DE102007019345B4

DE102007019345B4 - Verfahren und Einrichtung zur Überwachung eines optischen Verstärkers, insbesondere eines optischen Faserverstärkers

Info

Publication number: DE102007019345B4
Application number: DE102007019345A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Ing. Eiselt
Original assignee: Adva Optical Networking SE
Current assignee: Adva Optical Networking SE
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: US7982865B2; DE102007019345B9; DE102007019345A1; US20080285016A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines optischen Verstärkers, insbesondere eines optischen Faserverstärkers,
(a) welcher einen optischen Eingangsport (3) und einen optischen Ausgangsport (5) aufweist, zwischen welchen sich ein optischer Pfad (7) erstreckt, in dem ein optisches Verstärkungsmittel (9) angeordnet ist,
(b) welcher mindestens eine Pumpquelle (19) aufweist, deren optische Pumpleistung (P_pump) über eine Koppeleinheit (17) dem optischen Pfad (7) zugeführt ist,
(c) wobei die dem Eingangsport (3) des optischen Verstärkers (1) zugeführte optische Eingangs-Signalleistung (P_in) und die am Ausgangsport (5) des optischen Verstärkers (1) abgegebene optische Ausgangs-Signalleistung (P_out) erfasst werden und
(d) wobei die Verstärkung (G) des optischen Verstärkers (1) auf einen vorbestimmten Sollwert gesteuert oder geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
(e) dass die optische Pumpleistung (P_pump) näherungsweise als dem elektrischen Pumpstrom (I_pump) direkt proportional vorausgesetzt wird wobei die einer zeitlichen Degradation unterliegende, zeitvariante Proportionalitätskonstante mit α(t) bezeichnet wird,
(f) dass die funktionale Abhängigkeit der optischen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines optischen Verstärkers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruch 12.
Optische Verstärker, beispielsweise Faserverstärker, die eine Erbium-dotierte Faser verwenden (sogenannte Erbium-doped fiber amplifiers (EDFA)) werden in optischen Übertragungssystemen eingesetzt, um ein optisches Nutzsignal zu verstärken, welches nach Durchlaufen einer entsprechend langen Faserstrecke so stark gedampft wurde, dass eine Verstärkung des Signals erforderlich ist. In einem optischen Verstärker kann die direkte Verstärkung des optischen Signals erfolgen, ohne dass, wie beim Einsatz einer elektrischen Verstärkung des Signals, zunächst eine optisch-elektrische Wandlung und anschließend an die elektrische Signalverstärkung eine elektrisch-optische Wandlung des Signals erforderlich wäre. In einem optischen Verstärker wird üblicherweise die erforderliche Pumpleistung mittels einer eine Laserdiode aufweisenden Pumpquelle erzeugt, wobei die Mittenwellenlänge dieser Pumplaserdiode beispielsweise im Bereich von 980 nm oder im Bereich von 1480 nm liegt. Die Pumpleistung wird mittels eines Kopplers in Richtung auf das optische Verstärkungsmedium, beispielsweise eine Erbium-dotierte Pumpfaser, in den Übertragungspfad zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport des optischen Verstärkers eingekoppelt. Die Pumpleistung wird von den Erbium-Atomen absorbiert, wobei das zu verstärkende optische Signal, welches ebenfalls die Pumpfaser durchläuft, die auf ein erhöhtes Energieniveau angeregten Erbium-Atome zu einer stimulierten Emission anregt. Das auf diese Weise erzeugte Licht weist somit im Wesentlichen dieselbe Frequenz und dieselbe Phasenlage auf, wie das zu verstärkende, optische Nutzsignal, welches hierdurch auf rein optische Weise verstärkt wird. Die optische Verstärkung G, welches durch das Verhältnis der Leistung des am Ausgangsport verfügbaren, verstärkten optischen Signals P_out dividiert durch die dem Verstärker am Eingangsport zugeführte optische Leistung P_in definiert ist, weist unter anderem eine Abhängigkeit vom Grad der Erbium-Dotierung und von der optischen Pumpleistung auf. Je höher die Pumpleistung P_pump, umso größer ist die optische Verstärkung G.
Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass zur Verstärkung eines optischen Eingangssignals P_in mit höherer Leistung auch eine größere Pumpleistung erforderlich ist, um dieselbe Verstärkung G zu erzeugen. Die von der Pumplaserdiode erzeugte Pumpleistung P_pump ist dabei in guter Näherung dem durch die Pumplaserdiode fließenden elektrischen Pumpstrom I_pump direkt proportional, d. h. es gilt: Ppump = α·Ipump,wobei mit α die Proportionalitätskonstante bezeichnet ist. Selbstverständlich ist dabei zu berücksichtigen, dass diese Beziehung für sehr kleine Pumpströme nicht gilt. Für den interessierenden Bereich der optischen Pumpleistung P_pump stellt diese Beziehung jedoch eine gute Näherung dar.
Da ein Teil der elektrischen Leistung, welche der Pumplaserdiode zugeführt wird, in thermische Verlustleistung umgesetzt wird, ist der Pumpstrom auf einen maximalen Wert I_pump,max begrenzt. Wird diese Schwelle für den Pumpstrom überschritten, so erfolgt eine Zerstörung der Pumplaserdiode. Damit ist jedoch auch die maximal mögliche optische Pumpleistung auf einen maximalen Wert P_pump,max begrenzt.
