CN103580754A

CN103580754A - 具有优化噪声系数的混合光放大器

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Publication number: CN103580754A
Application number: CN201310306676.9A
Authority: CN
Inventors: 汤莫尔·埃利亚胡; 埃亚尔·萨里德; 尤瑞·盖拉; 大卫·梅纳什
Original assignee: Finisar Corp
Current assignee: Finisar Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: EP2688231B1; JP6202917B2; CN103580754B; EP2688231A1; US8817365B2; US20140022626A1; JP2014030016A

Abstract

用于优化可变增益混合放大器（HA）的噪声系数的方法，所述可变增益混合放大器（HA）包括可变增益拉曼放大器和可变增益集中放大器，所述可变增益拉曼放大器具有可调节平均增益G_R和增益斜率T_R，所述可变增益集中放大器具有可调节平均增益G_L和增益斜率T_L。在各种实施例中，所述方法包括：作为输入接收所需的混合放大器平均增益G_H值和所需的增益斜率T_H值；获得一组G_R、T_R、G_L和T_L值，所述组G_R、T_R，G_L、T_L值产生最佳优化混合放大器NF和满足G_R+G_L=G_H的条件，并且T_R+T_L在特定混合放大器的操作斜率范围之内。在一些实施例中，所述获得的T_R值和T_L值满足条件T_R+T_L=T_H。

Description

具有优化噪声系数的混合光放大器

技术领域

本文所公开的实施例总体上涉及用于光纤通信系统的光纤放大器，更具体地，涉及混合集中拉曼放大器。

背景技术

当波分复用（WDM）信号通道传输通过该系统（现代光通信系统）时，现代光通信系统利用光放大器放大该波分复用（WDM）信号通道。这些放大器可置于该系统的接收端和传输端，也可置于包括该系统的各个传输光纤段之间。

与其它放大器相比，光放大器的特征在于其增益和噪声系数（NF），噪声系数（NF）对放大器引入系统的噪声进行了量化。对于WDM系统，当该WDM信号通道占据一个信号波长带时，光放大器的特征还在于该波长带中的增益和NF的光谱依赖性。以下三个主要参量是关键所在：（1）平均增益：定义为整个波长带的平均增益；（2）增益斜率：通过对整个波长带上的光谱增益曲线进行线性拟合，并计算波长带的长波长（称为“红”）端的线性拟合和短波长（称为“蓝”）端的线性拟合之间的增益差而定义；（3）最大NF：定义为整个波长带上的最大NF值。除非另有特别说明，否则本文所使用的术语“NF”意指最大NF。除非另有特别说明，所有增益值、增益斜率值、衰减值和NF值都以分贝（dB）为单位。

在许多情况下，光放大器具有可变增益功能是有益的。这意味着，放大器的平均增益可动态地设为规定范围值内的任何值，同时对于任何平均增益的设置，可将增益斜率保持在所需规范内。这种可变增益功能使得同类放大器可用于不同系统中，并可用于同一系统中需要不同层次的平均增益的不同位置。在某些情况下，人们还希望在独立于平均增益的情况下，将增益斜率动态地设置在一定值范围内。

一类光放大器为集中放大器（lumped amplifier），这种集中放大器是完全自成体系的单元，具有定义明确的输入口和输出口，在该放大器中，整个放大过程都发生在该单元内。最常使用的集中光放大器示例是掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium doped fiber amplifier），该放大器包括至少一段掺铒光纤（EDF）和至少一个泵浦激光二极管。EDF作为增益介质，当其通过放大器时，其将能量从泵浦激光二极管传递至光信号通道，从而实现信号放大。一种集中放大器可包括可变光衰减器（VOA），该可变光衰减器通过允许平均增益通过控制该VOA可调节来实现可变增益功能。通常，VOA衰减的增加导致平均增益减少。在大多数实际情况中，为了提高放大器的效率，将VOA置于该放大器的两个增益级（stage）之间，而非放在放大器的出口处。导致的一种结果是，由于信号通道的额外损耗，因此VOA衰减的增加也导致了放大器NF的增加。因此，放大器NF随着平均增益的减少而增加。在许多情况下，也可通过同时控制VOA衰减和用于泵浦放大器的泵浦功率来独立调节增益斜率和平均增益。例如，在用于C-带的可变增益EDFA中，增加VOA衰减同时调节泵浦功率以保持恒定平均增益，将使增益斜率降低（使其值更负）。相反，减少VOA衰减同时调节泵浦功率以保持恒定平均增益，将使增益斜率增加（使其值更正）。

