CN1756133B - 检测光纤放大器的部件的老化效应的方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

描述一种用于检测光纤放大器的部件的老化效应的方法，在该光纤放大器中借助于与至少一个放大光纤连接的泵源来放大宽带信号。在第一放大光纤的输入上和在最后的放大光纤的输出上确定输入功率和输出功率或光子通量。根据该输入功率和输出功率或光子通量，在现存的工作状态中执行光子结算，从光子结算中在考虑光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下计算泵源的有效抽运功率。按照在当前抽运功率和有效抽运功率之间的偏差的类型，光纤放大器中的部件老化的结论是可能的。为了执行根据本发明的方法，描述一种所属的监控设备。

Description

检测光纤放大器的部件的老化效应的方法及相关设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测光纤放大器的部件的老化效应的方法、设备和一种所属的监控设备。

背景技术

掺铒光纤放大器(EDFA＝erbium doped fiber amplifier)遭受不同的老化机制，这些老化机制导致“系统性能”的恶化，并且最终甚至导致传输系统的故障。为了将故障时间和与之相连的接受故障保持的尽可能小，最重要的是，持续地监控在系统中采用的放大器的质量，并且必要时产生警报，以致能够及时更换已老化的部件。

迄今应用的方法仅仅监控所应用的光纤放大器的泵浦激光器；经常甚至仅仅监控该泵浦激光器的芯片。现代放大器优选地采用波长为980nm的泵源，其可靠性得到较大改善，以致其他部件、例如无源部件的故障变得重要。

图1针对单级光纤放大器示出放大器级的典型结构，该单级光纤放大器例如用于放大进入的WDM信号S(WDM＝波分复用(WavelengthDivision Multiplex))并且由放大器级的输入和输出上的功率测量装置M_IN、M_OUT、泵源PQ(泵浦激光器)组成，该泵源PQ的泵频信号利用耦合器CPL被输入到在功率测量装置M_IN、M_OUT之间连接的掺铒光纤EDF(一般为放大光纤)中。在光纤放大器的输入和耦合器CPL之间连接有第一隔离器ISO1，以及在掺铒光纤EDF的输出上连接有第二隔离器ISO2。借助于隔离器ISO1、ISO2来抑制不期望的频谱分量输入耦合到掺铒光纤EDF中，该不期望的频谱分量例如因为泵浦射线的反射引起。在第二隔离器ISO2之后连接有增益平滑滤波器F，以便例如在光纤放大器的输出上均衡WDM信号的多个通路的信号功率或调整所期望的输出频谱的倒相。

在放大器的故障主要归因于泵源(或泵)之后，研发出用于监控该放大器的方法。根据标准，每个泵具有集成在泵浦模块中的光电二极管，该光电二极管通常位于激光器芯片的、与光纤耦合相对的一侧上。在这种情况下，该光电二极管也被称为“背光”(“Backfacet”)二极管。为了进行监控，将那个为了达到标称功率所必需的电流与在光电二极管在开始工作时相应的值进行比较。如果在此出现的偏差超出某个值，则发送警报。

但是，这种解决方案具有严重的缺陷。一方面，集成在泵浦模块中的监视二极管仅仅十分不精确地工作，以致只能检测到很剧烈的降级(Degradation)。因而部分地替代内部的“背光”二极管，采用外部的由抽头耦合器和光电二极管组成的监视设备。这种结构具有以下优点，即除了芯片的降级之外还检测光纤芯片耦合的降级。但是，不利的是较高的制造成本，以致这种解决方案只在“高性能”应用中被采用。现代放大器优选地采用980nm泵，该980nm泵的芯片在全部故障之前能够被识别出不再有性能下降，并且其可靠性已有较大改善。另一方面，在无源部件的数量增加之后，越来越重要的是，使得所有影响传输质量的部件处于监控之中。