Typischerweise wird bei einem optischen Verstärker die Pumpleistung P_pump in Abhängigkeit von der Leistung des zu verstärkenden optischen Signals P_in und von der Leistung des optischen Ausgangssignals so geregelt, dass ein vorbestimmter Wert für die Verstärkung G eingehalten wird. Wird die Eingangs-Signalleistung P_in, welche dem Eingangsport des Verstärkers zugeführt wird, erhöht, beispielsweise weil in einem optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem weitere optische Kanäle hinzugefügt werden, so muss auch die erforderliche optische Pumpleistung P_pump und damit der Pumpstrom I_pump erhöht werden, um die optische Verstärkung G auf dem gewünschten Wert konstant zu halten.
In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass insbesondere die Pumplaserdiode Alterungseffekten unterliegt, die unter dem Begriff Degradation zusammengefasst werden. Mit anderen Worten, mit zunehmender Alterung einer Pumplaserdiode muss der Pumpstrom I_pump erhöht werden, um die optische Pumpleistung P_pump auf einem konstanten Wert zu halten. Dieser Umstand wird in der vorgenannten Proportionalitätsbeziehung dadurch berücksichtigt, dass eine Zeitvarianz der Proportionalitätskonstante α(t) eingeführt wird. Dieser Sachverhalt ist aus der schematischen Darstellung in 2 ersichtlich. Diese Darstellung zeigt den Alterungseffekt einer Pumplaserdiode, die zu einem Zeitpunkt t₀ den steilsten Zusammenhang zwischen den Größen I_pump und P_pump aufweist und zu einem späteren Zeitpunkt t₂ den entsprechenden Zusammenhang zwischen diesen Größen der geringsten Steigung. Mit anderen Worten, die Proportionalitätskonstante α(t) nimmt mit der Zeit ab.
Nimmt die Degradation der Pumplaserdiode mit der Zeit so weit zu, dass der Pumpstrom den maximalen Wert I_pump,max erreicht hat und nicht mehr weiter gesteigert werden kann, um eine Zerstörung der Pumplaserdiode zu vermeiden, so wird die Verstärkung G des Verstärkers reduziert, wodurch sich die Performance des betreffenden optischen Übertragungssystems verschlechtert. Bei typischen, bekannten optischen Verstärkern für optische Übertragungsstrecken wird daher ein Alarmsignal erzeugt, wenn der maximale Wert für den Pumpstrom I_pump,max oder ein geringfügig darunter liegender Wert, der noch eine gewisse Sicherheitsmarge gewährleistet, erreicht ist. Bei optischen Übertragungssystemen, bei denen ein optischer Verstärker zunächst relativ weit unterhalb des maximal zulässigen Pumpstroms I_pump,max betrieben wird, wird keinerlei Alarm ausgelöst, auch wenn die Pumplaserdiode bereits beträchtlich gealtert ist, jedoch nach wie vor für das Erzielen der vorbestimmten Verstärkung G ein Pumpstrom I_pump < I_pump,max ausreicht.
Waren das optische Übertragungssystem und der optische Verstärker jedoch von Anfang an auf die Verstärkung größerer Eingangsleistungen am Eingang des optischen Verstärkers ausgelegt, so kann der Fall eintreten, dass nach einer bestimmten Alterungszeit die maximal mögliche Pumpleistung P_pump,max der Pumplaserdiode nicht mehr ausreicht, um bei einer dann vorgenommenen Erhöhung der dem Verstärker zugeführten optischen Eingangsleistung P_in auf einen Wert innerhalb der ursprünglichen Spezifikation den vorbestimmten Wert G für die Verstärkung aufrecht zu erhalten. Damit verschlechtert sich jedoch die Performance des gesamten Übertragungssystems. Dieser Fall kann beispielsweise dann auftreten, wenn in einem Wellenlängenmulitplex-Übertragungssystem nach einer gewissen Alterungszeit weitere Kanäle hinzugefügt werden. Da die maximal mögliche Pumpleistung P_pump,max nicht mehr ausreicht, werden auch die ursprünglich vorhandenen Kanäle beeinträchtigt. Dies ist jedoch nicht akzeptabel.