近年来，一种新型放大器，即分布式拉曼放大器（本文也简称为“拉曼放大器”或其缩写“RA”）已被引入光通信系统中。集中放大器和拉曼放大器之间的显著差异在于，对于拉曼放大器，传输光纤自身用作增益介质，这就意味着当信号通道通过传输光纤时，信号通道被放大。因此，拉曼放大器自身仅仅提供拉曼泵浦功率和控制功能，而实际的放大过程以分布式方式沿着传输光纤发生。当与采用等效的集中放大器（比如EDFA）的情况相比时，分布式放大的性质提高了系统的光信号噪声比（OSNR）。这可通过以下事实反映出来：与等效的集中放大器相比，拉曼放大器通常具有较低的NF。照例，拉曼放大器提供的平均增益越高，其NF越低。

拉曼放大器的平均增益可通过控制注入到传输光纤中的拉曼泵浦功率的量来调节。而且，如果拉曼放大器包括至少两个具有不同波长且旨在独立控制各个泵浦所发射的功率，那么，也可在一定程度上对增益的光谱形状（spectral shape）进行控制。因此，可实现可变增益功能，增益斜率可独立于平均增益而调整。包括平均增益控制和增益斜率控制的拉曼放大器是已知的。

尽管与等效的集中放大器相比，拉曼放大器通常具有较低的NF，但主要是由于高增益需要高层次的拉曼泵浦功率来注入到传输光纤中的事实，拉曼放大器通常受限于其提供的增益量。这既增加了系统的成本，也增加了与在传输光纤中传播超高水平的泵浦功率有关的潜在安全隐患和损坏。而且，超高拉曼增益值同样也与高层次的双重瑞利散射（Rayleigh backscattering）相关，高层次的双重瑞利散射对系统性能不利。

为了克服该问题，拉曼放大器通常与集中放大器比如EDFA一起使用，因此形成了所谓的混合集中式拉曼放大器（本文也简称为“混合放大器”并简称“HA”）。在该结构中，拉曼放大器用作前置放大器，而集中放大器用作升压放大器。因为放大器的总NF通常由前置放大器的NF支配，所以HA受益于拉曼放大器的低NF。另一方面，集中放大器升压器能够提供拉曼放大器不能提供的额外增益，从而使混合放大器的总增益能够达到所需的高增益。

如上所述，HA的可变增益功能在某些程度上可通过控制拉曼放大器的增益来实现。然而，由于HA中的拉曼放大器部分的总增益通常是有限的，又由于在超低增益下通常很难控制拉曼放大器的操作，所以用这种方法可实现的总动态增益范围是有限的。因此，使混合放大器中的集中放大器部分也提供可变增益功能是有益的，从而提高了HA整体的增益功能。在这种情况下，关键问题是如何在拉曼放大器和集中放大器之间划分HA的总增益，而同时减小HA的总NF。实现该目的的一种已知的方法是将HA NF的数据库存储为针对不同HA总增益值的拉曼放大器增益的函数。因此，对于给定的所需HA总增益，可相应建立并设置提供最小NF的拉曼放大器增益。接着，集中放大器的平均增益设为提供需要达到所需HA总增益的剩余增益。然而，该方法没有考虑WDM系统中增益的光谱依赖性，因此也就没有考虑增加的自由度，该自由度是通过控制拉曼放大器和集中放大器的增益斜率（不仅仅是平均增益）而获得的。

另一种已知的解决方案是优化拉曼放大器增益的光谱形状，以优化HA NF。这种方案通过在光谱区提供较高的拉曼增益来实现，集中放大器在该光谱区具有最高的NF，因此该方法减小了该光谱区中HA的总NF。然而，如果假定HA NF的总增益是固定的，那么，在可变增益HA的情况下，根本不会考虑到NF的优化。

因此，人们需要，且也应该是有利的来具有，一种可变增益混合放大器和用于优化可变增益混合放大器中的NF的方法，其中，可独立控制拉曼放大器和集中放大器的平均增益和增益斜率。

发明内容

在以下说明中，平均增益标记为“G”，增益斜率标记为“T”，标记形式为G_R和T_R、G_L和T_L，以及G_H和T_H，下标“R”、“L”和“H”分别指“拉曼”、“集中”和“混合”。这些标记用于表示“参数”。当所述参数收到数值时，相同的标记后面跟有“值”，即：“T_R值”、“T_R值”、“G_L值”、“T_L值”、“G_H值”和“T_H值”。