发明内容

因而，下面力求以最小的花费来检测光纤放大器的所有部件的影响系统的传输质量的老化效应。

这个任务的解决方案在其方法方面通过一种具有以下特征的方法来实现：按照所述方法确定第一放大光纤的输入上和最后的放大光纤的输出上的输入和输出功率，根据所述输入和输出功率或其光子通量并且在泵源的当前抽运功率中执行光子结算，根据所述光子结算在考虑所述光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下算出所述泵源的理论上需要的抽运功率，根据在所述当前和理论上需要的抽运功率之间的偏差的类型，得到所述光纤放大器的部件老化的结论。而在其装置方面则通过一种具有以下特征的监控设备来实现：所述光纤放大器具有与泵源连接的至少一个放大光纤，其中在第一放大光纤的输入上和在最后的放大光纤的输出上连接有功率测量装置；将所述功率测量装置的输出信号和当前抽运功率的分析信号输送给控制模块的输入；并且所述控制模块具有计算机，所述计算机用于在考虑所述光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下算出所述泵源的理论上需要的抽运功率，所述计算包括基于输入和输出功率、光子通量以及在当前抽运功率情况下的泵源之一进行的光子结算，其中所述控制模块进一步基于所述当前和理论上需要的抽运功率之间的差的性质来确定关于所述光纤放大器的部件的老化信息；以及决策器被耦合到所述控制模块，所述决策器被配置来生成表示所述光纤放大器的所述部件的老化的信号，所述决策器响应于当前抽运功率和有效抽运功率或者相应的泵流。

下面说明的方法的核心思想是，根据所测量的光纤放大器的放大器级的输入功率和输出功率，计算在开始工作时存在的条件下理论上需要的抽运功率或相应的泵的注入电流(也称为泵流)，并且将所得的值与实际存在的抽运功率或相应的泵流进行比较。该偏差是在光纤放大器中的部件老化的量度。在具有无源部件和任意的输入侧的功率分配的结构中也可采用该方法，所述无源部件具有依赖于波长的衰减。

本方法以有利的方式扩展到多个放大器级(分别具有放大光纤，在该放大光纤上可能耦合有共同的泵源)，以致，特别是如果例如放大器级之间的无源部件可是没有在那的功率测量装置，则尽管如此仍可能进行放大器级之间的监控。

由于本方法的可能的执行以及借助于软件实现监控设备，本发明不要求在光纤放大器中装入附加的测量或控制部件，所述软件例如作为网络管理中的控制例行程序。换句话说，这种解决方案以最小的花费适应于当前的光纤放大器。可是，能够实现具有物理控制模块的、基于硬件的监控设备，所述控制模块被连接到在光纤放大器中已经存在的测量设备的测量信号，并且所述监控设备可以例如利用直接的显示装置来扩展，该直接的显示装置用于可视化控制光纤放大器中所检测的老化。

通常说明一种用于检测光纤放大器的部件的老化效应的方法，在该光纤放大器中借助于与至少一个放大光纤连接的泵源来放大宽带信号。在第一放大光纤的输入上和在最后的放大光纤的输出上确定输入功率和输出功率或光子通量(Photonenfluss)。在这点上，确定表示，这些功率要么直接在相应的位置上通过功率测量装置来测量，要么从其他的被测量中推导出来。根据已知的输入功率和输出功率或光子通量，针对现存的工作状态执行光子结算(Photonenbilanz)，从该光子结算中在考虑光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下算出泵源的有效抽运功率。

根据在(例如由调节器)调整的抽运功率或泵流与理论上计算的抽运功率或泵流之间的偏差的类型，光纤放大器中的部件老化的结论是可能的。

附图说明

下面根据附图详细说明本发明的实施例。

在此：

图1示出传统的单级光纤放大器，

图2示出在根据图1的光纤放大器中在计算理论上需要的抽运功率时出现的、作为输入功率的函数的误差，

图3示出用于应用根据本发明的方法的、具有两个放大器级的装置。

具体实施方式

在图2中描述在根据图1的传统的单级光纤放大器中在计算理论上需要的抽运功率时出现的、作为总输入功率的函数的误差。

为了更好地理解图2中所描述的模拟的结果，初次详细说明，为了解决本发明的任务哪些措施是必要的。

重要的方面在于掺铒光纤EDF的依赖于波长的增益分布(Gewinnprofil)G1(λ)的正确建模。为此选择以下列式：

G1(λ)＝[-α(λ)+β(λ)·X]