Zur Regelung der optischen Verstärkung ist aus der EP 1 349 299 B1 ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bekannt, wobei mittels einer Feedforward-Einheit aus der optischen Eingangsleistung des optischen Verstärkers ein erstes Steuersignal abgeleitet wird, wobei hierfür ein linearer Zusammenhang zwischen der Eingangsleistung und dem Pumpstrom vorausgesetzt wird, und wobei mittels einer Feedback-Einheit ein zweites Steuersignal auf Basis der optischen Eingangsleistung und der optischen Ausgangsleistung erzeugt wird. Die optische Pumpeinheit steuert die optische Pumpleistung, welche dem optischen Pumpmedium zugeführt wird, abhängig von dem erzeugten ersten und zweiten Steuersignal. Bei diesem Verfahren kann das erste Steuersignal auch einen Alterungsfaktor mit berücksichtigen. Das Treffen einer Aussage über eine zu einem aktuellen Zeitpunkt noch zur Verfügung stehenden Leistungsreserve lässt dieses Verfahren jedoch nicht zu.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines optischen Verstärkers zu schaffen, welches sicherstellt, dass eine beabsichtigte Erhöhung der dem Verstärker zugeführten Eingangsleistung nicht zu einer Reduzierung des Werts für die optische Verstärkung G führt. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 12.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Zusammenhang zwischen der Pumpleistung P_pump, die für die Verstärkung eines Eingangssignals mit der Eingangs-Signalleistung P_in mit einer vorbestimmten Verstärkung G erforderlich ist, im Wesentlichen keiner Degradation unterliegt und daher für den betreffenden optischen Verstärker (oder auch eine bestimmten Type eines optischen Verstärkers, wenn eine ausreichend kleine Streuung der Eigenschaften der einzelnen Komponenten gewährleistet werden kann) einmalig ermittelt und beispielsweise gespeichert werden kann. Anstelle des oder zusätzlich zu dem Parameter P_in kann selbstverständlich auch die Ausgangs-Signalleistung P_out in diesen Zusammenhang mit einbezogen werden, da die beiden Größen über die Verstärkung G unmittelbar zusammenhängen.
Damit kann für eine gegebene (aktuelle) Eingangs-Signalleistung P_in,1 und/oder eine gegebene (aktuelle) Ausgangs-Signalleistung P_out,1 aus diesem einmalig bestimmten Zusammenhang die erforderliche Pumpleistung P_pump,1 ermittelt werden.
Unter der Voraussetzung einer direkten Proportionalität zwischen der optischen Pumpleistung P_pump und dem elektrischen Pumpstrom I_pump kann dann aus diesen beiden Größen die für den betreffenden Zeitpunkt t₁ gültige, aktuelle zeitvariante Proportionalitätskonstante α(t₁) bestimmt werden. Der momentane Pumpstrom I_pump,1 kann dabei in üblicher Weise durch direkte oder indirekte Messung erfasst werden oder aber von der Ansteuereinheit der Pumpquelle als analoger oder digitaler Wert geliefert werden.
Unter Verwendung des so bestimmten Werts für die aktuell gültige Proportionalitätskonstante α(t₁) kann dann mit dem ebenfalls bekannten, maximal zulässigen Wert I_pump,max für den Pumpstrom die maximal mögliche Pumpleistung P_pump,max berechnet werden. Unter Verwendung des bekannten Zusammenhangs zwischen der Pumpleistung P_pump und der optischen Eingangs-Signalleistung P_in bzw. der optischen Ausgangs-Signalleistung P_out kann dann mittels des in der vorstehenden Weise ermittelten Werts für die maximale Pumpleistung P_pump,max der zugehörige maximale Wert für die optische Eingangs-Signalleistung P_in,max bzw. der maximale Wert für die optische Ausgangs-Signalleistung P_out,max bestimmt werden. Ist der Zusammenhang zwischen der Pumpleistung und der optischen Eingangs-Signalleistung bzw. der optischen Ausgangs-Signalleistung nur als funktionale Abhängigkeit in einer Richtung bekannt, so kann hierfür eine Invertierung der betreffenden Abhängigkeit erforderlich sein.
Damit kann vor einer beabsichtigten Aufschaltung einer gewünschten optischen Leistung P_in auf den Eingangsport des Verstärkers festgestellt werden, ob unter der Voraussetzung, dass ein vorbestimmter Wert für die Verstärkung G eingehalten werden soll, die Pumpquelle des Verstärkers in der Lage ist, die hierfür nötige Pumpleistung zu liefern. Ist dies nicht möglich, so kann bereits vorab ein Fehlersignal erzeugt werden.
Dieses Verfahren kann selbstverständlich auch so angewandt werden, dass in vorbestimmten zeitlichen Abständen oder zu vorbestimmten Zeiten jeweils die maximal mögliche Eingangs-Signalleistung P_in,max bestimmt wird. Hat dieser Wert infolge der Degradation auf einen minimal zulässigen Wert abgenommen, der beispielsweise in einer Spezifikation für den Verstärker oder die betreffende Übertragungsstrecke festgelegt wurde, so kann ein Fehlersignal erzeugt werden, das anzeigt, dass der Verstärker bzw. die Übertragungsstrecke nicht mehr die Spezifikation erfüllt bzw. dass der Verstärker bzw. die Übertragungsstrecke nur noch mit geringeren optischen Leistungen betrieben werden dürfen als in der Spezifikation ursprünglich festgelegt wurde oder mit einer geringeren Verstärkung G, wenn dies die Verhältnisse erlauben.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die funktionale Abhängigkeit des Pumpstroms P_pump von der optischen Eingangs-Signalleistung P_in und/oder der optischen Ausgangs-Signalleistung P_out auch noch zusätzlich in Abhängigkeit von der Verstärkung G ermittelt und gegebenenfalls auch gespeichert werden.
Dies ermöglicht es, das Verfahren auch in der Weise durchzuführen, dass anstelle eines festen Werts für die Verstärkung G ein maximal möglicher Wert für die Verstärkung G ermittelt wird, wobei hierzu der zuvor bestimmte, maximal mögliche Wert für die Pumpleistung P_pump,max und der gewünschte Wert für die Eingangs-Signalleistung P_in bzw. der gewünschte Wert für die optische Ausgangs-Signalleistung P_out verwendet wird.