在一些实施例中，提供了用于优化可变增益混合放大器的噪声系数的方法，所述可变增益混合放大器包括可变增益拉曼放大器部（或“单元”）和可变增益集中放大器部，所述可变增益拉曼放大器具有可调节的平均增益G_R和增益斜率T_R，所述可变增益集中放大器具有可调节的平均增益G_L和增益斜率T_L。在一些实施例中，提供了混合放大器来实施本文所公开的方法。在下文中，为简单起见，用“拉曼放大器”和“集中放大器”来代替“拉曼放大器部”和“集中放大器部”。在各种实施例中，所述方法包括：作为输入接收所需的混合放大器的平均增益G_H值和增益斜率T_H值；获得一组G_R、T_R、G_L和T_L值，这组值产生优化后的混合放大器的NF，并且满足至少一个给定条件。在一种实施例中，一个条件是G_R+G_L=G_H。在另一种实施例中，一个条件是G_R+G_L=G_H，另一个条件是获得的T_R值和T_L值的总和（T_R+T_L）在规定的混合放大器的操作斜率范围内。在另一种实施例中，条件为G_R+G_L=G_H且T_R+T_L=T_H。

在一种实施例中，提供了一种可变增益混合放大器，所述可变增益混合放大器具有混合放大器平均增益G_H，并且包括可变增益拉曼放大器和可变增益集中放大器，所述可变增益拉曼放大器具有可调节的平均增益G_H和增益斜率T_R，所述可变增益集中放大器具有可调节的平均增益G_L和增益斜率T_L，所述混合放大器包括控制单元，所述控制单元适于将G_R、T_R、G_L和T_L设为各自的G_R、T_R、G_L和T_L值，以便优化混合放大器噪声系数。

附图说明

在本段之后，参照本文所附附图对本文所公开的实施例的非限制性示例进行描述。出现在多于一个的图中的相同结构、元件或部件，在其所出现的全部附图中，通常用相同的附图标记来标记。附图和说明书意在阐明和澄清本文所公开的实施例，无论如何不应认为是具有限制性的。

图1示出了根据本文所公开的一种实施例的混合放大器（HA）的示意图；

图1a示出了根据本文所公开的一种实施例的图1所示控制单元的细节的示意图；

图2示出了图1中的HA的控制单元的操作细节的流程图；

图3示出了根据本文所公开的另一种实施例的混合放大器的示意图；

图4示出了根据本文所公开的又一种实施例的混合放大器的示意图；

图5示出了示例性曲线图，该示例性曲线图示出了针对不同EDFA增益斜率值，作为EDFA平均增益的函数的EDFA NF的依赖性；

图6示出了示例性曲线图，该示例性曲线图示出了假定TR和TL保持其标称值不变，优化了HA NF的G_R对G_H的依赖性。

图7示出了示例性曲线图，该示例性曲线图示出了（a）在TR和TL保持其标称值不变的情况下和（b）在TR和TL可变化的情况下，优化了的HA NF对HA平均增益的依赖性；

图8a示出了示例性曲线图，该示例性曲线图示出了优化了HA NF的G_R和G_L对G_H的依赖性；

图8b示出了示例性曲线图，该示例性曲线图示出了优化了HA NF的T_R和T_L对G_H的依赖性；

图9示出了找出一组GR、TR、GL和TL值的示例性过程（procedure），这组值针对各个G_H和T_H值对HA NF进行优化。

具体实施方式

图1示出了根据本文所公开的一种实施例的可变增益混合放大器100的示意图。混合放大器100与光纤段102连接，并设计为对WDM信号通道104进行放大。混合放大器100包括两个放大器部：可变增益拉曼放大器（RA）120和可变增益集中放大器（LA）140。每个放大器都具有可调节的平均增益和增益斜率功能。拉曼放大器120在后向泵浦配置中向光纤段102中注入泵浦功率106，因此当WDM信号通道104传播通过该光纤段时放大了WDM信号通道104。WDM信号通道104接着进入HA100并进一步被LA140放大。混合放大器100由“改良”的控制单元160控制。

改良的控制单元160的实施例的细节在图1a中示意性图示出，其操作由图2中的流程图图示。在一种实施例中，控制单元160包括装置162和逻辑模块164，装置162用于作为输入接收所需的G_H值，逻辑模块164配置为获得相应的G_R、T_R、G_L和T_L值以便实现对H_A噪声系数（NF）的优化，并将G_H设为所需的G_H值。在此处以及以下说明中，“优化了的”意味着NF在给定操作条件（即给定的G_H和/或T_G值）下为最小可能值，或者足够接近应用（放大器的设计以及制定应用）的最小值。

在另一种实施例中，装置162可作为输入接收所需的G_H值和所需的T_H值，逻辑模块164配置为获得各自的G_R、T_R、G_L和T_L值，以便优化混合放大器的噪声系数，和使G_H和T_H设置为相应所需的G_H和T_H值。因此，“改良的”方面涉及控制单元控制各个HA放大器部的平均增益和增益斜率以便优化HA NF的能力。