其中，α和β是两个依赖于波长的特征参数，这些特征参数在本领域技术人员方面能够在测量技术上根据已知的测量方法来确定，并且直接依赖于发射和吸收的有效截面，也就是说，通过这些参数考虑到频谱发射和色散的作用。而量X是未知数，该量X在工作过程中适于连续确定。此外，还可能已知在掺铒光纤EDF的信号输入上的依赖于波长的衰减a_in以及在掺铒光纤EDF1的信号输出直到所述级的输出上的依赖于波长的衰减a_out(λ)，这些衰减的波长依赖性等可以通过增益平滑滤波器来确定。

此外假设，根据测量或基于估计已知光纤放大器的输入上的频谱功率分配S_in(λ)。因此在数学上能够如下计算光纤放大器的放大器级的输出上的功率分配S_out(λ)：

S_out(λ)＝S_in(λ)·a_in·Gi(λ)·a_out(λ)＝S_in(λ)·a_in·a_out(λ)·exp[-α(λ)+β(λ)·X]。

在下一步中，现在借助于已知的数值方法来这样确定未知数X的值，使得从在WDM信号S的信号频带内的这个计算中得到的总输出功率P_out对应于在光纤放大器的输出上测量的总功率。这种数值确定在方法的收敛性方面不是关键性的，因为光纤放大器的输出上的功率分配S_out(λ)的总功率P_out随着未知数X的值单调增加。在此，借助于功率测量装置M_IN、M_OUT来测量光纤放大器的输入和输出上的功率分配S_in(λ)、S_out(λ)的总功率P_in、P_out。现在，量X可以作为光子结算的结果来观察(根据Saleh^[1]的模型)，也就是作为在掺铒光纤EDF的输入和输出之间输入耦合的光子和发出的光子的数量之差来观察。由此得到以下方程式

X＝(1-G_pump)·p_pump+p_in-p_out-p_ASE，

从该方程式中得到针对输入耦合到光纤EDF中的泵浦光子的有效数量的确定方程式

$p_{\mathrm{pump}}=\frac{X-p_{\mathrm{in}}+p_{\mathrm{out}}+p_{\mathrm{ASE}}}{1-G_{\mathrm{pump}}}.$

在此出现的量具有以下含义：

量p_in说明每单位时间输入耦合到光纤中的光子的总和(也称为光子通量)，并且在WDM信号S的N个有效通路中根据以下规则来计算

$p_{\mathrm{in}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{in}}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)\·a_{\mathrm{in}}\·\frac{{\mathrm{\λ}}_k}{h\·c_0},$

其中λ_k(k＝1，...，n)表示单个通路的波长，并且在分数的分母中包括普朗克常数h以及真空中的光速c₀在内。在非常好的近似中，输入侧的光子通量也可以按照以下计算规则从所测量的总输入功率PTOT_in中得到

$p_{\mathrm{in}}=\mathrm{PTO}{T}_{\mathrm{in}}\·a_{\mathrm{in}}\·\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{signal}}}{h\·c_0},$

其中，分数的分子中有在真空中所接入的通路的平均波长λ_signal。

量p_out表示从光纤中发出的光子的总和，并且在数学上按此得到

$p_{\mathrm{out}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{in}}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)\·a_{\mathrm{in}}\·\frac{{\mathrm{\λ}}_k}{h\·c_0}\·\exp [-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)+\mathrm{\β}\left({\mathrm{\λ}}_k\right)\·X]..$

泵激光的增益G_pump(λ_pump)为

其中利用λ_pump表示泵激光的波长。

为了即使放大器级的输入上的功率小时也要达到足够的精度，在光子结算(在对Saleh^[1]的模型的扩展中)中引入另一项p_ASE作为出现的放大自发辐射ASE(ASE＝Amplified Spontaneous Emission)的ASE功率，该项p_ASE考虑到在输入侧和输出侧由于放大自发辐射而离开掺杂光纤的ASE光子。利用已介绍的根据图1的结构，不可能在测量技术上检测放大自发辐射ASE，因为没有装设相应的设备。但是，放大自发辐射ASE近似地通过以下方式来考虑，即在补偿组件时不将信号光输入耦合到光纤中，并且将ASE功率p_ASE作为量X的函数记下。严格地说，所产生的ASE功率虽然不是仅仅依赖于量X，而是更准确地说还依赖于沿着光纤轴的反相的变化过程，所述量X与在放大器光纤中的平均反相成正比。但是，这种依赖性在这点上可以忽略，因为这一项仅仅在输入功率小时才有意义。