Die funktionale Abhängigkeit der Pumpleistung von der Eingangs- bzw. Ausgangsleistung und gegebenenfalls der Verstärkung kann selbstverständlich auf empirische Weise für den speziellen Verstärker oder, wie vorstehend erwähnt, exemplarisch für einen bestimmten Typ eines Verstärkers ermittelt werden, wobei letzteres nur dann möglich bzw. sinnvoll ist, wenn Komponenten mit ausreichend ähnlicher Charakteristik verfügbar sind.
Die funktionale Abhängigkeit der Pumpleistung von den vorgenannten Parameter kann selbstverständlich in Form eines Wertefelds oder auch als funktionale Abhängigkeit ermittelt und gegebenenfalls gespeichert werden.
Wird auch für die Abhängigkeit der Pumpleistung P_pump von der optischen Signal-Eingangsleistung P_in näherungsweise eine direkte Proportionalität in der Form P_pump = β(G)·P_in, wobei β(G) eine von der Verstärkung G abhängige Proportionalitätskonstante ist, so kann unter Verwendung der Proportionalität P_pump = α·I_pump der maximal zulässige Wert für die optische Eingangs-Signalleistung nach der Beziehung P_in,max = P_in,1·I_pump,max/I_pump,1 ermittelt werden, wobei die mit dem Index 1 indizierten Größen die jeweils zum aktuellen Zeitpunkt t₁ erfassten, einander entsprechenden Größen sind.
Hierdurch ist es möglich, für die maximal mögliche Eingangsleistung P_in,max bei einem gewünschten Wert für die Verstärkung G eine einfache analytische Beziehung anzugeben, wodurch deren Berechnung ohne die Anwendung numerischer Verfahren erfolgen kann.
Anstelle der Eingangs-Signalleistung P_in kann selbstverständlich auch die optische Ausgangs-Signalleistung P_out verwendet werden, welche sich durch die Multiplikation der optischen Eingangsleistung P_in mit der Verstärkung G ergibt.
Dieses Verfahren zur Überwachung eines optischen Verstärkers kann selbstverständlich auch beim Entwurf und/oder einem Upgrade einer optischen Übertragungsstrecke, die zumindest einen derartigen optischen Verstärker enthält, verwendet werden.
Vor einer Erhöhung der der Übertragungsstrecke am Eingang zugeführten optischen Leistung kann zunächst das vorbeschriebene Verfahren zur Ermittlung der vom Verstärker (bei gegebener Verstärkung G) maximal zu verstärkenden Eingangsleistung am Eingangsport des Verstärkers ermittelt werden. Der optischen Übertragungsstrecke darf dann maximal eine optische Signalleistung zugeführt werden, die am Eingang bzw. Ausgang des Verstärkers unter Berücksichtigung des vorbestimmten Werts für die Verstärkung G zu den in der vorbeschriebenen Weise bestimmten maximalen Werten für die Eingangs-Signalleistung P_in,max bzw. für die Ausgangs-Signalleistung P_out,max führt.
Handelt es sich bei der Übertragungsstrecke um eine Wellenlängenmultiplex-Übertragungsstrecke, so kann durch die Bestimmung der maximal zulässigen Werte für die Eingangs- bzw. Ausgangs-Signalleistung P_in,max bzw. P_out,max die maximale Anzahl von möglichen optischen Kanälen bestimmt werden, wenn deren einzelne optische Signalleistungen addiert werden.
Bei einem Upgrade einer bestehenden Wellenlängenmultiplex-Übertragungsstrecke kann durch das vorbestimmte Verfahren eine zwischenzeitlich möglicherweise erfolgte Degrada tion berücksichtigt werden. Es wird jeweils der im aktuellen Zeitpunkt mögliche maximale Wert für die Eingangs-Signalleistung bzw. die Ausgangs-Signalleistung P_in,max bzw. P_out,max bestimmt. Die Differenz zwischen der aktuell übertragenen Eingangs- bzw. Ausgangs-Signalleistung P_in,1 bzw. P_out,1 und den jeweils möglichen Maximalwerten P_in,max bzw. P_out,max kann dann als Leistungsreserve ΔP_in bzw. ΔP_out ermittelt werden. Diese Leistungsreserve muss größer sein, als die zusätzlich zu übertragende Leistung der hinzuzufügenden Kanäle (am Eingangsport bzw. Ausgangsport des Verstärkers). Selbstverständlich kann dabei gefordert werden, dass eine bestimmte Leistungsreserve als Sicherheit verbleiben muss, um eine künftige Degradation des Verstärkers aufzufangen.
Das Erhöhen der über die optische Übertragungsstrecke zu übertragenden Leistung kann, ausgehend von einem aktuellen Wert für die übertragene optische Leistung, auch schrittweise erhöht werden, bis die maximal zulässige Eingangs- bzw. Ausgangs-Signalleistung P_in,max bzw. P_out,max am Eingangs- bzw. Ausgangsport des Verstärkers erreicht ist. Im Fall einer Wellenlängenmultiplex-Übertragungsstrecke kann das Aufschalten von zusätzlichen Kanälen auch einzeln oder in vorbestimmten Gruppen von zwei, drei oder mehr Kanälen erfolgen. Nach jedem Schritt kann dann die noch zur Verfügung stehende Leistungsreserve ermittelt werden.