在一种实施例中，混合放大器可为单个集成单元。在另一种实施例中，混合放大器可包括物理间隔开的拉曼放大器单元和集中放大器单元，它们与独立的改良控制单元160通信，这种情况下，控制单元160可一体集成在系统的管理模块（未显示）中。在另一种实施例中，混合放大器可包括集成单元，该集成单元包括与独立的改良控制单元160通信的拉曼放大器和集中放大器，改良控制单元160可一体集成在系统的管理模块中。

参照图2，步骤202中，控制单元160作为输入接收混合放大器所需的G_H值和T_H值。该步骤可发生在HA启动（开启）时，或者在由于从外部改变了G_H和/或T_H的HA操作过程中被执行。如果步骤202发生在HA启动时，那么G_H值和T_H值可示例性地从之前设置在控制单元160内的存储位置处检索。如果步骤202由于外部发生改变而发生在操作过程中，那么G_H值和T_H值可从例如一体集成有混合放大器的系统的管理单元中检索。

可选择地，只有G_H可作为输入被接收，而放大器被设计并被规定为在一定预定增益斜率值范围内操作。这可通过明确限定增益斜率的范围（例如，增益斜率可规定在-1dB至+1dB范围内）来实现。可替换地，这可通过明确限定光谱增益平坦度（例如，放大器可规定为在小于2dB的峰-峰光谱增益平坦度下操作）来实现。

在步骤204中，控制单元为G_R和T_R，G_L和T_L获得一组值。获得该组值，以便针对给定的G_H和T_H值优化HA的NF，并使G_R+G_L=G_H和T_R+T_L=T_H。后面两个等式应解读为在混合放大器的规定准确度内。例如，如果放大器的规定增益准确度为0.5dB，那么这就意味着G_H-0.5dB＜G_R+G_L＜G_H+0.5dB。在可选择的情况下，即，只有G_H在步骤202中作为输入被接收的情况下，并非需要满足条件T_R+T_L=T_H，相反，T_R+T_L应在规定的增益斜率范围内，或者光谱增益平坦度应在规定的范围内。

该组G_R、T_R、G_L和T_L值可存储在例如控制单元160的存储器（未显示）中的查找表（LUT）中，以便在给定所需的G_H和T_H值时，控制单元可从LUT中检索该组值。本技术中所知的外推程序和插值程序可进一步用于检索一组G_R、T_R、G_L、T_L值，在LUT中没有该组值的记录与精确的给定G_H和T_H值相对应。可替换地，该组G_R、T_R、G_L、T_L值可从预先定义的公式中获得，该公式将这些值与G_H和T_H值相关联。可替换地，该组值中的部分值可从LUT中获得，而该组值中的余下值可从公式中获得。例如，G_R和T_R可从LUT中获得，而G_L和T_L可从公式G_R+G_L=G_H和T_R+T_L=T_H中获得。

在步骤206中，控制单元将G_R和T_R设为从步骤204中获得的G_R值和T_R值。为了执行该步骤，控制单元160可例如将G_R值和T_R值传给拉曼放大器120，接着拉曼放大器120再执行该值的实际设置。

在步骤208中，控制单元将G_L和T_L设为从步骤204中获得的G_L值和T_L值。为了执行该步骤，控制单元160可例如将G_L值和T_L值传给集中放大器140，接着集中放大器140再执行该值的实际设置。

图3示出了根据本文所公开的另一种实施例的混合放大器300的示意图。在本实施例中，HA300包括拉曼放大器320、集中放大器340和改良控制单元160。RA320包括提供泵浦功率106的泵浦单元324和利用输入信号通道104多路传输泵浦功率106的WDM326。RA320进一步包括拉曼控制单元322，该控制单元322控制泵浦单元324并与控制单元160通信。在操作上，拉曼控制单元322从HA控制单元160接收所需的RA320的G_R值和T_R值（如在上面步骤206所述）并相应地在泵浦单元324中设置泵浦的功率。

为了使拉曼放大器320能够独立调节G_R和T_R，泵浦单元324应包括至少两个具有不同波长λ的泵浦。通过独立地设置这些泵的功率水平，拉曼控制单元322可独立地调节G_R和T_R。例如，设计为对所谓C-带（通常介于1528nm和1567nm之间，或者其中的一部分）中的WDM信号通道进行放大的拉曼放大器在泵浦单元324中可包括至少一个波长大约为1425nm的泵浦和至少一个波长大约为1455nm的泵浦。RA320的G_R可通过增加泵浦单元324产生的总泵浦功率P而增加。同样，RA320的G_R可通过减小P而减小。T_R可通过增加大约为1455nm的泵浦功率与大约为1425nm的泵浦功率的比率而增加。同样，T_R可通过减小该比率而减小。