在制造具有光纤放大器的放大器卡之后，在所属的补偿方面必须既针对功率调节器又针对上述的监控设备确定特征参数。ASE功率可以通过以下方式来确定，即在输入光很微弱或消失时改变抽运功率，以致得到量X的不同值。在精确已知开始工作时的实际抽运功率之后，可以间接从结算方程式中计算量X，或将该量X存储在表中，以致不需要测量ASE功率。

通过将泵源发出的光子通量p_pump乘以单个泵浦光子的能量，直接得到输入耦合到放大光纤中的抽运功率P_{pump_eff}。但是，这只描述有效抽运功率，因为在上面的列式中未考虑非线性效应、如泵激光的“受激吸收”。但是，这可以事后通过如下的校正计算进行，

$P_{\mathrm{pump}\_\mathrm{korr}}=P_0\·\left[\exp \right\{\frac{P_{\mathrm{pump}\_\mathrm{eff}}}{P_0}\}-1]$

其中，P_{pump_korr}是校正过的有效抽运功率，而P₀是针对所应用的放大光纤的特征功率。通过乘以泵浦路径中的损耗，从中得到实际由泵输出的抽运功率P_pump。

由于背光二极管MD只能非常不精确地测量由泵源PQ输出的抽运功率P_pump，所以相比于基于功率的比较，更偏向基于泵流来比较理论上需要的值和实际的值。

泵浦二极管在输出之前被测量。作为泵流的函数的输出功率的文档是标准。因而，以这个曲线(当然再次仅仅在开始工作时存在的关系下(BOL＝寿命初期(Begin of life)))作为已知为前提。因此，以针对BOL条件需要计算的抽运功率P_pump为出发点，计算针对现存的工作状态在BOL条件下需要的泵流，并且将该泵流与所测量的值进行比较。

通过上述方法检测以下误差机制：

降低的泵浦模块的效率：所有导致抽运功率的效率降低的机制会导致在计算泵流时增加的电流，并且以高灵敏度来检测。也就是说，如果当前的泵流高于有效泵流，则确定泵源的效率降低。

增加的泵浦路径中的损耗：泵浦路径中衰减的增加会导致需要的抽运功率的线性增加，并且因此同样以高灵敏度来检测。也就是说，如果当前抽运功率相对有效抽运功率线性增加，则确定泵浦路径(例如在泵源和放大光纤之间)中的损耗。

增加的放大器输出上的损耗：掺铒光纤的输出功率在饱和工作时特别依赖于抽运功率。输出上的衰减的增加导致，必须在掺铒光纤的末端调整较高的功率，以便达到预定的输出功率。这种增加几乎线性地传染给需要的抽运功率并且因此同样以高灵敏度来检测。也就是说，放大光纤的输出上的损耗的增加导致必需的抽运功率的增加，并且因此导致在所测量的值与针对BOL条件所计算的参考值(抽运功率/泵流)之间的更大的偏差。

增加的放大器输入上的损耗：这个误差机制是关键性的，因为该误差机制仅仅在很小的程度上导致抽运功率的增加，并且因此仅仅能够检测衰减的较大增加。尽管如此，当频谱分辩的功率表位于放大器输出上时，能够检测到这个误差，因为光纤放大器对此以倒相增益频谱来做出反应。

在阐述了这些方法方面之后，现在详细说明图2。

为了验证所述方法，借助于针对不同工作状态和八个不同的固定的抽运功率10、20、50、100、150、200、250、300mW的模拟，确定在放大器的输出上得到的总功率PTOT_out，其中在放大器级的输入上调整的每个通路的功率在-45dBm和0dBm之间变化，以及通路数量在1和80之间变化。因此考虑到很大数量的可能的工作状态。由于所有相关的掺铒光纤中的效应借助于为此应用的模拟工具被考虑到，所以这个行为近似等效于通过实验确定输出功率。

