CN1614910A - 拉曼放大中继器及使用该拉曼放大中继器的光传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种拉曼放大中继器，通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大，其中通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，借助于多个PD来监控通过激发而引起的信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。

Description

拉曼放大中继器及使用该拉曼放大中继器的光传输系统
技术领域
本发明涉及一种拉曼(Raman)放大中继器，利用在将泵浦光LD施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，更具体地，涉及一种实现拉曼放大控制的拉曼放大中继器和使用所述拉曼放大中继器的光传输系统。
背景技术
为了满足由于因特网的广泛应用而产生的对通信的需求的增长，近来，形成了基础通信网络的光传输系统的传输容量以惊人的速度增加。
为了应对传输容量上的这种快速增长，已经建立了光波分复用技术(WDM技术)，以实现传输数据容量的增加。
但是，在长距离传输系统中，中继间隔的延伸是难以实现的目标，且与传输容量按比例增加。
在这样的环境下，为了确保每个波长的信号噪声功率比(光SN比)并减轻由于光纤非线性效应而引起的传输波形失真，提出了一种被称为拉曼放大的传输方法，以抵消传输路径的损耗。在这种方法中，为了实现长距离传输，以及光纤非线性效应的减小和噪声的减小，需要平坦在WDM传输中至关重要的输出谱，因为增益和泵浦光功率之间的关系主要依赖于传输路径的种类等。
将参照图13，对利用拉曼放大的传统中继器(现有技术的示例1)的结构和操作进行描述。
在图13中，泵浦光LD(激光二极管)103a、103b和103c的波长分别为1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm，且信号波段的范围为1574到1609nm。在通过WDM(波分复用)耦合器102a和102b进行复用之后，由泵浦光WDM耦合器101将泵浦光与信号光沿彼此相反的方向耦合在光传输路径上。从泵浦光输出点输出到光传输路径上的泵浦光，在光传输路径中，放大距泵浦光大约13.2THz的信号光频带。
首先，通过使用适当的传输路径光纤，获得具有不同波长的泵浦光LD 103a、103b和103c的输出功率，从而使其在如7dB的拉曼放大之后具有平坦的增益谱。
接下来，与实际的传输路径光纤相连，并通过在与传输路径相连以进行拉曼放大之前获得的泵浦光输出功率来操作各个泵浦光LD103a、103b和103c。
图14示出了由上述传统的拉曼放大中继器进行拉曼放大时所获得的增益谱。如图14所示，利用传统的拉曼放大中继器，由于没有执行通过PD或类似的输出信号的监控，不能够确定泵浦光LD的控制目标值，因为传输路径光纤的差别或局中损耗等，从而难以保持信号频带中的增益谱平坦。
尽管为了平坦拉曼放大谱，提出了另一种系统，自动测量传输路径增益效率，以利用这样的开环控制，设置泵浦光源，当由于环境变化等而引起传输损耗变化时，或者当传输路径中的信号谱倾斜时，将难以获得平坦输出谱。
将对在日本专利未审公开(Kokai)No.2000-98433(参考文献1)中所公开的，用于解决上述问题的现有技术的拉曼放大中继器(现有技术的示例2)进行描述。在参考文献1中公开的拉曼放大中继器的特征在于包括：泵浦光装置，用于产生多个泵浦光；以及泵浦光功率控制装置，用于监控输入光或输出光，以基于监控结果，控制每个泵浦光功率。
在参考文献1中所公开的泵浦光功率控制装置通过将由输出光分路出来的监控光分路成将每个泵浦光的波长增加大约100nm而获得的波长的光，控制每个波长光的功率。拉曼放大中继器在低于泵浦光频率大约13THz的频率上具有增益峰值，以及具有大约低13THz的频率以及长大约100nm的波长。
此外，泵浦光功率控制装置分配与泵浦光一样多的、从输出光分路出来的监控光，然后，监控通过将每个泵浦光的波长增加大约100nm而获得的每个波长光。
如前所述，传统的拉曼放大中继器，由于传输路径光纤或局中损耗等的差别，相对于信号频带中的信号光，难以获得平坦的输出谱。
另一方面，因为参考文献1所公开的通过拉曼放大的光传输功率的波长特性控制方法，通过将从输出光分路出的监控光分路为通过将每个泵浦光的波长增加大约100nm而获得的波长光，并监控这些波长光，来控制每个波长光的功率，所以，将监控其波长在信号频带以外的光信号，如图15所示。
在同时使用除拉曼放大器以为的其他放大器(例如EDFA)的情况下，监控信号频带外的信号导致了监控信号损耗的增加，而阻碍了高精度地进行放大控制，从而难以测量监控信号的精确电平。结果，不可能将信号频带内的输出谱控制为平坦的。
发明中容