拉曼放大器320可进一步包括用于测量平均增益和/或增益斜率的装置（未显示），例如，如公开号为20110141552的共有US专利所述。通过使能反馈控制回路，这种装置可例如实现拉曼放大器的自动增益控制（AGC）。因此，控制单元322可从这种装置接收实际测得的平均增益和/或增益斜率，并且在泵浦单元324中对泵浦进行调节直到达到所需的平均增益和增益斜率。

总所周知，拉曼放大器320可进一步包括增益平坦滤波器（GFF，未显示），其用于在WDM信号通道中的波长带中将一定形状给予增益光谱。例如，GFF可设计为：对于规定的平均增益和增益斜率，在波长带内，增益的光谱形状与线性拟合的最大偏差应小于规定值（本技术中通常称为增益平坦度）。

集中放大器340包括集中放大器控制单元342、泵浦单元344和可变增益级346。可变增益级346与WDM326光学连接，且设计为用于放大信号通道104。可变增益级346包括至少一个有源增益介质（未显示），该有源增益介质从泵浦单元344接收泵浦功率，接收形式取决于有源增益介质的类型。例如，如果有源增益介质是掺饵光纤，那么泵浦单元344将提供适当波长的光泵浦功率来泵浦掺饵光纤，可变增益级346将进一步包括使光泵浦功率与掺饵光纤连接的装置。相反，如果有源增益介质是半导体，那么泵浦单元344将以驱动电流的形式提供电泵浦功率。可变增益级346提供的平均增益量可由泵浦单元344提供的泵浦功率量控制。增加泵浦功率通常导致平均增益增加，而减小泵浦功率通常导致平均增益减小。然而，在许多情况下，信号通道波长带内的增益的光谱形状（和由此的增益斜率）由平均增益决定，并且不能仅通过调节泵浦功率进行独立控制。

为此，可变增益级346进一步包括可变光衰减器（VOA）348，该可变光衰减器（VOA）348允许G_L和T_L被独立控制。下面，使用表示为“V”的术语“VOA衰减”来意指高于固定最小衰减的VOA的衰减，该最小衰减是VOA的特征。考虑例如V值为0dB的情况，对泵浦单元344进行设置，从而使G_L等于集中放大器340被设计的最大平均增益，表示为G_L0。注意，按照定义，G_L包括可变增益级346的所有无源损失L，比如VOA348的固定最小衰减。这意味着有源介质提供G_L0+L的平均增益。因此，我们将在这种情况下（即，V=0dB，最大平均增益）得出的增益斜率称为“标称增益斜率”并表示为T_L0。现在，如果我们将V值设置为V1dB，并且将泵浦单元344调节为保持净平均增益G_L=G_L0-V1，那么这意味着有源介质仍然提供G_L0+L的平均增益。这样导致的结果是由有源增益介质的平均增益决定的T_L，基本保持不变并等于标称增益斜率，即，T_L=T_L0，尽管G_L已经改变。相反，如果将V值设置为V1dB，并且将泵浦单元344调节为满足G_L=G_L0-V-△G，那么这意味着有源介质现在提供G_L0+L-△G的平均增益，这将引起T_L改变（即，不再等于T_L0）。因此，通过共同控制泵单元344和VOA348，就可独立控制G_L和T_L。在操作上，集中放大器控制单元342从HA控制单元160接收所需的集中放大器的平均增益值和增益斜率值，并且相应地设置泵浦单元344的功率和VOA348的衰减。

如上所述，V的减小通常引起集中放大器340的减小。因此，相对于NF，减小V是有益的，尽管结果会导致T_L从标称增益T_L0有所变化。例如，考虑需要平均增益G_L=G_L0-G₁的情况。这可通过设置V=G₁dB来实现。在这种情况下，结果T_L会大约等于T_L0。另一方面，同样的G_L值可通过设置V<G₁和减小泵浦单元344提供的泵浦功率（涉及V=G₁的情况）来实现。在这种情况下，结果T_L将与T_L0不同。然而，由于V值减小，NF将被改善。

可变增益级346可进一步包括GFF（未显示），该GFF用于在WDM信号通道的波长带中将一定形状给予增益光谱。例如，GFF可设计为：对于最大平均增益G_L0和标称增益斜率T_L0，在波长带内，增益的光谱形状与线性拟合的最大偏差应小于规定值（本技术中通常称为增益平坦度）。

集中放大器340可进一步包括附加增益级（未显示），和/或用于连接附加光模块比如色散补偿光纤的所谓中级通路（access）。例如，可变增益级346后面可依次跟着中级通路和附加升压增益级，该附加升压增益级对在中级引入的损失进行补偿。