借助于上述的方法，针对这些工作状态中的每一个，按照上述方法计算需要的抽运功率P_pump-eff。在理想情况下，在此应得到在模拟中调整的抽运功率值，因为未出现老化。但是，在本模型中某些近似导致在实际抽运功率和借助于所述方法计算的功率值之间的偏差，这些偏差在图2中作为总输入功率PTOT_in(单位为dBm)的函数来描述。所叠加的曲线连接工作点的结果，该工作点的同一抽运功率以及相同的通路数量是共同的。

根据图2，在所有考察的放大器级的输入上的总功率范围内，相对偏差DEV小于11％。针对大于-10dBm的输入功率PTOT_in，相对偏差DEV甚至最大为5％。此外，在输入功率很大和很小时，偏差显而易见地小。在典型的工作点中，监控方法的误差DEV因此小于5％。

为了达到抽运功率计算的最大精度，在光纤放大器的输入上的输入功率频谱应是已知的。当频谱分辩的功率表位于前述的放大器单元的输出上时，能够相对精确地确定所述输入功率频谱。因此，可以建立在前述的放大器单元的输出上的输出频谱，在该输出频谱上进行针对后面的放大器级(如图1所示)的计算。如果不存在关于前述的频谱的功率分配的数据，则例如针对每个有效通路(该通路覆盖在OSC通路(光监控通路(Optical Supervisory Channel))上可能已知)采用输入上的功率，并且这个值应如此选择，以致得到所测量的总输入功率。

如果光纤放大器由多个具有在其输入和输出上确定功率的可能性的级组成，则可以针对每一级分开应用这种方法。但是，当两个或多个级使用共同的泵并且缺少功率说明时，出现附加的困难。下面说明针对这种情况的解决方案。

图3示出通过以下方式对图1的扩展，即替代图1中的单级光纤放大器，将本发明用于两级光纤放大器。这个光纤放大器的特殊之处在于，两个级分享同一个泵。以图1为出发点，在图3中两个放大器级V1、V2与可变的衰减器ATT串联。根据图1，第一放大器级V1具有输入功率测量装置M_IN、借助于第一泵频信号PS1与泵源PQ的连接和两个隔离器ISO1、ISO2，所述第一泵频信号PS1经由第一耦合器CPL1进入第一放大光纤EDF1。根据图1的滤波器F在这里通过衰减器ATT来替代，该衰减器ATT作为总的光纤放大器V1+V2的无源部件使得在第二放大器级V2上传输还要放大的信号S成为可能。图3中的放大器级V2相对于图1不具有输入功率测量装置M_IN，可是具有输出功率测量装置M_OUT、借助于第二泵频信号PS2与泵源PQ的连接、两个隔离器ISO3、ISO4和连接在输出功率测量装置M_OUT之前的平滑滤波器F，所述第二泵频信号经由第二耦合器CPL2进入第二放大光纤EDF2。在此，两个放大光纤EDF1、EDF2具有相同的类型，并且借助于唯一的泵源PQ的光电二极管辐射装置来抽运。为了产生两个泵频信号PS1、PS2，在泵源PQ的输出和各自的耦合器CPL1、CPL2的输入之间连接分束器(Strahlteiler)BS。在这里，对此需要注意的是，在两个放大器级V1、V2之间不存在功率表，尽管如此可能进行质量监控。

下面描述的方法的核心思想是，根据在第一放大器级V1的输入上和在第二放大器级V2的输出上测量的输入功率和输出功率，计算在开始工作时存在的条件下(理论上)需要的抽运功率或相应的用于产生泵频信号PS1、PS2的泵源PQ的注入电流，并且将这样所获得的值与实际存在的泵流进行比较。该偏差是在光纤放大器中的部件老化的量度。本方法即使在具有无源部件和任意的输入侧的功率分配的结构中也是可采用的，所述无源部件具有依赖于波长的衰减。

在第一步中，类似于已经提及的单级光纤放大器中说明的方法来确定量X，该量X借助于光子通量p_in、p_out、p_pump描述光子结算。但是在本情况下，现在这种光子结算包括两个耦合的放大器级V1、V2。在此，衰减器ATT的已知的衰减同样如已经引用的无源损耗那样来处理。重要的前提是，在两级中均采用同一类型的掺铒光纤。