Ist geplant, eine bestimmte Anzahl von optischen Kanälen zu einem bestehenden Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem hinzuzufügen und reicht die aktuell ermittelte Leistungsreserve nicht aus, so kann der Vorgang des Aufschaltens der Kanäle entweder vollständig verhindert werden oder es wird die Anzahl der hinzuzufügenden Kanäle so begrenzt, dass die hinzuzufügende optische Gesamtleistung am Eingangsport bzw. Ausgangsport des Verstärkers kleiner ist als die zur Verfügung stehende Leistungsreserve.
Dieses Verfahren kann selbstverständlich auch für den Fall angewendet werden, dass in einem optischen Verstärker mehrere Pumpquellen enthalten sind. Es kann dann für jede Pumpquelle die zu dem jeweiligen Zeitpunkt gültige Proportionalitätskonstante α ermittelt werden. Hieraus kann dann in analoger Weise für jede Pumpquelle die maximale „Reserve" der optischen Pumpleistung oder die maximale optische Pumpleistung ermittelt werden.
Eine Einrichtung zur Überwachung eines optischen Verstärkers weist zusätzlich zu den gegenständlichen Merkmalen eines üblichen optischen Verstärkers eine Auswerte- und Steuereinheit auf, die, vorzugsweise unter Verwendung einer geeigneten Software, das vorbeschriebene Verfahren ausführt. Die Einrichtung kann entweder in den Verstärker selbst integriert oder als Teil einer übergeordneten Einrichtung, beispielsweise einer Einrichtung zur Überwachung einer optischen Überwachungsstrecke oder einer Management-Einheit zur Verwaltung einer Übertragungsstrecke oder eines Datenübertragungsnetzes, ausgebildet sein. Die Einrichtung kann selbstverständlich auch anstelle einer einzigen Pumpquelle mehrere Pumpquellen beinhalten, wobei die Leistung einer oder mehrerer Pumpquellen entweder in oder entgegen der Signalübertragungsrichtung in den optischen Pfad eingekoppelt werden kann.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Figuren näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Faserverstärkers zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 ein Diagramm der Abhängigkeit der optischen Pumpleistung P_pump vom Pumpstrom I_pump bei einer zeitlichen Degradation der Pumpquelle.
Der in 1 dargestellte Faserverstärker 1 weist einen Eingangsport 3 und einen Ausgangsport 5 auf, welche über einen optischen Pfad 7 verbunden sind. Im optischen Pfad 7 ist ein optisch aktives Medium in Form einer Verstärkungsfaser 9 vorgesehen, welche beispielsweise als Erbium-dotierte Faser ausgebildet sein kann.
Die dem Faserverstärker 1 am Eingangsport 3 zugeführte, zu verstärkende optische Eingangs-Signalleistung P_in wird mittels eines Kopplers 11 und einer Detektoreinheit 13 erfasst. Der Koppler 11 zweigt dabei nur einen geringen Teil der optischen Eingangs-Signalleistung P_in aus dem optischen Pfad 7 ab und führt diese Teilleistung der Detektoreinheit 13 zu. Da das Verhältnis k₁, welchen Teil der Eingangs-Signalleistung P_in der Koppler 11 aus dem Pfad 7 abzweigt feststeht und bekannt ist, kann die Detektoreinheit 13 den Wert für die optische Eingangsleistung P_in korrekt ermitteln und diesen einer Auswerte- und Steuereinheit 15 zuführen.
In Richtung der Signal-Übertragung nach dem Koppler 11 ist im optischen Pfad 7 ein weiterer Koppler 17 vorgesehen, welcher die Pumpleistung P_pump, die am Ausgang einer optischen Pumpquelle 19 abgegeben wird, in Richtung auf das optische Verstärkungsmedium 9 im optischen Pfad 7 einkoppelt. Durch die bekannten Mechanismen tritt innerhalb des optischen Verstärkungsmediums 9 eine Verstärkung des dem Eingangsport 3 des Faserverstärkers 1 zugeführten Eingangssignals mit der Eingangs-Signalleistung P_in auf. Ein Teil des verstärkten Ausgangssignals wird mittels eines vor dem Ausgangsport 5 im optischen Pfad 7 angeordneten weiteren Kopplers 21 ausgekoppelt und einer weiteren Detektoreinheit 23 zugeführt. Da das Teilverhältnis des Kopplers 21 wiederum feststeht und bekannt ist, kann die Detektoreinheit 23 die optische Ausgangsleistung P_out des am Ausgangsport 5 abgegebenen, verstärkten optischen Signals ermitteln. Dieser Wert wird ebenfalls der Auswerte- und Steuereinheit 15 zugeführt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 15 steuert die Pumpquelle 19 vorzugsweise so an, dass ein vorbestimmter Wert für die Verstärkung G eingehalten wird, wobei die Verstärkung G als Verhältnis der optischen Ausgangs-Signalleistung P_out und der optischen Eingangs-Signalleistung P_in definiert ist.