如上文参照附图1和2所述，控制单元160确定RA320的G_R值和T_R值和LA340的G_L值和T_L值，以实现HA300所需的G_H和T_H值，同时优化HA300的总NF。上述减小LA340的NF并同时保持所需的G_L的能力对于减小HA300的总NF是有用的。例如，首选考虑一种情况：LA340的T_L固定为T_L=T_L0。接着，控制单元160将设置T_R=T_H-T_L0，对G_R和G_L进行设置从而使G_R+G_L=G_H，并且优化HA300的总NF。现在，如果T_L可变化，那么在设置使T_L≠T_L0的同时，LA340可设置为使G_L保持与前述示例相同（T_L=T_L0），以便（通过减小VOA348的衰减）提高其NF。然后，T_R应设为T_H-T_L，由于LA340的NF的衰减（其幅度和是否发生衰减也取决于由于T_R变化而导致的拉曼放大器320的NF变化），可潜在改善HA300的总NF。

图4示出了根据本文所公开的另一种实施例的混合放大器400的示意图。在本实施例中，HA400包括RA320，呈EDFA440形式的集中放大器，和控制单元160。EDFA440包括可变增益级446、泵浦单元344、集中放大器控制单元342和泵浦分流器458。可变增益级446包括两个掺饵光纤（EDF）增益级452和456，VOA348置于该两个增益级452和456之间。泵浦单元344提供的泵浦功率，通常大约为980nm，被泵浦分流器458分成两个部分，这两个部分在前向泵浦配置中分别通过WDM450和454与EDF增益级452和456连接。本文所显示并描述的EDFA440的具体配置仅作为示例而提供。EDFA440的其它配置，例如但不限于，使用1480nm的泵浦功率、采用后向泵浦配置、使用附加EDF部或使用附加VOA，包括中级通路。

HA400的一般操作原理与HA300相似。现在将借助附图5至图7对该操作的更具体方面进行说明。这些附图对应具有下列特征的HA400的具体设计：放大器400设计为在C-带中操作，平均增益在19dB至36dB范围内。拉曼放大器320设计为当泵浦在泵浦单元324中以最大功率操作时，平均增益为14dB，而增益斜率为0dB。EDFA440设计为在9dB至25dB的平均增益范围内操作，标称增益斜率T_L0=-1dB（如前文所定义，标称增益斜率为最大平均增益处的增益斜率，在本示例中为25dB，VOA衰减设为0）。EDFA440和拉曼放大器320的增益斜率都可独立于其各自的平均增益而被控制，尽管存在一些局限性。例如，当拉曼放大器在14dB的GR下操作时，增益斜率仅可能大约为0dB，这是由于可从泵浦单元324得到的泵浦功率有限。尽管图5至图7涉及HA400的具体设计，但是应理解，与这些描述所用到的原理相似的原理也可应用于其它设计。

图5示出了EDFA440的作为G_L的函数的NF的示例图。示出了三个独立的图，各个图表示T_L的一个不同值。其中一个图对应于标称增益斜率T_L=T_L0，而另外两个图对应于增益斜率值T_L0+2dB和T_L0+4dB。如图所示，在所有情况下，由于VOA衰减V的增加，NF都随G_L的减小而增加。然而，T_L越大（即，更正），NF越好。后面的这个结果可按如下理解：为了将G_L从25dB减小至25-XdB，而保持T_L=T_L0，将V值设为XdB。如果现在希望增加T_L（即，使其更正），那么就应减小泵单元344的泵浦功率。这是由于EDF的典型光谱增益形状，与C-带的长波长端（所谓的红端）相比，该光谱增益形状在C-带的短波长端（所谓的蓝端）具有较高的发射系数。然而，一旦泵浦功率减小，那么G_L也减小。为了将G_L重设为25-XdB，V值应设为低于XdB的某值。因此，增加T_L同时保持G_L不变会导致V减小。因此，当增益斜率增加时，NF被改善。

图6示出了针对任何给定G_H值为实现优化了的NF所需的拉曼放大器320的G_R值。假定T_L在其标称值处保持恒定，且不允许改变。如图所示，对于G_H≥28Db，G_R恒定为14dB不变，14dB为最大值。对于G_H<28dB，作为G_H的函数，G_R单调递减。可按如下理解该结果：如本领域众所周知，NF_H，HA400的NF，主要受NF_R控制，NF_R为作为前置放大器的拉曼放大器320的NF，在更小程度上也受NF_L控制，NF_L为作为升压放大器的EDFA446的NF。因此，在大多数情况下，优选地将G_R增加至最大，这将减小NF_R，从而减小NF_H。然而，由于G_L=G_H-G_R，假设使G_R保持最大值，那么随着G_H减小，G_L也减小。参照图5，会发现这引起NF_L增加。在G_H=28dB时，其对应于G_L=14dB，假设G_R=14dB，会发现对于T_L=T_L0，NF_L大约为10dB，该值已经大到足够对NF_H产生显著效应，即使考虑到EDFA446为升压放大器。因此，对于G_H<28dB，以下是有益的，相对于NF_H减小G_R，以避免G_L进一步减小，从而避免NF_L进一步增加。