本发明的目的是提供一种拉曼放大中继器，能够使拉曼放大的控制变得简单，从而相应地实现高速控制，并且即使当由于环境等改变所引起的传输路径损耗的变化，信号谱在传输路径上倾斜时，仍然自动保持恒定输出信号功率以控制输出谱保持平坦，以及一种使用该拉曼放大中继器的光传输系统。
本发明的另一目的是提供一种拉曼放大中继器，即使与除拉曼放大器以外的其他放大器一起使用，也能够尽可能地抑止监控信号的损耗，从而在拉曼放大中精确地测量监控信号的电平，并且易于波长的选择，因为监控了信号频带中的信号光，从而实现了制造的简单化；以及一种使用该拉曼放大中继器的光传输系统。
根据本发明的第一方面，一种拉曼放大中继器，通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大，其中通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
在优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
在另一优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值。
在另一优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，以及通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值，以及通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长。
在另一优选结构中，将所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长，以及通过改变改变泵浦光功率，从而使按照监控波长进行监控的每个信号光功率具有控制目标值，来进行负反馈控制。
根据本发明的另一方面，一种光传输系统，通过使用通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大的拉曼放大中继器，在所述光传输路径上传输所述光信号，其中所述拉曼放大中继器通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
在优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，以及所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值，以及所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长。
在另一优选结构中，将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长，以及所述拉曼放大中继器通过改变改变泵浦光功率，从而使按照监控波长进行监控的每个信号光功率具有控制目标值，来进行负反馈控制。
根据本发明的另一方面，一种拉曼放大中继器中的拉曼放大控制方法，所述拉曼放大中继器通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大，所述方法包括以下步骤：通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
通过以下所给出的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
通过以下所给出的详细描述和本发明优选实施例的附图，本发明将得到更为全面的理解，但是，以下的描述和附图不应当作为对本发明的限制，而只是用于解释和理解。
在附图中：
图1是示出了将根据本发明第一实施例的拉曼放大中继器应用于其中的光传输系统的结构的方框图；
图2是示出了当未进行拉曼放大时，在光传输路径的信号输出点所获得的信号光的光谱的示意图；
图3是示出了根据本发明第一实施例的拉曼放大中继器的拉曼放大控制单元的示例结构的方框图；
图4是示出了当具有如图2所示的光谱的信号光入射的情况下，由根据第一实施例的拉曼放大中继器进行放大控制时，所获得的输出谱的示意图；
图5是示出了由于出现在传输路径上的拉曼倾斜效应，而在信号输出点获得的信号光谱的示意图；
图6是示出了在从信号输出点出射具有如图5所示的光谱的信号光的情况下，在信号输出点、从根据本实施例的拉曼放大中继器出射的信号光谱的示意图；
图7是示出了当对具有如图6所示的光谱的信号光进行根据本实施例的拉曼放大控制时的信号光谱的示意图；
图8是示出了因为由于环境等的变化而引起的传输路径损耗的变化，在信号输出点所获得的信号光谱的示意图；
图9是示出了当从信号输出点出射具有如图8所示的光谱的信号光时，在信号输出点、从根据本实施例的拉曼放大中继器出射的信号光谱的示意图；
图10是示出了当对具有如图9所示的光谱的信号光进行根据本实施例的拉曼放大控制时的信号光谱的示意图；
图11是示出了将根据本发明第二实施例的拉曼放大中继器应用于其中的光传输系统的结构的方框图；
