CN102103300B - 拉曼放大器及用于设定其中波长依赖增益的方法 - Google Patents

Abstract

为了设定连接在波分复用(WDM)系统中的光放大器，例如拉曼放大器(1)的光增益，使放大器的增益取决于连接至WDM复用器(3)的各个输入端的光偏振器(4)的状态。偏振器可以由一个器件(10)进行有源的控制，该器件被连接用以检测拉曼光纤(5)在不同波长上的输出功率。对于一个合适的控制，可以给出光增益的任何希望的形状，例如一个比较好的平坦性。对于WDM信道的偏振状态的控制允许使用放大器的一个单波长泵浦光源(8)，而不是通常使用的多波长光源。

Description

拉曼放大器及用于设定其中波长依赖增益的方法

技术领域

本发明涉及一种用于设定，特别是均衡或平坦化频率依赖增益的方法和器件，其中所述的频率依赖增益是由WDM系统中所用的光放大器(如拉曼光放大器)的偏振偏移引起的。 

背景技术

近年来，对光纤系统信息容量不断增长的需求已经使电信制造商开发出特别用于波分复用(WDM)的方法和器件。对于这些系统，信号信息在不同光信道上进行传输。信号信息可以包含多个逻辑信号信道，每个信号信道可以依次包括时分多路复用(TDM)和空分多路复用(SDM)分量，空分多路复用(SDM)指的是：在逻辑信道中不同部分的消息使用相互独立的光纤进行传输。 

对于大多数的电信光纤系统来说，优选的波长位于光谱的红外部分，约1500nm附近，这主要是由于在该区域内使用光纤传输信号时的衰减很低，而且信号的脉冲展宽也很低，同时也因为可以利用合适的光源和探测器。特别是对于WDM，另一个优点就是可以使用多种类型的光放大器。为了在接收器端获得足够的信噪比，这些放大器是必需的，因为每个波长信道仅携带光纤中传播的光总功率的很小一部分，因此每个波长信道就需要被放大来补偿光纤链路中的光损耗。 

光放大器的设计是多种多样的。对于电信应用来说，最主要的光放大器包括掺铒光纤放大器(EDFA)，半导体光放大器(SOA)，拉曼放大器(RA)，以及光参数放大器(OPA)。这些放大器分别具有特定的优势和劣势。 

拉曼放大器由于具有一些重要的性质而受到特别关注。这种放大器与上述其它放大器的不同在于：它的增益分布在所用光纤(拉曼光纤)的给定长度上。拉曼光纤可以与普通的传输光纤串联连接，优选地靠近传输光源。通过泵浦来自至少一个单独泵浦光源的泵浦光来传递放大所需的能量。拉曼增益的最大值和形状取决于泵浦光源发出的光的波长，而不是取决于光纤本身。通常，使用例如光纤耦合器件在拉曼光纤的输入端附近注入泵浦功率。为了获得拉曼增益 的希望的形状，可以平行地注入来自几个不同泵浦光源并且具有不同波长的泵浦光，参见已公开的国际专利申请WO 00/49721。但采用这种泵浦方法的一个问题是在不同的波长作用之间会发生非线性相互作用。同时，对于多个泵浦光源需要和复杂控制也使得这种放大器比较复杂并且很昂贵。 

发明概述 

本发明目的是提供一种设定，特别是平坦化光放大器(例如拉曼放大器)的增益的方法，并且特别地提供一种减少用于WDM系统中光放大器的波长依赖性的方法。 

通过以适当的方式在WDM系统的输入端控制各个信道的光偏振状态以给出希望的增益曲线，从而达到上述目的。这就允许使用一个仅提供一个波长光的单个泵浦源，来取代多个提供根据它的功率来控制的不同波长光的泵浦光源，或一个根据振幅进行分别控制每个波长的光的多波长泵浦源。单波长泵浦源的使用是有利的，因为很多不同的泵浦波长可能在泵浦作用之间产生非线性的相互作用。控制输入偏振状态的方法也使光放大器由此获得希望的增益鲁棒性并且较为简单。由于只需要单个泵浦光源，因而放大器也具有相对较低的成本。 

利用对输入偏振状态的控制，增益就能够得以控制，从而具有在最大和最小的形状之内的任何预定的形状。这样，可为其中连接了光放大器的整个光链路补偿例如由于偏振依赖损耗而引起的增益倾斜。 

附图的简要说明 

参照所附的附图，本发明的实施例将借助于示例来描述，其中： 

图1是拉曼放大器的示意图， 

图2是示出1555nm波长附近的最大(实线)和最小(虚线)的拉曼增益轮廓图， 

图3是示出拉曼增益在32nm带宽上平坦化视图，以及 

图4是示出在最大和最小增益内对拉曼增益进行的有源控制的变化图。 

详细说明 

在下面的描述中，拉曼放大器被用作本发明的方法可用的放大器的一个典型例子。对于其它那些具有相似特性的放大器，包括取决于不同放大信道偏振状态的增益的放大器，显然可以使用相同的方法。 

