出功率的操作而言。该简化的机构被用于本发明下面的解释。在这种情况下，控制单元将输出功率POUT与内部或外部参考值PTAR(在图7中TAR-目标)相比较。
图3示出控制单元的更多细节。该控制单元12被分成三个功能部分，它们被称为第一控制单元121、第二控制单元122和第三控制单元123。
为了更好地理解本发明，看一看2级放大器的基本功能会有帮助。光纤放大器的末级通常以饱和状况(saturated regime)操作。因此，输出功率POUT是进入第二EDF线圈6的第二泵浦功率P2(图5)的函数。因此，由第一控制单元121来计算单个对应“初级致动变量”p2(控制变量)，其具有传统控制器的功能并且可以被实现为模拟或数字电路(CONTROL S2指示得到第一致动变量p2以控制第二泵浦信号S2)。
第二控制单元122的两个次级致动变量：确定初级泵浦信号SPUMP的总泵浦功率PPUMP的分束因子α和对应的变量p。“次级致动变量”p和α(α用于变量并且用于分束因子)二者确定第一和第二泵浦信号S1、S2的功率并且被馈送到第三控制单元123。
第三控制单元123将次级致动变量p、α转换成物理控制信号pc和αc。
通过仅使用前馈控制，和所包括的不同控制方法一起应用所描述的特征。在这种情况下，参考图1，仅输入信号PIN被用来计算初级致动变量。
图4中示出的流程图可以说明控制单元如何工作。在控制过程的开始(START)之后，测量输出功率POUT(在另一个未示出的实施例中测量增益和/或输入功率)。第二步骤是将参考信号PTAR与输出功率POUT相比较，并且然后，在第三步骤中，根据比较结果Δp＝PTAR-POUT来确定控制第二泵浦功率P2的初级致动变量p2以及由此的输出功率POUT(相同的参考信号例如POUT被用于信号以及它们的所得到的监控信号)。第四步骤是优化分束因子α(如果还没有完成的话)和总泵浦功率。因此，次级致动(控制)变量p，α被计算以确定总泵浦功率PPUMP(图5、图6)和分束因子α。下一步骤是将这些变量转换成物理信号pc和αc，以调整泵浦光源11的总泵浦功率PPUMP和可调谐分束器10的分束因子α。该控制方法是本发明的关键部分。
将结合示图图5来详细解释本发明的控制方法。该示图中的实线示出第二泵浦信号S2的第二泵浦功率P2以及总泵浦功率PPUMP之间的关系。两个值被标准化。虚线示出第二泵浦功率P2和变量分束因子α之间的关系。可以根据总泵浦信号PPUMP或第二泵浦信号S2的功率和分束因子α来计算注入到第一放大级AS1中的第一泵浦信号P1的功率。
为了减少放大器噪声，应该将大部分总泵浦功率PPUMP馈送到第一放大级中。在示例图5中的最大分束因子αMAX是0.8。在真实放大器中，αMAX应该是大约0.9或更多。如果输出信号SOUT的功率POUT低，则大多数总泵浦能量PPUMP(在该示例中为80％)和恒定最大分束因子αMAX一起被注入到第一放大级A1中。如果必须的输出功率POUT增加，则第二泵浦信号S2的第二泵浦功率P2也必须增加，直到达到最大总泵浦能量PPMAX(PPUMP/PPMAX＝1)为止。分束因子αMAX保持恒定并且总泵浦功率的仅P2＝PPUMP(1-αMAX)＝20％被插入到第二级，仍有80％被插入到第一级。
为了进一步增加输出功率POUT，必须将更多第二泵浦功率P2注入到第二放大级A2中并且因此较少的能量被注入到第一放大级中：必须减小分束因子。分束因子可以减少到最小值αMIN(在该示例中为0.2)。最大总泵浦功率保持恒定(水平实线)，同时第二泵浦功率P2根据(1-α)增加。在示图中，在P2/PPMAX＝0.8处的x轴上指出最大功率P2MAX。当初级泵浦信号PPUMP已达到其最大功率PPMAX时，分束因子的变化范围Δα＝αMAX-αMIN被用来改变输出功率POUT。这将在图6中示出。考虑到公差和所应用的控制方法，应该选择最大总泵浦功率PPUMP，其比可能的最大总泵浦功率更低。然后，快速泵浦功率控制可以与较慢的分束因子优化相结合。
示图图6中的实线示出分别在总泵浦功率PPUMP、分束因子α和放大器的输出功率POUT之间的关系。点划线示出在x轴上标记的分束因子α和输出功率POUT之间的关系。
对于从0到POUTK的低输出功率POUT，根据实线f(P)来以最大分束因子αMAX＝0.8操作分束器。对于小于POUTK的输出功率，分束因子保持αMAX，同时输出功率与泵浦功率PPUMP成比例增加，直到达到最大总泵浦功率PPMAX和相关联的输出功率POUTK为止。