图7示出了示例性曲线图，其示出了HA NF对HA平均增益的依赖性：（a）在TL保持其标称值恒定的情况下和（b）在TL允许从其标称值变化的情况下。图7中的实线示出了对应于图6中的条件，作为G_H的函数，HA400的优化了的NF，图6中的条件即为，假设EDFA446的增益斜率T_L保持其标称值不变。另一方面，图7中的虚线示出了在TL允许从其标称值变化，而保持HA400的总增益斜率T_H=T_R+T_L不变的条件下，作为G_H的函数，HA400的优化了的NF。T_L允许在-1dB至+3dB范围内变化，这是EDFA446支持的增益斜率范围。T_R在满足G_R+|T_R|≤14dB限制下可取任何值。该限制是由于可从泵浦单元324得到的泵浦功率的限制。

如图所示，在T_L可从其标称值变化的条件下，最小NF总是比在T_L保持其标称值不变的情况下的最小NF要小，对于G_H=20dB，差异大约为1.5dB。可参照图8a和图8b理解该结果，图8a示出了G_H值和G_R值，针对这两个值，NF作为G_H的函数实现优化，图8b示出了T_L和T_R值，针对这两个值，NF作为G_H的函数实现优化。当G_H值>31dB时，T_L保持其标称值，这是因为NF_L对NF_H的效应可忽略不计。然而，当G_L减小（因为如前文所述，优选地将G_R保持得尽可能高），且NF_L变地更大和更明显时，优选地增加T_L以便受益于图5所示NF_L的减小。继续增加T_L直至达到EDFA446支持的最大值（+3dB）。总之，与在T_L保持其标称值不变的情况下相比，通过使T_L随着G_H的减小而增加，可最小化HA400的NF。

图9在流程图中示出了找出混合放大器最佳操作条件的示例性过程，该示例性过程针对给定G_H值和T_H值的各个组合，以一组G_R、T_R、G_L、T_L值的形式呈现。该过程可用于构建查找表和/或公式，查找表和/或公式形成图1、图3和图4中控制单元160的操作的基础。目的是找出针对给定的G_H值和T_H值对HA NF进行优化的该组G_R、T_R、G_L和T_L值。该过程通过在G_H和T_H值的不同组合上循环，开始于步骤902，G_H值和T_H值的不同组合以足够的解析度（resolution）覆盖混合放大器规定的操作的不同组合的范围。通过使用“足够的分辨率”，我们指通过采用标准和熟知的插值程序和/或外推程序也可针对一个没有由步骤902中的循环明确地覆盖的G_H值和T_H值组合，找出对HA NF进行优化的该组G_R、T_R、G_L、T_L值。该过程接着进入步骤904，在此步骤中，针对所需的G_H和T_H值，在G_R、T_R、G_L和T_L值的不同组合上执行循环，这些不同组合以足够的解析度覆盖拉曼放大器和集中放大器可以操作的组合的范围，并且这些不同的组合满足条件G_L+G_R=G_H和T_L+T_R=T_H。步骤904中足够的解析度的含义将相对于步骤912进一步被阐明。然后转到步骤906，在此步骤中，将G_R和T_R设为各自的G_R值和T_R值，将G_L和T_L设为相应G_L值和T_L值，随后在步骤908中测量并存储HA NF。在步骤910中执行检查，以便看是否已覆盖G_R值和T_R值的所有相关组合。如果没有，那么该过程回到步骤904，选择G_R、T_R、G_L、T_L值的新组合。如果已全部覆盖，那么就执行步骤912，在此步骤中，找出对应HA NF的最佳值的G_R、T_R、G_L、T_L值的组合，并将该组合针对给定G_H值和T_H值而存储。此处将进一步阐明上述相对于步骤904使用的术语“以足够的解析度覆盖”。这意味着至少其中一个包含在步骤904中的组合产生出足够接近放大器被设计应用的最小NF的HA NF。接下来，在步骤914中执行检查，以查看是否已覆盖G_H值和T_H值的所有相关组合。如果没有，那么过程返回步骤902，选择G_H值和T_H值的新组合。如果已经全部覆盖，那么该过程结束。

该过程的结果导致如下LUT：针对G_H值和T_H值的每个组合，都存储有优化HA NF的G_R、T_R、G_L、T_L值的组合。该LUT可直接用于控制单元160，或者可替换地，可用于获得例如，通过使用拟合程序获得一些使G_R、T_R、G_L、T_L值与G_H值和T_H值相关联的公式。