图12是示出了当具有如图2所示的光谱的信号光入射的情况下，由根据第二实施例的拉曼放大中继器进行放大控制时，所获得的输出谱的示意图；
图13是示出了传统拉曼放大中继器的示例结构的方框图；
图14是示出了当通过传统拉曼放大中继器进行拉曼放大时，所获得的输出谱的示意图；以及
图15是示出了监控其波长在信号频带以外的信号光的传统情况的示例的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的讨论。在下面的描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量的特定细节。但是，对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以不具有这些特定细节地实现本发明。在其他场合，并未详细示出公知的结构，以免对本发明造成不必要的模糊。
以下，将参照附图，对本发明的优选实施例进行描述。
(第一实施例)
图1是示出了根据本发明第一实施例的、利用在将泵浦光LD施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能的拉曼放大中继器应用于其中的光传输系统的结构的方框图。
(实施例的结构)
参照图1，根据第一实施例的拉曼放大中继器包括：泵浦光WDM(波分复用)耦合器1、WDM耦合器2a和2b、泵浦光LD(激光二极管)3a、3b和3c、分支耦合器4、AWG(阵列波导光栅)5、PD(光电二极管)6a、6b、6c和6d、LD驱动电路30a、30b和30c、I/V转换器60a、60b、60c和60d以及拉曼放大控制单元10。
如图1所示，根据本实施例的拉曼放大中继器具有如下结构：用于监控的PD 6a、6b、6c和6d的数量大于泵浦光LD 3a、3b和3c的数量，即，监控波长数大于泵浦光波长数。
通过对具有不同波长的光进行复用的WDM耦合器2a和2b，对作为输出其波长彼此不同以放大信号光的泵浦光的光源的泵浦光LD 3a、3b和3c进行复用。
泵浦光WDM耦合器1是对光传输路径100上的信号光和泵浦光进行复用，沿彼此相反的方向对泵浦光和信号光进行复用并输出到光传输路径100上的单元。分支耦合器4按照特定的比率对所施加的信号光进行分路。
AWG 5是用于将一束光分为多个波长的光的波导阵列。
PD 6a、6b、6c和6d将光信号转换为电信号，并接收该电信号。拉曼放大控制单元10根据PD 6a、6b、6c和6d所接收的信号，控制泵浦光LD 3a、3b和3c的泵浦光功率。
I/V转换器60a、60b、60c和60d将已经由PD 6a、6b、6c和6d进行了转换的电流信号转换成电压信号。
拉曼放大控制单元10接收从PD 6a、6b、6c和6d输出的电信号的输入。以及，拉曼放大控制单元10，根据所接收到的电信号的值，控制泵浦光LD 3a、3b和3c的LD驱动电路30a、30b和30c，从而获得平坦输出信号，进而如下所述地调整泵浦光功率。
通过程序控制CPU等实现拉曼放大控制单元10。
(第一实施例的操作)
接下来，将参照附图，对这样构建的、根据第一实施例的拉曼放大中继器的操作进行描述。
在图1中，泵浦光LD 3a、3b和3c的波长为1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm，并且信号波长的范围为1574到1609nm。分支耦合器4的分路比是13dB，以及泵浦光WDM耦合器1的插入损耗是0.5dB，AWG 5的插入损耗是3.5dB。
由PD 6a、6b、6c和6d接收到的信号光波长均是信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值(bottom value)，并且例如，在如图4所示的拉曼放大输出谱的情况下，为1576.6nm(峰值)、1583.7nm(谷值)、1590.8nm(峰值)和1598.5nm(谷值)，即，峰值或谷值将是将被监控的信号光波长。
首先，将考虑在不进行拉曼放大时，在光传输路径100上的信号输出点获得其光谱如图2所示的信号光的情况。
由分支耦合器4分路的信号光中的、波长为1576.6nm的信号光通过AWG 5，成为将由PD 6a接收的、信号功率为-37dBm的信号光。
类似地，波长分别为1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm的信号光成为将分别由PD 6b、PD 6c和PD 6d接收的、信号功率为-37dBm的信号。
接下来，将考虑驱动泵浦光LD 3a、3b和3c，以在光传输路径100上的信号输出点获得信号频带中-13 dBm的最小输出信号功率的情况。此时，假设拉曼增益是7dB((在拉曼放大时的最小输出信号功率)-(当未进行拉曼放大时的输出信号功率))。
假设入射到光输出路径100上的泵浦光，在光传输路径100上，放大距泵浦光大约13.2THz的信号光频带。
PD 6a接收波长为1576.6nm的拉曼放大后的信号光。类似地，对波长为1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm的信号光进行拉曼放大，并分别由PD 6b、6c和6d接收。