当达到最大总泵浦功率PPMAX，并且输出功率仍必须增加时，则必须减小分束因子α。垂直特性线f(α)示出作为分束因子α的函数的输出功率，而总泵浦功率PPMAX保持恒定。在示图的右侧上的垂直轴上另外标记分束因子。当分束因子达到其最小值αMIN并且第二泵浦功率P2也达到其最大值P2MAX时，输出功率POUT与第二泵浦信号S2的第二泵浦功率P2近似成比例，并且根据PPMAX(1-α)增加到POUTMAX。根据本发明，仅实线用于操作放大器。虚线仅示出其他固定分束参数α1，α2，αMIN的关系。
开始控制过程，应该确保该系统沿着这些特性实线操作。通过突然改变输入信号以及因为控制性能，可以达到非最佳操作点OP，其中PPUMP＜PMAX且α＜αMAX。于是可以通过增加α和PPUMP来实现实线。
仍被简化的流程图图7以用于正常操作的更详细的方式示出方法步骤。除了该流程图之外，其他流程图可以导致相同的结果。如已从流程图图4中知道的那样，在开始或从其他信号得到之后，在第一步骤中测量输出功率POUT，并且在第二步骤中与参考值PTAR相比较。
将结果Δp馈送到控制器。在基本配置中，它被添加到以前的致动变量p2并且产生确定第二泵浦功率P2的新致动变量p2。然后，检查总泵浦功率是否等于最大总可用泵浦功率PPMAX。根据该结果，调整泵浦信号或分束因子。
本发明的更增强的实施例使用用于计算致动变量p2的高级方法并且还使用所计算的值来确定次级变量。例如，将总泵浦功率参考值PPMAX与所计算的泵浦功率值p2/(1-αMAX)相比较(对应于比较PPMAX和p2/(1-αMAX)，这将在下面的描述中使用)。
如果所计算的最大总泵浦功率p2/(1-αMAX)小于最大泵浦功率PPMAX，则致动变量p2(第二泵浦功率P2)的变化仅导致所发射的泵浦功率PPUMP的变化，而分束因子保持常数αMAX。
如果(所计算)的总泵浦功率p2/(1-αMAX)高于最大泵浦功率PPMAX(分别是，对应的值p2/(1-αMAX)，PPMAX)，则分束因子α被调整，同时总泵浦功率PPMAX保持在其最大值处。仅一对次级致动变量p，αMAX或PMAX，α被馈送到转换“单元”，被转换成控制信号pc和αc，并且被馈送到放大器。
换句话说，如果初级泵浦信号SPUMP的可用最大总泵浦功率PPMAX足以在特性线f(P2)上设置目标操作点，则增强实施例根据第一致动变量p2来调整初级泵浦信号SPUMP的总泵浦功率PPUMP，同时保持最大分束因子αMAX，并且如果初级泵浦信号SPUMP的可用最大总泵浦功率PPMAX不足以在特性线f(P2)上设置目标操作点，则根据所述第一致动变量p2调整可调谐分束器10的分束因子α。在这种情况下，目标操作点位于特性线f(α)上。
图8示出与现有技术放大器比较的根据本发明的机构的典型噪声指数NF。当然，每个配置可以被设计成实现对于特定增益值的相同最优噪声性能。但是在这种情况下，对于其他操作点来说，现有技术的性能将更严重地降级。
用作一个示例，对于给定的放大器要求集合(增益范围、泵浦功率级、输出功率级)，相对于基于标准现有技术的普通架构来说，对于本发明的机构，报告了在低通道数处高达大约0.5dB的噪声指数的改进，并且与包括泵浦线中的EDF的设计相比有大约0.25dB的改进。此外，当应用本发明的机构时，最大输出功率的变化要更高得多。
为了提供对改进的宽泛概述，必须考虑了放大器相对于可实现的噪声指数的整个操作范围。在低增益值处，根据输出功率的值，噪声指数降低可以比0.5dB更高，并且通过增加增益而减少。对于超过20dB的增益等级，改进大约是0.2dB。
图9示出本发明的另一个实施例，其具有面对(face)放大器输入端处的瞬态事件的附加前馈分量。前馈控制信号ff由前馈单元124得到，被馈送到加法器125(或乘法器)并且与正在进行的致动变量p2相结合。
参考标记
1      放大器输入端
2      第一分束器
3      耦合器
4      EDF-掺铒光纤
5      第二耦合器
6      第二EDF
7      第二分束器
8      第一光电转换器
9      第二光电转换器
10     可调谐/可变分束器
11     泵浦光源/激光器
12     控制单元
SIN    输入信号
A1     第一放大级
A2     第二放大级
EDF    掺铒光纤
I1-I3  隔离器
SOUT   输出信号
POUT   输出功率
SPUMP  初级泵浦信号
S1     第一泵浦信号
S2     第二泵浦信号
α     分束因子