Der Auswerte- und Steuereinheit 15 ist des Weiteren der Zusammenhang zwischen der Pumpleistung P_pump und der zu verstärkenden Eingangs-Signalleistung P_in bei jeweils dem bestimmten Wert für die Verstärkung G bekannt. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise als funktionale Abhängigkeit P_pump = f(G, P_in) gespeichert sein. Die Speicherung kann in Form eines Wertefelds oder aber in analytischer Form erfolgen.
Da die optische Pumpleistung P_pump näherungsweise direkt proportional zum Pumpstrom I_pump ist, welcher der Pumpquelle 19 von der Auswerte- und Steuereinheit 15 vorgegeben wird, kann aus dieser direkten Proportionalität P_pump = α·I_pump, wobei mit α die Proportionalitätskonstante bezeichnet ist, und dem vorbeschriebenen Zusammenhang zwischen der Pumpleistung P_pump und der Verstärkung G bzw. der Eingangs-Signalleitung P_in die einer Degradation unterliegende Proportionalitätskonstante α(t₁) zum aktuellen Zeitpunkt t₁ ermittelt werden. Hierzu verwendet die Auswerte- und Steuereinheit 15 einen aktuell erfassten Wert für die optische Eingangs-Signalleistung P_in,1 und den gewünschten bzw. vorbestimmten Wert für die Verstärkung G und ermittelt hieraus aus der ihr bekannten Beziehung die Pumpleistung P_pump,1 die erforderlich ist, um die Eingangs-Signalleistung P_in,1 mit der Verstärkung G zu verstärken.
Ist diese Pumpleistung P_pump,1 ermittelt, so kann die Auswerte- und Steuereinheit 15 aus der vorstehenden Proportionalitätsbeziehung zwischen der Pumpleistung und dem Pumpstrom die aktuell gültige Proportionalitätskonstante α(t₁) = P_pump,1/I_pump,1 ermitteln.
Der Auswerte- und Steuereinheit 15 ist des Weiteren der Wert für den maximal möglichen Pumpstrom I_pump,max bekannt, den diese an der Pumpquelle 19 einstellen kann, um das elektrisch optische Wandlerelement der Pumpquelle 19, beispielsweise eine Laserdiode, nicht zu zerstören. Unter Verwendung des Werts für den maximalen Pumpstrom I_pump,max und der zuvor bestimmten aktuellen Proportionalitätskonstante α(t₁) kann dann unter erneuter Verwendung der Proportionalitätsbeziehung der Wert für die maximal mögliche optische Pumpleistung P_pump,max errechnet werden als P_pump,max = α(t1)·I_pump,max.
Mit diesem Wert für die maximale optische Pumpleistung P_pump,max kann unter Verwendung der zuvor erläuterten Beziehung P_pump = f(G, P_in) für die bestimmte Verstärkung G der maximale Wert für die Eingangs-Signalleistung P_in bestimmt werden. Hierzu muss selbstverständlich die vorstehende funktionale Abhängigkeit invertiert werden. Ist dieser Zusammenhang als Wertefeld gespeichert, so kann dies beispielsweise durch Interpolation zwischen benachbarten Werten erfolgen.
Somit kann die Auswerte- und Steuereinheit 15 auf diese Weise bestimmen, wie groß die am Eingangsport 3 des Faserverstärkers 1 zugeführte optische Eingangsleistung P_in maximal sein darf, um diese noch mit der vorbestimmten Verstärkung G verstärken zu können, ohne dass hierzu die Pumpquelle 19 in einen unzulässigen Bereich gesteuert werden müsste. Da übliche Steuereinheiten den Wert für den Pumpstrom I_pump auf den maximalen Wert I_pump,max begrenzen, würde bei einer zu hohen optischen Eingangs-Signalleistung P_in > P_in,max die Verstärkung G unter den gewünschten, vorbestimmten Wert absinken, d. h. die optische Ausgangs-Signalleistung P_out würde kleiner als ein gewünschter Wert sein. Dies würde zu einer Beeinträchtigung der Übertragungsstrecke führen.
Die Auswerte- und Steuereinheit 15 kann den ermittelten Wert für die maximale Eingangs-Signalleistung P_in,max oder die Reserve ΔP_in = P_in,max – P_in,1 einer übergeordneten Einheit zuführen, die unter Verwendung dieser ermittelten Parameter entscheidet, ob und gegebenenfalls in welchem Maß die Eingangsleistung P_in vom aktuellen Wert ausgehend erhöht wird.
Wird anstelle der allgemeinen funktionalen Abhängigkeit P_pump = f(G, P_in) die linearisierende Näherung P_pump = β(G)·P_in verwendet, so ergibt sich unter Verwendung der direkten Proportionalität zwischen der Pumpleistung P_pump und dem Pumpstrom I_pump
Dabei handelt es sich bei der optischen Eingangsleistung P_in,1 und dem Pumpstrom I_pump,1 in dieser Beziehung um Werte, die zum jeweils aktuellen Zeitpunkt erfasst sind und somit eine möglicherweise (gegenüber dem Zeitpunkt t₀, der z. B. den Zeitpunkt der Installation des optischen Verstärkers definiert) bereits eingetretene Degradation der Pumpquelle berücksichtigen.