由于本实施例采用三个波长的泵浦光，所以能够将输出信号谱控制得比使用四个波长的信号光值的情况更为平坦。
将对拉曼放大控制单元10处的控制内容进行描述。
并未将用于控制每个泵浦光的监控信号不设置为距泵浦光大约13.2 THz的增益的峰值，而是考虑到实用性，将其设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
由于由PD 6b和PD 6d监控的1583.7nm和1598.5nm的信号光分别距泵浦光LD 3b和LD 3c的波长13.95THz和11.9THz的，是获得信号频带中的最小输出信号功率的波长，所以控制目标值将是-13dBm-17dB＝-30dBm(在信号输出点和在每个PD处接收到的信号电平之间的差＝17dB)。
此时，通过改变泵浦光LD 3b的泵浦光功率，从而使由PD 6b监控的每个信号光功率达到控制目标值，并且改变泵浦光LD 3c的泵浦光功率，从而使由PD 6d监控的每个信号光功率达到控制目标值，来进行简单的负反馈控制。
由PD 6a和PD 6c监控的1576.6nm和1590.8nm的信号光分别距泵浦光LD 3a的波长14.85THz和16.55THz，是获得在频带中的最大输出信号功率的波长。
由于通过进行控制，从而两个波长的信号光的输出信号功率相互一致，所以在信号频带中能够获得平坦的输出谱，作为PD 6a和PD 6c间的差，控制目标值为0dB。因此，通过在PD 6a和PD 6c的值满足关系(PD 6a＜PD 6c)时，增加泵浦光LD 3a的泵浦光功率，而在(PD6a＞PD 6c)成立时，减小泵浦光LD 3a的泵浦光功率，从而使PD 6a和PD 6c之间的差为0dB，来进行负反馈控制。
图3是示出了实现上述控制的拉曼放大控制单元10的结构示例的方框图，其中包括控制单元51、差分电路21和控制单元52和控制单元53。
控制单元52和控制单元53，通过改变泵浦光LD 3b和泵浦光LD3c的泵浦光功率，从而使由PD 6b和PD 6d监控的每个信号光功率均达到控制目标值，来进行简单的负反馈控制。
此外，控制单元51通过差分电路21来获得PD 6a和PD 6c的输出之间的差，来进行在PD 6a和PD 6c的值满足关系(PD 6a＜PD 6c)时增加泵浦光LD 3a的泵浦光功率，并且在(PD 6a＞PD 6c)成立时，减小泵浦光LD 3a的泵浦光功率的负反馈控制，从而使PD 6a和PD 6c的输出之间的差为0dB。
图4示出了位于根据第一实施例的拉曼放大中继器的信号输出点的输出谱。可以发现，通过按照上述方式监控信号波长，来进行每个泵浦光LD的输出功率的简单负反馈控制，从而使由PD 6a、6b、6c和6d监控的每个信号光功率均达到控制目标值，获得其最低输出信号功率为-13dBm并且其在信号波段中的平坦度不大于0.31dB的输出谱。
接下来，考虑由于出现在传输路径中的拉曼倾斜效应，而在信号输出点获得的具有如图5所示的光谱的信号光的情况。
首先，当将具有如图5所示的光谱的信号光从信号输出点出射时，在根据本实施例的拉曼放大中继器中的信号输出点，出射具有如图6所示的光谱的信号光。
此时，接收波长为1583.7nm的信号光的PD 6b的值达到-28.46dBm并且接收波长为1598.5nm的信号光的PD 6d的值达到-27.59dBm，该值偏离了控制目标值。这里，控制泵浦光LD 3b和泵浦光LD 3d的泵浦光功率，从而使由PD 6b和PD 6d接收的、波长1583.7nm和1598.5nm的信号光功率达到-30dBm。
此外，由于由PD 6a和PD 6c接收到的信号光功率保持关系(PD6a＜PD 6c)，控制泵浦光LD 3a和泵浦光LD 3c的输出功率，从而使PD 6a和PD 6c之间的差返回到0 dB的控制目标值，从而导致在信号输出点的波长1583.7nm和1598.5nm的信号光功率达到-13dBm，并且波长1576.4nm和1590.8nm的信号光功率达到-12.64dBm。
每个泵浦光LD的简单负反馈控制简化了拉曼放大控制，以实现高速控制，从而即使当信号谱在传输路径上发生倾斜时，仍然能够自动控制输出谱，使其平坦。图7示出了当对具有如图6所示的光谱的信号光进行根据本实施例的拉曼放大控制时，在信号输出点所获得的输出谱。可以发现，在频带上获得了-13dBm的最低输出信号功率和0.36dB的平坦度。
此外，考虑在因为由环境等改变所引起的传输路径的损耗的变化，而在信号输出点获得具有如图8所示的光谱的信号光的情况。
当从信号输出点出射具有如图8所示的光谱的信号光时，在根据本实施例的拉曼放大中继器中的信号输出点出射具有如图9所示的光谱的信号光。
此时，接收波长为1583.7nm和1598.5nm的信号光的PD 6b和PD 6d的值达到偏离控制目标值的-32dBm。这里，控制泵浦光LD 3b和泵浦光LD 3d的输出功率，从而使由PD 6b和PD 6d接收到的信号光达到-30dBm。