抽运功率P_pump按照固定的划分比例被划分在两个放大器级V1、V2上。因此，关于光子通量p_in、p_out、p_pump得到以下方程式

X＝(1-G_pump)·p_pump+p_in-p_out+p_in·G₁·(a-1)，

其中，a表示包括在两个级V1、V2之间的衰减器ATT的无源部件的传输，而G1表示所估计的第一放大器级V1的平均增益，以及为了明确本发明的主题的缘故而在该方程式中忽略放大自发辐射ASE的量。因此，可以从相应的如下的光子通量p_pump中推导出有效抽运功率P_{pump_eff}：

$p_{\mathrm{pump}}=\frac{X-p_{\mathrm{in}}+p_{\mathrm{out}}-p_{\mathrm{in}}\·G_1\·(a-1)}{1-G_{\mathrm{pump}}}.$

在监控两个具有共同的泵的放大器级时，由此得到困难，即表示第一放大器级V1的平均增益的增益G₁的量是未知的。其他的量在已经提及的发明报告中是已定义的。

可是，第一放大器级V1的平均增益可以通过以下方式迭代地确定，即应用在[2]中给出的用于对掺铒光纤放大器的级进行建模的方法之一，并且针对抽运功率应用估计值，该估计值从激光器二极管电流或者但是监视二极管信号中导出。然后，在应用上面给出的公式的情况下计算改进的抽运功率的估计值。利用这个新值，再次估计量G₁，这接着导致改进的抽运功率的估计值。现在，这种方法可以迭代地继续进行，直到满足预定的收敛标准。

最后，还必须将例如p_in的光子通量换算成例如P_in的功率，并且可能地通过校正计算来考虑泵激光的“受激吸收”的效应。其他的行为对应于单个放大器级的情况。

在装置方面，为了执行已经说明的方法，可以将一种针对宽带信号S的光纤放大器的监控设备连接到该光纤放大器，所述光纤放大器具有与至少一个泵源PQ相连接的至少一个放大光纤EDF1、EDF2、...、EDFn，其中功率测量装置M_IN、M_OUT至少被连接到第一放大光纤EDF1的输入和最后的放大光纤EDFn的输出。

如已经提及的那样，替代硬件部件，所述监控设备也可以完全借助于软件来实现。在这种情况下，所述监控设备可以作为控制例行程序在网络管理中实施，其中在光纤放大器中已经存在的测量信号(如来自功率测量装置M_IN、M_OUT)用作软件的输入参数。在所检测到的老化效应中，所述控制例行程序再度直接通过计算机的屏幕或者借助于匹配的显示装置、如光电二极管或声学信号发生器发出报警信号。功率测量装置M_IN、M_OUT的输出信号S_in、S_out和当前抽运功率P_pump、必要时当前泵流的分析信号S_pump被输送给控制模块CTRL的输入。该(基于软件或硬件的)控制模块CTRL具有这样的计算机，该计算机用于根据光纤放大器的部件在开始工作时的特性来确定理论上的抽运功率P_{pump_eff}、必要时确定有效泵流。为了形成关于光纤放大器的部件老化的结论，所述控制模块CTRL具有决策器，该决策器的主要输入参数是当前抽运功率P_pump和有效抽运功率P_{pump_eff}、必要时是当前泵流和有效泵流。在决策器之后可以连接部件的老化状态的(例如可视化的)显示装置，因此操作人员能够清楚地识别出，哪些部件已老化。

此外，在软件支持的控制模块CTRL中，可以应用具有程序的数据载体，该程序可被加载到控制模块CTRL中，其中当执行所提到的程序时，控制模块CTRL执行根据本发明的方法。因此，对于技术人员来说，更容易实施软件的可能的扩展或更新、例如在网络管理中以及在本地可携带的监控设备中。

参考文献

[1]Saleh et al.，″Modeling of gain in erbium-doped fiberamplifier”，IEEE Photonics Technology Letter，Vol.2，pp.714-717(1990)

[2]E.Desurvire，D.Bayart，B.Desthieux，S.Bigo：ERBIUM-DOPED FIBER AMPLIFIERS，Device and System Developments，JohnWiley，New York，2002，pp.11-61.