Wie bereits eingangs erwähnt, führt die Degradation der Pumpquelle 19, wie aus 2 ersichtlich, mit zunehmender Zeit (dargestellt sind hier die Beziehungen für Zeitpunkte t₀, t₁ und t₂) zu einer Verringerung der Steigung der Geraden, die den Zusammenhang zwischen Pumpleitung P_pump und Pumpstrom I_pump repräsentieren. 2 zeigt auch beispielhaft einen Punkt auf der Geraden für den Zeitpunkt t₁ bei einem Pumpstrom I_pump,1 und der entsprechenden Pumpleistung P_pump,1.
Handelt es sich bei der übergeordneten Auswerte- und Steuereinheit (nicht dargestellt) um eine Einheit zur Steuerung einer Übertragungsstrecke oder einer Management-Einheit für ein ganzes Übertragungsnetzwerk, so kann eine derartige Auswerte- und Steuereinheit von sämtlichen, in einem Übertragungspfad befindlichen optischen Verstärkern die jeweils noch zur Verfügung stehende maximale Leistungsreserve oder die maximal mögliche Eingangs-Signalleistung abfragen. Die optische Eingangsleistung am Beginn der betreffenden optischen Übertragungsstrecke wird dann von dieser Auswerte- und Steuereinheit so festgelegt, dass für keinen der optischen Verstärker die jeweils noch zur Verfügung stehende Leistungsreserve bzw. die maximal mögliche Eingangs-Signalleistung überschritten wird.
Handelt es sich bei der Übertragungsstrecke um eine Wellenlängenmultiplex-Übertragungsstrecke, so kann eine Leistungserhöhung durch das Aufschalten zusätzlicher Kanäle erforderlich sein. Durch die Anwendung des vorstehend erläuterten Verfahrens kann dann vor dem Aufschalten der zusätzlichen Kanäle überprüft werden, ob hierdurch eine Beeinträchtigung der bereits aktuell übertragenen Kanäle dadurch erfolgt, dass an einem der optischen Verstärker die maximal mögliche Eingangs-Signalleistung überschritten wird.
Es kann dann entschieden werden, dass entweder auf eine Zuschaltung sämtlicher Kanäle verzichtet wird oder dass lediglich eine solche Anzahl von Kanälen zugeschaltet wird, die an keinem der optischen Verstärker eine Überschreitung der maximal möglichen Eingangs-Signalleistung bzw. eine Überschreitung der betreffenden Leistungsreserve verursacht.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass an jeder Stelle, an der die Eingangs-Signalleistung P_in verwendet ist, diese Größe auch durch die Ausgangs-Signalleistung P_out ersetzt werden, da diese beiden Größen über die Verstärkung G zusammen hängen.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines optischen Verstärkers, insbesondere eines optischen Faserverstärkers, (a) welcher einen optischen Eingangsport (3) und einen optischen Ausgangsport (5) aufweist, zwischen welchen sich ein optischer Pfad (7) erstreckt, in dem ein optisches Verstärkungsmittel (9) angeordnet ist, (b) welcher mindestens eine Pumpquelle (19) aufweist, deren optische Pumpleistung (P_pump) über eine Koppeleinheit (17) dem optischen Pfad (7) zugeführt ist, (c) wobei die dem Eingangsport (3) des optischen Verstärkers (1) zugeführte optische Eingangs-Signalleistung (P_in) und die am Ausgangsport (5) des optischen Verstärkers (1) abgegebene optische Ausgangs-Signalleistung (P_out) erfasst werden und (d) wobei die Verstärkung (G) des optischen Verstärkers (1) auf einen vorbestimmten Sollwert gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, (e) dass die optische Pumpleistung (P_pump) näherungsweise als dem elektrischen Pumpstrom (I_pump) direkt proportional vorausgesetzt wird wobei die einer zeitlichen Degradation unterliegende, zeitvariante Proportionalitätskonstante mit α(t) bezeichnet wird, (f) dass die funktionale Abhängigkeit der optischen Pumpleistung (P_pump) von der optischen Eingangs-Signalleistung (P_in) und/oder der optischen Ausgangs-Signalleistung (P_out) zumindest für den vorbestimmten Sollwert für die Verstärkung (G) bestimmt wird, (g) dass mittels dieser funktionalen Abhängigkeit sowie einem aktuell erfassten ersten Wert (P_in,1) für die optische Eingangs-Signalleistung oder einem aktuell erfassten Wert (P_out,1) für die optische Ausgangs-Signalleistung der aktuelle Wert (P_pump,1) für die optische Pumpleistung ermittelt wird, (h) dass mit dem so ermittelten Wert (P_pump,1) für die aktuelle optische Pumpleistung und einem aktuell erfassten ersten Wert (I_pump,1) für den Pumpstrom aus der Proportionalitätsbeziehung der aktuell gültige Wert für die Proportionalitätskonstante (α(t₁)) ermittelt wird, (i) dass aus dem maximal zulässigen Wert (I_pump,max) für den Pumpstrom und dem aktuell gültigen Wert für die Proportionalitätskonstante (α(t₁)) mittels der Proportionalitätsbeziehung der maximal mögliche Wert (P_pump,max) für die Pumpleistung berechnet wird, (j) dass aus der inversen funktionalen Abhängigkeit des Pumpstroms von der optischen Eingangs-Signalleistung und/oder der optischen Ausgangs-Signalleistung unter Verwendung des maximal möglichen Wertes (P_pump,max) für die Pumpleistung der maximale Wert (P_in,max) für die optische Eingangs-Signalleistung und/oder der maximale Wert (P_out,max) für die optische Ausgangs-Signalleistung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Abhängigkeit der optischen Pumpleistung (P_pump) auch in Abhängigkeit von der Verstärkung (G) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Abhängigkeit der optischen Pumpleistung (P_pump) für den optischen Verstärker (1) empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Abhängigkeit der optischen Pumpleistung (P_pump) als Wertefeld ermittelt und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionale Abhängigkeit der optischen Pumpleistung (P_pump) als analytische Funktion ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abhängigkeit der Pumpleistung (P_pump) von der optischen Signal-Eingangsleistung (P_in) die Beziehung P_pump = β(G)·P_in verwendet wird, wobei β(G) eine von der Verstärkung (G) abhängige Proportionalitätskonstante ist, und dass unter Verwendung der Proportionalität P_pump = α·I_pump der maximal zulässige Wert für die optische Eingangs-Signalleistung nach der Beziehung P_in,max = P_in,1·I_pump,max/I_pump,1 ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Eingangs-Signalleistung (P_in) mittels der Beziehung P_out = G·P_in durch die optische Ausgangs-Signalleistung (P_out) ersetzt wird.