此外，控制泵浦光LD 3a和泵浦光LD 3c的输出功率，从而使由PD 6a和PD 6c接收到的信号光功率的差达到0dB的控制目标值，从而导致在信号输出点，波长为1583.7nm和1598.5nm的信号光功率达到-13dBm，并且波长为1576.4nm和1590.8nm的信号光功率达到-12.56dBm。
每个泵浦光LD的简单负反馈控制简化了拉曼放大控制，以实现高速控制，因此能够自动地将输出信号功率控制在固定值，并且即使当传输路径中的损耗变化时，仍然控制输出谱保持平坦。图10示出了当对具有如图9所示的光谱的信号光进行根据本实施例的拉曼放大控制时所获得的在信号输出点处的输出谱。可以发现，在频带中获得了-13dBm的输出信号功率和0.44dB的平坦度。
在传统技术中，当监控信号频带外的信号时，在一起使用除拉曼放大器以外的其他放大器的情况下，损耗过大而不能适当地放大信号光，从而精确测量监控信号的电平是十分困难的，但是根据上述第一实施例，为了控制每个泵浦光LD，通过不监控距泵浦光波长大约13.2THz的增益峰值，而是考虑到实用性，监控在信号频带中的一些波的输出信号光功率，在拉曼放大时能够精确地检测监控信号电平，而且监控信号频带中的信号光易于波长选择，以简化制造。
此外，因为控制通过简单负反馈控制进行，简化了对拉曼放大器的控制，从而实现了高速控制，由此即使当由于环境的变化而引起传输路径损耗的变化时，或者当传输路径中的信号谱倾斜时，仍然能够将输出信号功率自动地保持为固定值，并且能够将信号频带内的输出谱控制为平坦的。
(第二实施例)
参照图11，将对根据本发明第二实施例的拉曼放大中继器进行描述。
图11是示出了将根据本发明第二实施例的拉曼放大中继器应用于其中的光传输系统的结构的方框图。
参照图11，根据第二实施例的拉曼放大中继器包括：泵浦光WDM(波分复用)耦合器1、WDM耦合器2a和2b、泵浦光LD(激光二极管)3a、3b和3c、分支耦合器4、AWG(阵列波导光栅)5、PD(光电二极管)6a、6b和6c、LD驱动电路30a、30b以及30c、I/V转换器60a、60b和60c、以及拉曼放大控制单元10。
如图11所示，根据本实施例的拉曼放大中继器具有如下结构：泵浦光LD 3a、3b和3c的数量与用于监控的PD 6a、6b和6c的数量相同，即，泵浦光波长数与监控波长数相同。
根据第二实施例的拉曼放大中继器与第一实施例的区别在于，用于监控的PD数量为3，并且由分别控制泵浦光LD 3a、3b和3c的LD驱动电路30a、30b和30c以调整泵浦光功率的控制单元61、62和63构成拉曼放大控制单元10。与第一实施例相同的元件使用相同的参考数字。
(第二实施例的操作)
泵浦光LD 3a、3b和3c的波长分别为1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm，并且信号波段的范围从1574到1609nm。分支耦合器4的分路比为13dB，泵浦光WDM耦合器1的插入损耗为0.5dB，以及AWG 5的插入损耗为3.5dB。
由PD6a、6b和6c接收到的信号光波长为信号频带两端(或两端附近的数值)和中央的数值(位于中央或中央附近的数值)。例如，在所示情况下，波长为1574.54nm(左端处的数值)、1591.26nm(中央处的数值)和1608.76nm(右端处的数值)。
首先，将考虑在不进行拉曼放大时，在光传输路径100的信号输出点获得具有如图2所示的光谱的信号的情况。
由分支耦合器4分路的1574.54nm的信号光通过AWG 5，并由PD 6a接收，其信号功率为36dBm。类似地，分别由PD 6b和PD 6c接收波长为1591.26nm和1608.76nm的信号光，其信号光功率为-37dBm。
接下来，将考虑对泵浦光LD3a、3b和3c进行驱动，从而在信号输出点，使信号频带中的最小输出信号功率达到-13dBm的情况。此时，假设拉曼增益为7dB((进行拉曼放大时的最小信号功率)-(不进行拉曼放大时的信号功率))。
入射光传输路径100的泵浦光对光传输路径100中距泵浦光大约13.2 THz的信号光频带进行放大。由PD 6a接收波长为1574.54nm的拉曼放大后的信号光。类似地，对波长为1591.26nm和1608.76nm的信号光进行拉曼放大，并分别由PD 6b和6c接收。
在本实施例中，通过利用与泵浦光波长数一样多的三个波长的信号光的数值，将输出信号谱控制为平坦的。
并未将用于控制每个泵浦光功率的监控信号设置为距泵浦光波长大约13.2 THz的增益的峰值，而是考虑到实用性，将其设置在信号频带的两端和中央。
由PD 6a和PD 6c监控的1574.54nm和1608.76nm的信号光分别距泵浦光LD 3a和LD 3c的波长14.55THz和13.05THz，而其控制目标值均为-13dBm-17dB＝-30dBm(在信号输出点和在每个PD处接收到的信号电平之间的差＝17dB)。
此时，由控制单元61和控制单元63进行简单的负反馈控制，以改变泵浦光LD 3a的泵浦光功率，从而使由PD 6a监控的每个信号光功率均达到控制目标值，以及改变泵浦光LD 3c的泵浦光功率，从而使由PD 6c监控的每个信号光功率均达到控制目标值。