pc     电PPUMP控制信号
αc    电α控制信号
121    第一控制块
122    第二控制块
123    第三控制块
p2     第一致动变量确定P2
P      次级致动变量确定PPUMP
α         次级致动变量确定分束因子
PPUMP      (初级泵浦光源的)总泵浦功率
PPMAX      最大总泵浦功率
αMAX      最大分束因子
αMIN      最小分束因子
P2         (S2的)第二泵浦功率
Δα       α的变化范围
POUTK      αMAX的最大POUT
PCUTMAX    SOUT的最大输出功率
P2MAX      最大第二泵浦功率
f(P)       对于α＝αMAX的特性线
f(α)      对于PPUMP＝PPMAX的特性线
α1，α2   固定的分束因子
OP         操作点
pPMAX      最大总泵浦功率参考值
pMAX       最大次级致动变量p
p2/(1-α)  所计算的总泵浦功率值
NF         噪声指数
124        前馈单元
ff         前馈分量

Claims (12)

1.一种用于控制由单个泵浦光源(11)抽运的具有第一放大级(A1)和第二放大级(A2)的光纤放大器的方法，所述单个泵浦光源(11)生成初级泵浦信号(PPUMP)，根据分别抽运第一放大级(A1)和第二放大级(A2)的分束因子(α)将所述初级泵浦信号(PPUMP)分束成第一泵浦信号(S1)和第二泵浦信号(S2)，包括步骤：
确定用于控制第二泵浦信号(S2)的第二泵浦功率(P2)以及由此放大器的输出功率(POUT)的初级致动变量(p2)；
如果初级泵浦信号(SPUMP)的总泵浦功率(PPUMP)小于所述初级泵浦信号(SPUMP)的可用最大总泵浦功率(PPMAX)，则根据初级致动变量(p2)来调整初级泵浦信号(SPUMP)的总泵浦功率(PPUMP)，同时保持最大分束因子(αMAX)；以及
如果所述总泵浦功率(PPUMP)等于所述初级泵浦信号(SPUMP)的最大总泵浦功率(PPMAX)，则根据所述初级致动变量(p2)来调整可调谐分束器(10)的分束因子(α)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括步骤：
根据确定初级泵浦信号(SPUMP)的泵浦功率(PPUMP)和分束因子(α)的所述初级致动变量(p2)来计算次级致动变量(p，α)；
将这些次级致动变量(p，α)转换成电控制信号(pc，αc)；以及
根据所述控制信号(pc，αc)来调整泵浦光源(11)的总泵浦功率(PPUMP)和可调谐分束器(10)的分束因子(α)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括下述步骤：
确定放大器输出信号(SOUT)的输出功率(POUT)；
将参考值(PTAR)与输出功率(POUT)相比较；
根据参考值(PTAR)和输出功率(POUT)的差值(Δp＝PTAR-POUT)来生成初级致动变量(p2)。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括下述步骤：
将最大泵浦功率(PPMAX)与当前泵浦功率(PPUMP)相比较，或者
将总泵浦功率参考值(PPMAX)与所计算的总泵浦功率值(p2/(1-α))相比较；以及
根据泵浦功率参考值(Pmax)和所计算的泵浦功率参考值(p2/(1-α))的比较结果来生成次级致动变量(pc，αc)。
5.根据权利要求4所述的方法，包括步骤：
将从输入信号(SIN)得到的前向控制分量(ff)与确定输出信号(SOUT)的输出功率(POUT)的初级致动变量(p2)相结合。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，包括步骤：
检查总泵浦功率(PPUMP)是否小于最大泵浦功率(PPMAX)以及分束因子(α)是否小于最大分束因子(αMAX)；以及
在两种情况都满足的情况下，增加总泵浦功率(PPUMP)和分束因子(α)直到获得特性控制线(f(P)，f(α))为止。
7.一种具有至少两个放大级(AS1，AS2)的光学放大器，其包含生成初级泵浦信号(SPUMP)的单个泵浦光源(11)、将所述初级泵浦信号(SPUMP)分成馈送到第一和第二放大级(AS1，AS2)的第一泵浦信号(S1)和第二泵浦信号(S2)的分束器(10)、以及监控放大器的输出功率(POUT)并控制初级泵浦信号(SPUMP)的控制单元，