图1是示出连接在WDM系统输入端处、一种可进行有源控制的拉曼放大器1的示意图。多个输入光纤2中的每一个都携带单波长信道的光信号，连接到WDM复用器(MUX)3的输入端。进入复用器3的每个波长信道光由偏振控制单元4根据它的光偏振状态来进行控制。WDM MUX 3的输出端连接到拉曼光纤5。两个光耦合器连接在拉曼光纤5上，一个光耦合器6a靠近拉曼光纤5的输入端7a，一个光耦合器6b靠近其输出端7b。典型地，这种耦合器包含两个熔融一起的光纤。光泵浦源8连接到输入端耦合器6a的输入端之一9a，从而注入单波长光。多波长泵浦源是不必要的，因为可通过使用多个偏振器4来获得该系统的相应整体效应，这在下文中将要说明。在输出端耦合器6b处，输出端之一9b连接到一个信道功率监视器10上，该监视器10包括一个光传感器元件阵列，每个传感器元件测量特定信道波长的功率，然后每个元件接收的功率被转换成相应的电信号。在模/数转换后，由电子控制单元11进一步处理每个信号，该电子控制单元11提供反馈的控制信号，从而控制在泵浦信号的偏振与偏振器4的光偏振相互垂直的情况下获得的阵列中的每个元件，以及在平行的情况下获得的阵列中的每个元件。 

现在，借助于图2-4的示意性图表来说明一种控制偏振器4的方法，以获得预定的增益曲线，例如在拉曼光纤输出端获得增益平坦。因此，图2的虚线曲线示出的是在波长带宽位于约1555nm中心波长附近的一般情况下，对于传播穿过拉曼光纤并被泵浦光源的光放大的光，作为经过放大的光的波长函数的最小增益，而实线曲线示出的是最大增益。在实际情况下，由于拉曼光纤统计上的变化特性，增益会位于这些曲线之间的某些位置。因此，可以一般地看出，在拉曼光纤输出端7b处测量的增益取决于放大的光的波长。同时，增益还取决于在拉曼光纤中被放大的输入光的功率和偏振态。 

在图3的示意图中，由水平实线说明在拉曼光纤中的平坦化增益的最佳值，该值等于最小增益曲线的峰值。对此增益值，能获得32nm的最大平坦化带宽。这种情况可以通过对信道偏振器4进行单独地、适当地控制来获得。 

如图4所示，可以进行平坦化控制概念的扩展。这里，具有不规则形状的粗中线示出拉曼光纤中增益的一些希望形状，该粗中线位于最大和最小增益曲线之间。通过单独地、适当地控制信道偏振器4，实际上可以在约束条件下获得作为波长函数的增益的任何形状。特别地，这包括具有比图3更高增益但更 小带宽的平坦化增益形状。另一种可能性是补偿由波长依赖偏振损耗而引起的增益倾斜，例如在连接到拉曼光纤输出端7b的光链路上的波长依赖偏振损耗。此外，结合在DCF类型光纤中的色散补偿，此处描述的以波长来调节拉曼放大器的增益的方法将很有用处。 

由控制单元11执行的一般控制方案可如下所示。控制单元11发送控制信号至偏振器4，用于调节信道中光的偏振。从光传感器10的各个元件输出、表示信道中功率的信号与信道中希望的增益进行比较，同时以很小的增量来调节偏振器4阵列的相应元件。当对于一个信道已经达到希望的增益时，停止为此信道而调节偏振器。 

借助于控制单元11设定如图3中实线所示的平坦化增益的控制方案可如下所示。第一个任务是找出类似于图3所示的最小曲线。从而，控制单元11发送控制信号至偏振器4，用于调节信道中光的偏振，以获得每个信道的最小增益值，即，用于改变各个输入信号的偏振状态的信道的最小功率电平。因而，从光传感器10各个元件输出的、表示信道中功率的信号被估算和存储，同时以很小的增量来调节偏振器4阵列的相应元件。当以一个增量沿着一个方向旋转偏振时，如果功率增加，则在下一个试验中，通过相同的步骤但以相反的方向旋转偏振，从而产生具有一个值的控制信号。另一方面，如果功率减少，则当改变偏振状态时保持旋转方向。对于每个信道重复这一过程，直到达到这样一种状态：在任一方向的偏振调节不再引起变化或使增益增加。功率的最小值可由来自信道传感器10相应的元件的实际信号表示。于是，估算表示对于所有WDM信道的放大的光的最小功率电平的不同存储值，并确定最大值或峰值和从中获得该值的波长信道。 