此外，由PD 6b监控的1591.26nm距泵浦光LD 3b的波长14.85THz。由于由PD 6b监控的波长是信号频带中央处的波长，并且根据一般评估数据，发现通过将此波长处的输出控制控制为高出拉曼增益×0.01来获得平坦增益，因此将控制目标值设置为-37dBm+7dB+7dB×0.01＝-29.93dBm。于是，控制单元62进行负反馈控制，以改变泵浦光LD 3b的泵浦光功率，从而使由PD 6b监控的每个信号光功率均达到控制目标值。
图12示出了在对具有如图2所示的光谱的信号光进行根据本实施例的拉曼放大控制时、在信号输出点所获得的输出谱。可以看到通过进行使由PD 6a、6b和6c监控的每个信号光功率均达到控制目标值的、根据监控信号波长的每个泵浦光LD输出功率的简单负反馈控制，获得了其平坦度不大于0.31dB的输出谱。
尽管已经参照前述优选实施例对本发明进行了描述，本发明并不总是局限于上述实施例，并且在本发明的技术思想的范围中，能够以多种形式实现。
尽管第一和第二实施例采用了1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm的三个不同的泵浦光波长，通过改变泵浦光波长和泵浦光波长数也能实现本发明。
尽管第一和第二实施例采用信号光来控制泵浦光LD，通过使用不同于信号光的监控信号也能实现本发明。
尽管在第一和第二实施例中，由PD监控三个或四个波长的信号光以控制具有不同波长的泵浦光LD，本发明并不局限于根据实施例的波长数，只要由PD监控的信号光的数目不小于泵浦光波长数且不大于信号光的数量。
尽管在第一实施例中将用于控制每个泵浦光功率的监控信号设置为1576.6nm、1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm，在第二实施例中设置为1574.54nm、1591.26nm和1608.76nm，本发明并不局限于在实施例中所示出的监控信号的波长。
尽管在这些实施例中，在泵浦光WDM耦合器1之后，由PD监控信号光以控制具有不同波长的泵浦光LD，通过改变用于监控信号光的PD所处的位置也能实现本发明。
尽管在这些实施例中，将信号波导设置为从1574到1609nm的范围中，通过改变信号波段也能实现本发明。
尽管在这些实施例中，通过使用分支耦合器4之后的AWG 5将用于控制泵浦光LD的监控信号分路为每个波长的光，在取出监控信号的方式上，本发明并不局限于这些实施例。
尽管在这些实施例中，将用于分路光信号的耦合器的分路比设置为13dB，在分支耦合器的分路比方面，本发明并不局限于这些实施例。
根据本发明的拉曼放大中继器和使用该拉曼放大中继器的光传输系统实现了如下的有益效果。
第一，由于能够通过简单的负反馈进行控制，简化了拉曼放大器的控制，并由此实现高速控制，从而即使在由于环境等的变化而导致传输路径损耗发生变化时，或者在传输路径中信号谱倾斜时，仍然能够保持输出信号功率为固定值，并控制信号频带中的输出谱为平坦的。
第二，与其中监控距泵浦光波长大约13.2THz的峰值，即信号频带外的信号的现有技术不同，考虑到实用性，通过监控信号频带中的输出信号光功率的几个波，甚至与除拉曼放大器以外的其他放大器一起使用，仍然能够尽可能地抑制监控信号的损耗，以精确测量拉曼放大中的监控信号电平，同时因为对信号频带中的信号波长进行监控，有利于波长选择，从而实现了制造的简化。
尽管已经参照本发明的典型实施例，对本发明进行了图示和描述，本领域的技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对其进行前述和多种其他改变、删减和添加。因此，本发明不应当被理解为局限于上述特定实施例，而应当被理解为包括能够在由所附权利要求中所描述的特征及其等价物所包括的范围中具体实现的所有可能实施例。

Claims (24)

1、一种拉曼放大中继器，通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大，其中
通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
2、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
3、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
4、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，
根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值。
5、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
6、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