其特征在于，
可调谐分束器(10)，具有可变的分束因子(α)；以及
修改的控制电路(12)，被设计成：
确定用于控制第二泵浦信号(S2)的第二泵浦功率(P2)以及由此放大器的输出功率(POUT)的初级致动变量(p2)；
如果初级泵浦信号(SPUMP)的总泵浦功率(PPUMP)小于所述初级泵浦信号(SPUMP)的最大总泵浦功率(PPMAX)，则根据所述初级致动变量(p2)来调整初级泵浦信号(SPUMP)的总泵浦功率(PPUMP)，同时保持最大分束因子(αMAX)；以及
如果所述总泵浦功率(PPUMP)等于所述初级泵浦信号(SPUMP)的最大总泵浦功率(PPMAX)，则根据所述初级致动变量(p2)来调整可调谐分束器(10)的分束因子(α)。
8.根据权利要求7所述的光学放大器，其特征在于，
所述修改的控制单元(12)被设计成：
根据确定初级泵浦信号(SPUMP)的泵浦功率(PPUMP)和分束因子(α)的所述初级致动变量(p2)来计算次级致动变量(p，α)；
将这些次级致动变量(p，α)转换成电控制信号(pc，αc)；以及
根据所述控制信号(pc，αc)来调整泵浦光源(11)的总泵浦功率(PPUMP)和可调谐分束器(10)的分束因子(α)。
9.根据权利要求7或8所述的光学放大器，其特征在于，
所述修改的控制单元(12)被设计成：
确定放大器的输出功率(POUT)；
将参考值(PTAR)与输出功率(POUT)相比较；
根据参考值(PTAR)和输出功率(POUT)的差值(Δp＝PTAR-POUT)来生成初级致动变量(p2)。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，
所述修改的控制单元(12)被设计成：
将最大泵浦功率(PPUMPMAX)与泵浦功率(PPUMP)相比较，或者
将总泵浦功率参考值(PPMAX)与所计算的总泵浦功率值(p2/(1-α))相比较；以及
根据比较结果来生成次级致动变量(pc，αc)。
11.根据权利要求7-10之一所述的光学放大器，其特征在于，
前馈单元(124)，经由第一分束器(2)和第一光电转换器(8)连接到放大器的输入端(1)，监控输入信号(SIN)并根据输入信号(SIN)的功率变化生成前馈分量(ff)并且将所述前馈分量(ff)馈送给控制单元(12)。
12.根据权利要求7-11之一所述的光学放大器，其中
将放大器的无源部分集成到平面光波光路芯片上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105068355A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 武汉光迅科技股份有限公司 一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法
CN105471508A (zh) * 2015-12-30 2016-04-06 桂林创研科技有限公司 一种光放大系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201008003D0 (en) * 2010-05-13 2010-06-30 Oclaro Technology Plc Optical Amplifiers
JPWO2012053320A1 (ja) * 2010-10-22 2014-02-24 日本電気株式会社 励起光分配装置、励起光分配方法、光増幅システム及びノード装置
US8941911B2 (en) * 2012-11-16 2015-01-27 Viscore Technologies Inc. Methods and devices for efficient optical fiber amplifiers
US20180084320A1 (en) * 2016-09-21 2018-03-22 Lumentum Operations Llc Programmable multicast switch
US20180351317A1 (en) * 2017-04-27 2018-12-06 Analog Photonics LLC On-chip optical gain circuits
WO2019064489A1 (ja) * 2017-09-29 2019-04-04 株式会社フジクラ ファイバレーザシステム、及び、その制御方法