下一个任务是调节WDM信道中的增益，或更具体地，调节在拉曼光纤5的输出端处观测到的功率电平，将其调节到为尽可能多的信道确定的峰值电平，这是一个增益平坦化过程。然后，可以再一次估算检测到的功率电平的存储值，对于一些信道，可如存储的值所指示的那样直接设定正确的偏振状态，以获得等于所确定的峰值的增益。对于其他信道，调节方法继续进行，即估算表示从光传感器10各个元件输出的光功率的信号，同时又以小增量来调节相应的偏振器元件4，直到确定的峰值和读取的功率电平间的绝对差达到最小。如果在一个方向上旋转偏振的绝对差增加，则下一个旋转增量的方向改变，而 如果该差值减小时，则在改变偏振状态时保持该方向。这一过程继续进行，直到观测到功率差的绝对值不再变化，或直到对于任一方向旋转偏振状态的绝对值增加。 

在每个WDM信道输入处应用单个偏振器4并使用单波长泵浦源8，这样的方法对于拉曼增益轮廓的影响与使用多波长泵浦源相同，其中根据每个谱线的偏振和振幅来控制每个谱线的贡献。使用单波长泵浦源的一个优点是可以避免不同谱线间的非线性相互作用。 

如已经提到的，本领域技术人员将很清楚，这里描述的包括控制输入到光放大器的不同波长信道的偏振状态的方法可用于任何光放大器，每个波长信道光的该光放大器的增益取决于各个信道的光的光偏振状态。 

Claims (9)

1.一种拉曼放大器，包括：

光泵浦拉曼光纤，设置成运送包括多个波分复用(WDM)光通道的组合光信号；

光多路复用器，设置成接收不同波长通道的光以及将所接收的光组合成组合光信号，该组合光信号被施加到所述拉曼光纤；

单个泵浦源，用于将单个波长光注入到所述光泵浦拉曼光纤；

光偏振器，设置成控制施加到所述光多路复用器的不同波长通道的光的偏振状态；

控制单元，设置成使用从所述拉曼光纤的输出端所接收的各波长通道的光输出功率来控制所述光偏振器并由此获得拉曼光纤中的期望增益。

2.如权利要求1所述的拉曼放大器，还包括连接在所述拉曼光纤的输出端的光传感器的阵列，其设置成测量各波长通道的光输出功率以及将代表所测量输出功率的信号提供到所述控制单元。

3.一种用于设定拉曼放大器中波长依赖增益的方法，所述拉曼放大器包括光泵浦拉曼光纤，所述光泵浦拉曼光纤运送包括多个波分复用(WDM)光通道的组合光信号，所述方法包括：

将不同波长通道的光学偏振光作为组合光信号施加到所述拉曼光纤的输入端；

将单个波长光注入到所述拉曼光纤的输入端；

使用从拉曼光纤的输出端所接收的各波长通道的光输出功率来控制施加到所述拉曼光纤的各波长通道的光偏振并由此获得拉曼光纤中的调整增益。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

在所述拉曼光纤的输出处测量所述各个波长通道的每一个中光输出功率的值；以及

使用所测量的值来设置输入到所述拉曼光纤的相应各个波长通道的光偏振。

5.如权利要求4所述的方法，还包括设置输入到所述拉曼光纤的波长通道的光偏振，以便获得等于预定增益曲线的所述拉曼光纤的增益曲线。

6.如权利要求4所述的方法，还包括设置输入到所述拉曼光纤的波长通道的光偏振，以便获得等于包括具有相邻波长的多个波长通道的波长带内的平坦增益曲线的所述拉曼光纤的增益曲线。

7.如权利要求4所述的方法，其中测量和使用所测量的值的步骤包括：

在系统输入处改变不同通道的光偏振以及评估对应的所测量的值，

确定各不同通道的最小光输出功率等级，

确定通道的所确定最小输出功率等级中的哪一个是最大值，以及

设置所述通道的光偏振来使所测量的输出功率等级偏离最大值尽可能地小。

8.如权利要求4所述的方法，其中测量和使用所测量的值的步骤包括：

在系统输入处，增加地或连续地改变不同通道的光偏振；以及

评估对应的所测量的值以及最终设置通道的光偏振来使所测量的输出功率等级偏离所调整的功率等级尽可能地小。

9.如权利要求3所述的方法，其中使用光输出功率的步骤包括将控制信号提供给光偏振器，其设置成控制施加到光多路复用器的不同波长通道的光的偏振状态，所述光多路复用器将组合光信号施加到所述拉曼光纤的输入端。

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