Claims (20)

1.用于检测光纤放大器的部件的老化效应的方法，在所述光纤放大器中借助于与至少一个放大光纤(EDF1、EDF2、...、EDFn)连接的泵源(PQ)来放大宽带信号(S)，

其中，确定第一放大光纤(EDF1)的输入上和最后的放大光纤(EDFn)的输出上的输入和输出功率(P_IN、P_OUT)，

其特征在于，

根据所述输入和输出功率(P_IN、P_OUT)或其光子通量并且在所述泵源(PQ)的当前抽运功率(P_PUMP)中执行光子结算，根据所述光子结算在考虑所述光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下算出所述泵源(PQ)的在理论上需要的抽运功率(P_{PUMP_EFF})，

根据在所述当前和在理论上需要的抽运功率(P_PUMP、P_{PUMP_EFF})之间的偏差的类型，得到所述光纤放大器的部件老化的结论。

2.按照权利要求1所述的方法，

其特征在于，

借助于校准数据，计算为了保持在开始工作时存在的工作状态在理论上需要的抽运功率或相应的泵流，并且将该在理论上需要的抽运功率或相应的泵流与实际调整过的抽运功率进行比较，以致确定在所述当前和在理论上需要的抽运功率(P_PUMP、P_{PUMP_EFF})之间的偏差，其中由实际调整过的抽运功率通过乘以泵浦路径中的损耗得到当前的抽运功率。

3.按照权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

针对包含所述放大光纤(EDF1、EDF2、...)之一的放大器级(V1、V2、...)，如下对依赖于波长的增益分布Gi(λ)(G1(λ)、G2(λ)、...)进行建模：

Gi(λ)＝[-α(λ)+β(λ)·X]其中i＝1，2，...

其中α(λ)，β(λ)是依赖于波长的参数，所述参数在测量技术上已被确定并且通过所述参数考虑频谱发射和吸收的作用，

并且其中量X被确定为在放大光纤(EDF1、EDF2、...)的输入和输出之间输入耦合和发出的光子的数量的差。

4.按照权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在单个放大器级(V1)中，如在下列方程式中那样来计算所述量X：

X＝(1-G_pump)·p_pump+p_in-p_out-p_ASE

其中p_IN、p_OUT、p_pump表示输入光子通量、输出光子通量、泵浦光子通量，而p_ASE表示放大自发辐射的光子通量部分，以及

其中G_pump在泵浦波长λ_pump上如下来定义：

5.按照权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在两个放大器级(V1、V2)中，如在下列方程式中那样来计算所述量X：

X＝(1-G_pump)·p_pump+p_in-p_out+p_in·G₁·(a-1)

其中p_IN、p_OUT、p_pump、a、G₁表示输入光子通量、输出光子通量、泵浦光子通量、如在所述两个放大器级(V1、V2)之间的衰减的传输系数和迭代确定的第一放大器级(V1)的平均增益值，以及

其中泵浦增益G_pump在泵浦波长λ_pump中如下定义：

6.按照权利要求5所述的方法，

其特征在于，

两个串联的放大器级(V1、V2)包含相同的放大光纤(EDF1、EDF2)，以及

所述泵源(PQ)的抽运功率(P_pump)被分配在所述两个放大器级(V1、V2)上。

7.按照权利要求3所述的方法，

其特征在于，

确定所述未知的量X来使得基于在WDM信号(S)的信号频带内的数学计算出现的、所述光纤放大器的输出上的总功率对应于所测量的总功率，并且从中确定所述在开始工作时在理论上需要的抽运功率。

8.按照权利要求7所述的方法，

其特征在于，

在所述第一放大光纤(EDF1)的输入上测量频谱功率分配S_in(λ)，以及

在所述最后的放大光纤(EDFn)的输出上如在以下方程式中那样计算频谱功率分配S_out(λ)：

S_out(λ)＝S_in(λ)·a_in·Gi(λ)·a_out(λ)＝S_in(λ)·a_in·a_out(λ)·exp[-α(λ)+β(λ)·X]