WO2019172292A1 (ja) * 2018-03-09 2019-09-12 日本電気株式会社 光ファイバ増幅器、光ファイバ増幅器の制御方法、及び伝送システム
CN109543314B (zh) * 2018-11-27 2022-04-15 苏州大学 一种光纤升级后弹性光网络的光放大器重排列方法
US11309678B2 (en) * 2019-10-09 2022-04-19 Molex, Llc Spectrum and power tunable ASE light source
WO2023183078A2 (en) * 2022-03-17 2023-09-28 Exciting Technology LLC System, method, and apparatus for digital holographic vibration imaging with integrated system phase correction

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5253104A (en) 1992-09-15 1993-10-12 At&T Bell Laboratories Balanced optical amplifier
JP2546484B2 (ja) 1993-04-13 1996-10-23 日本電気株式会社 光ファイバアンプ装置
SE509968C2 (sv) * 1997-02-14 1999-03-29 Ericsson Telefon Ab L M Optisk förstärkare med variabel förstärkning
US6335823B2 (en) * 1997-10-17 2002-01-01 Fujitsu Limited Optical amplifier for use in optical communications equipment
US5991069A (en) * 1998-01-22 1999-11-23 Tyco Submarine Systems, Ltd. Split-pumped dual stage optical fiber amplifier
JP2001196671A (ja) * 2000-01-06 2001-07-19 Nec Corp 波長多重伝送用光ファイバ増幅器
US6377394B1 (en) 2000-03-30 2002-04-23 Nortel Networks Limited Optical amplifier gain control
DE102005031897B4 (de) 2005-07-07 2007-10-25 Siemens Ag Mehrstufiger Faserverstärker
DE502006004077D1 (de) * 2005-07-07 2009-08-06 Nokia Siemens Networks Gmbh Mehrstufiger faserverstärker und verfahren zur anpverstärkers
US8233214B2 (en) * 2008-02-13 2012-07-31 Maxim Bolshtyansky Optical fiber amplifier and a control method therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105068355A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 武汉光迅科技股份有限公司 一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法
CN105068355B (zh) * 2015-08-26 2018-12-14 武汉光迅科技股份有限公司 一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法
CN105471508A (zh) * 2015-12-30 2016-04-06 桂林创研科技有限公司 一种光放大系统

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