7、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，
根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
8、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长。
9、根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长，以及
通过改变改变泵浦光功率，从而使按照监控波长进行监控的每个信号光功率具有控制目标值，来进行负反馈控制。
10、一种光传输系统，通过使用通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大的拉曼放大中继器，在所述光传输路径上传输所述光信号，其中
所述拉曼放大中继器通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
11、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
12、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
13、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，
根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值。
14、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
15、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，以及
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
16、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，
根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值，以及
所述拉曼放大中继器通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
17、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长。
18、根据权利要求10所述的光传输系统，其特征在于
将所述拉曼放大中继器中的所述监控波长至少设置为位于信号频带两端或在两端附近或位于中央或中央附近的波长，以及
所述拉曼放大中继器通过改变改变泵浦光功率，从而使按照监控波长进行监控的每个信号光功率具有控制目标值，来进行负反馈控制。
19、一种拉曼放大中继器中的拉曼放大控制方法，所述拉曼放大中继器通过在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射，进行信号光的放大，所述方法包括以下步骤：
通过使用具有其数量不小于所述泵浦光波长数且不大于信号光数量的用于监控的波长的、并作为所述信号光的信号频带中的波长的信号光，来监控信号光功率，对所述泵浦光的输出功率进行控制。
20、根据权利要求19所述的拉曼放大控制方法，其特征在于
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值。
21、根据权利要求19所述的拉曼放大控制方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
22、根据权利要求19所述的拉曼放大控制方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值；以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，
根据所述信号频带中的最小输出信号功率来设置所述目标值。
23、根据权利要求19所述的拉曼放大控制方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
24、根据权利要求19所述的拉曼放大控制方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述监控波长设置为信号频带中的拉曼放大谱的峰值或谷值，
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的谷值的所述监控波长处的谱功率具有预先设置的目标值，来进行所述泵浦光的负反馈控制，以及
通过放大所述监控波长的所述信号光，从而使被设置为所述信号频带中的拉曼放大谱的峰值的多个所述监控波长处的谱功率相同，来进行所述泵浦光的负反馈控制。
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