其中a_in、a_out(λ)是已知的不依赖于波长或依赖于波长的、在放大光纤的输入上和输出上的衰减。

9.按照权利要求3所述的方法，

其特征在于，

通过了解所述量X，借助于特征化的光纤数据对所述光纤放大器的单级的增益进行建模。

10.按照权利要求3所述的方法，

其特征在于，

所述量X被视为光子结算，并且从中确定所述在开始工作时在理论上需要的抽运功率。

11.按照权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

将单个泵源的所述抽运功率分配到多个相继的放大光纤上，在所述多个相继的放大光纤之间测量或者推导出信号功率。

12.按照权利要求2所述的方法，

其特征在于，

为了确定所述泵源的效率下降，当前泵流高于所述在理论上需要的泵流。

13.按照权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

为了确定泵浦路径中的损耗、也就是在泵源和放大光纤之间的损耗，相对于所述在理论上需要的抽运功率，线性地提高所述当前抽运功率。

14.按照权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

为了确定放大光纤的输出上的损耗，必要时基于所述放大光纤的输出上的衰减增加，相对于所述在理论上需要的抽运功率，线性地提高在那的当前抽运功率。

15.按照权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

为了确定放大光纤的输入上的损耗，相对于所述在理论上需要的抽运功率，略微提高在那的当前抽运功率，将测量在那里的信号的功率频谱的倒相用作其他的辅助装置。

16.针对宽带信号的光纤放大器的监控设备，所述光纤放大器具有与泵源(PQ)连接的至少一个放大光纤(EDF1、EDF2、...、EDFn)，其中在第一放大光纤(EDF1)的输入上和在最后的放大光纤(EDFn)的输出上连接有功率测量装置(M_IN、M_OUT)，

其特征在于，

将所述功率测量装置(M_IN、M_OUT)的输出信号(S_in、S_out)和当前抽运功率(P_pump)的分析信号(S_pump)、必要时当前泵流输送给控制模块(CTRL)的输入，

所述控制模块(CTRL)具有计算机，所述计算机用于在考虑所述光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下计算所述泵源的在理论上需要的抽运功率，其中所述计算包括根据所述输入和输出功率或其光子通量和所述泵源的当前抽运功率执行光子结算，其中所述控制模块(CTRL)根据所述当前和在理论上需要的抽运功率之间的差来确定关于所述光纤放大器的部件的老化信息；以及

所述控制模块(CTRL)具有决策器，其中所述决策器基于在所述当前和在理论上需要的抽运功率或者相应的泵流之间的偏差生成表示所述光纤放大器的所述部件的老化的信号。

17.按照权利要求16所述的监控设备，

其特征在于，

所述控制模块(CTRL)、也就是所述计算机和所述决策器被实现为基于软件的平台，该平台由网络管理来控制，并且该平台的作用是报告基于所述光纤放大器中的老化的技术缺陷。

18.按照权利要求16所述的监控设备，

其特征在于，

所述控制模块(CTRL)至少被装设为可携带的监控单元的部分。

19.按照权利要求16至18之一所述的监控设备，

其特征在于，

在所述决策器之后连接有部件的老化状态的显示装置。

20.用于检测光纤放大器的部件的老化效应的设备，在所述光纤放大器中借助于与至少一个放大光纤(EDF1、EDF2、...、EDFn)连接的泵源(PQ)来放大宽带信号(S)，

所述设备具有用于确定第一放大光纤(EDF1)的输入上和最后的放大光纤(EDFn)的输出上的输入和输出功率(P_IN、P_OUT)的装置，

其特征在于，

所述设备具有用于根据所述输入和输出功率(P_IN、P_OUT)或其光子通量并且在所述泵源(PQ)的当前抽运功率(P_PUMP)中执行光子结算的装置，其中，根据所述光子结算在考虑所述光纤放大器的部件在开始工作时的特性的情况下算出所述泵源(PQ)的在理论上需要的抽运功率(P_{PUMP_EFF})，以及

所述设备具有用于根据在所述当前和在理论上需要的抽运功率(P_PUMP、P_{PUMP_EFF})之间的偏差的类型来得到所述光纤放大器的部件老化的结论的装置。