Verfahren zum Entwurf und/oder Upgrade einer optischen Übertragungsstrecke, die zumindest einen optischen Verstärker (1) mit den gegenständlichen Merkmalen des Anspruchs 1 aufweist, wobei der Eingangsport (3) und der Ausgangsport (5) des wenigstens einen optischen Verstärkers (1) mit einem optischen Übertragungsmedium der Übertragungsstrecke verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der optischen Übertragungsstrecke nur eine optische Signalleistung zugeführt wird, die zu einem Wert für die Eingangs-Signalleistung (P_in) am Eingangsport (3) des Verstärkers (1) führt, der kleiner oder gleich dem maximalen Wert (P_in,max) für die Eingangs-Signalleistung ist, oder die zu einem Wert für die Ausgangs-Signalleistung (P_out) am Ausgangsport (5) des Verstärkers (1) führt, der kleiner oder gleich dem maximalen Wert (P_out,max) für die Ausgangs-Signalleistung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Übertragungstrecke eine Wellenlängenmultiplex-Übertragungsstrecke ist und dass für das Hinzufügen von einem oder mehreren optischen Kanälen zu dem zu übertragenden Wellenlängenmultiplexsignal zunächst die Leistungsreserve für die optische Eingangs-Signalleistung ΔP_in = P_in,max – P_in,1 oder die Leistungsreserve für die optische Ausgangs-Signalleistung ΔP_out = P_out,max – P_out,1 an dem zumindest einen Verstärker (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren hinzuzufügenden Kanäle nur dann hinzugefügt werden, wenn die Leistung, welche der eine oder die mehreren hinzuzufügenden Kanäle am Eingangsport (3) oder Ausgangsport (5) des Verstärkers (1) erzeugen, kleiner ist als die betreffende Leistungsreserve (ΔP_in; ΔP_out).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine solche Anzahl von Kanälen hinzugefügt wird, welche am Eingangsport (3) oder Ausgangsport (5) des Verstärkers (1) eine optische Leistung erzeugen, die kleiner ist als die betreffende Leistungsreserve.
Einrichtung zur Überwachung eines optischen Verstärkers (a) welcher einen optischen Eingangsport (3) und einen optischen Ausgangsport (5) aufweist, zwischen welchen sich ein optischer Pfad (7) erstreckt, in dem ein optisches Verstärkungsmittel (9) angeordnet ist, (b) welcher mindestens eine ansteuerbare Pumpquelle (19) aufweist, deren optische Pumpleistung (P_pump) über eine Koppeleinheit (17) dem optischen Pfad zugeführt ist, (c) welcher Mittel (11, 13) zur Erfassung der dem Eingangsport (3) zugeführten optische Eingangs-Signalleistung (P_in) und/oder Mittel (21, 23) zur Erfassung der dem Ausgangsport (5) zugeführten optischen Ausgangs-Signalleistung (P_out) aufweist und (d) welcher Mittel (15) zur Steuerung oder Regelung der optischen Verstärkung (G) des optischen Verstärkers auf einen vorbestimmten Sollwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, (e) dass die Einrichtung eine Auswerte- und Steuereinheit (15) umfasst, welcher als Information die erfasste Eingangs-Signalleistung (P_in) und/oder die erfasste Ausgangs-Signalleistung (P_out) zugeführt ist und welche so ausgestaltet ist, dass sie das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bist 7 durchführt.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie den maximalen Wert (P_in,max) für die optische Eingangs-Signalleistung und/oder den maximale Wert (P_out,max) für die optische Ausgangs-Signalleistung und/oder die Leistungsreserve für die optische Eingangs-Signalleistung (ΔP_in = P_in,max – P_in,1) und/oder die Leistungsreserve für die optische Ausgangs-Signalleistung (ΔP_out = P_out,max – P_out,1) an eine übergeordnete oder nebengeordnete Auswerte- und Steuereinheit übermittelt.