可用各种考虑因素来使图9所描述的过程更加有效率。例如，在已知当T_L比T_L0大时，出现最小NF的HA400的案例中，这时可通过进一步限制G_R、T_R、G_L、T_L值的组合以满足条件T_L>T_L0来使步骤904更加有效率。

尽管已根据特定实施例对本公开进行了说明，但是对于本领域的技术人员而言，这些实施例的改变和置换将是显而易见的。应理解，本公开不受本文所描述的具体实施例的限制，仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims

1.一种用于操作可变增益混合放大器以优化噪声系数的方法，所述混合放大器具有可调节的平均增益G_H，并且包括可变增益拉曼放大器和可变增益集中放大器，所述可变增益拉曼放大器具有可调节的平均增益G_R和增益斜率T_R，所述可变增益集中放大器具有可调节的平均增益G_L和增益斜率T_L，所述方法包括下列步骤：

a）作为输入接收所需的混合放大器平均增益G_H值；

b）获得一组G_R、T_R、G_L和T_L值以便优化所述混合放大器的噪声系数，其中，所述获得的G_R和G_L值满足条件G_R+G_L=G_H。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得的T_R和T_L值满足条件：T_R+T_L在规定的混合放大器操作增益斜率范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合放大器进一步具有可调节的增益斜率T_H，所述作为输入的接收步骤进一步包括接收所需的T_H值，其中，所述获得的T_R和T_L值满足条件T_R+T_L=T_H。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括下列步骤：

c）将拉曼放大器的G_R和T_R分别设为所述获得的G_R和T_R值，将G_L和T_L分别设为所述获得的G_L和T_L值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得的步骤包括从查询表中检索所述组G_R、T_R、G_L和T_L值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得的步骤包括从公式中检索所述组G_R、T_R、G_L和T_L值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述集中放大器增益斜率具有标称值T_L0，其中对于至少某些G_H值，所述获得的T_L值与所述T_L0值不同。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述集中放大器为掺铒光纤放大器，其中，所述获得的T_L值比所述T_L0值要大。

9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述集中放大器被规定在最大平均增益G_L0值下操作，其中，所述集中放大器包括具有衰减V的可变光衰减器（VOA），其中，设置G_R、T_R、G_L和T_L值的结果是：对于至少某些G_H值，设置的V值满足条件V＜G_L0-G_L。

10.一种可变增益混合放大器，所述可变增益混合放大器具有可调节的平均增益G_H，并且包括可变增益拉曼放大器和可变增益集中放大器，所述可变增益拉曼放大器具有可调节的平均增益G_R和增益斜率T_R，所述可变增益集中放大器具有可调节平均增益G_L和增益斜率T_L，所述混合放大器包括控制单元，所述控制单元适于将G_R、T_R、G_L和T_L分别设置为G_R、T_R、G_L和T_L值以优化混合放大器噪声系数。

11.根据权利要求10所述的混合放大器，其中，所述控制单元包括用于作为输入接收所需的G_H值的装置和，被配置以获得各个G_R、T_R、G_L和T_L值以便优化所述混合放大器噪声系数以及将所述G_H设置为所需的G_H值的逻辑模块。

12.根据权利要求11所述的混合放大器，其中，所述获得的T_R值和T_L值满足条件：T_R+T_L在规定的混合放大器操作斜率范围内。

13.根据权利要求11所述的混合放大器，其中，所述逻辑模块包括查询表。

14.根据权利要求11所述的混合放大器，其中，所述逻辑模块采用公式来获得各自的G_R、T_R、G_L和T_L值。

15.根据权利要求10所述的混合放大器，其中，所述混合放大器进一步具有可调节的增益斜率T_H，其中所述控制单元包括用于作为输入接收所需的G_H值和所需的T_H值的装置和，被配置为根据所述G_H和T_H值获得各自的G_R、T_R、G_L和T_L值以便优化所述混合放大器噪声系数以及使G_H和T_H分别设置为所需的G_H和T_H值的逻辑模块。

16.根据权利要求10所述的混合放大器，其中，所述集中放大器被规定在最大平均增益G_L0值下操作，所述集中放大器包括具有衰减V的可变光衰减器（VOA），对于至少某些G_H值，所述衰减V接收的值满足条件V＜G_L0-G_L。

17.根据权利要求10所述的混合放大器，其中，所述集中放大器具有标称增益斜率值T_L0，其中对于至少某些G_H值，所述获得的T_L值与所述T_L0值不同。

18.根据权利要求17所述的混合放大器，其中，所述集中放大器为掺铒光纤放大器（EDFA），其中对于至少某些G_H值，所述获得的EDFAT_L值比所述T_L0值要大。