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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Verstärker und
ein optisches Übertragungssystem, welche
das Verfahren und die Einrichtung zur Einstellung der Verstärkungs-Schräglage des
optischen Verstärkers
enthalten.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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In
optischen Kommunikationssystemen wird typischerweise das Wellenlängen-Multiplex
verwendet, um die Übertragungskapazität zu erhöhen. Spezieller
wird eine Vielzahl von Lichtsignalen, von denen jedes eine andere
Wellenlänge
hat, zusammen in ein Wellenlängen-Multiplex-(WDM)-Lichtsignal
gemultiplext. Das WDM-Lichtsignal wird über eine Übertragungsleitung übertragen
und dann am anderen Ende der Übertragungsleitung
gedemultiplext, so dass die einzelnen Lichtsignale individuell empfangen
werden können.
Die Übertragungsleitung
ist normalerweise eine einzelne optische Faser.
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In
einem solchen optischen Kommunikationssystem wird typischerweise
ein optischer Verstärker
verwendet, um das WDM-Lichtsignal
zu verstärken,
da ein optischer Verstärker
relativ breitbandig ist.
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Spezieller
erlaubt es die hohe Bandbreite des optischen Verstärkers, jedes
der einzelnen Lichtsignale im WDM-Lichtsignal zu verstärken.
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Im
Allgemeinen enthält
ein optischer Verstärker
ein optisch verstärkendes
Medium wie z.B. eine mit Erbium dotierte Faser (EDF). Das WDM-Lichtsignal
durchläuft
das optisch verstärkende
Medium. Der optische Verstärker
enthält
auch eine Lichtquelle wie z.B. eine Laserdiode, die Pumplicht an
das optisch verstärkende Medium
liefert. Das Pumplicht bewirkt, dass das WDM-Lichtsignal verstärkt wird,
wenn das Lichtsignal das optisch verstärkende Medium durchläuft. Um
ein WDM-Lichtsignal über
eine große
Entfernung zu übertragen, werden
typischerweise Zwischenverstärker,
von denen jeder einen optischen Verstärker aufweist, in die Übertragungsleitung
eingefügt.
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Darüber hinaus
ist die Verstärkung
des optischen Verstärkers
von der Wellenlänge
des verstärkten
Signals abhängig.
Diese Abhängigkeit
wird als "Verstärkungs-Schräglage" des optischen Verstärkers bezeichnet.
Wenn ein WDM-Lichtsignal von dem optischen Verstärker verstärkt wird, kann es daher sein,
dass jedes der einzelnen gemultiplexten Lichtsignale mit einer anderen
Verstärkung
verstärkt
wird. Diese Verstärkungs-Schräglage des
optischen Verstärkers
muss berücksichtigt
werden, wenn ein optischer Verstärker
zur Verstärkung
eines WDM-Lichtsignals benutzt wird.
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Daher
muss die Verstärkungs-Schräglage eines
optischen Verstärkers überwacht
oder geregelt werden, wenn der optische Verstärker in einem optischen Übertragungssystem
benutzt wird, in dem Wellenlängen-Multiplex
verwendet wird.
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Zurzeit
wird die Schräglage
eines optischen Verstärkers
geregelt, indem ein VOA (variable optical attenuator, variables
optisches Dämpfungsglied)
in der Zwischenstufe des Verstärkers
eingestellt wird, wie auch in 2 beschrieben.
In einem Weitverkehrssystem, bei dem mehr als 10 Verstärker verwendet
werden, kann die Schräglage
am Ende des Systems sehr bedeutend sein (mehr als 10 dB), und die
System-Leistungsfähigkeit
wird verschlechtert.
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Das
Rückkopplungs-Signal
für einen
VASC (Variable Slope Compensator, Kompensator mit variabler Flanke)
in der Zwischenstufe des EDFA ist immer noch nicht klar definiert.
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Der
ebene Verlauf des Spektrums des optischen Verstärkers wird eingestellt, indem
die Verstärkung des
Verstärkers
gemessen wird. Wenn der Verstärker
mit seiner Nenn-Verstärkung
arbeitet, hat das Spektrum der Verstärkung einen ebenen Verlauf.
Leistungsmessungen am Eingang, Ausgang und in der Zwischenstufe des
Verstärkers
erlauben es, die Verstärkung
des Verstärkers
auf ihren Nennwert einzustellen, indem die Dämpfung des VOA geändert wird.
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Dieses
Verfahren erlaubt es, die Schräglage
auf ungefähr
1,5 dB pro Verstärker
zu verringern (wegen der Unsicherheit der Leistungsmessung am Eingang/Ausgang/in
der Zwischenstufe des Verstärkers).
In einem Weitverkehrssystem für
große
Strecken von ungefähr
1000 km (typischerweise 10 bis 15 Verstärker) kann die aufsummierte
Schräglage
jedoch bis zu 20 dB betragen. Für
den Fall eines Standard-EDFA hat die Verstärkung des Verstärkers einen
ebenen Verlauf, wenn die Verstärkung
auf ihren Nennwert eingestellt wird. Die verschiedenen Abzweig-Koppler des Verstärkers erlauben
es, die Verstärkung
der ersten und der zweiten Stufe zu messen, und das VOA wird so
eingestellt, dass der Nennwert der Verstärkung erreicht wird.
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Es
können
verschiedenen Ursachen für
einen nicht ebenen Verlauf erkannt werden:
Wegen der Ungenauigkeit
der Photodiode wird die Verstärkung
nicht exakt auf ihren Nennwert eingestellt.
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Wegen
der ungleichmäßigen Teilstrecken-Dämpfung zwischen
1530 nm und 1562 nm hat das Spektrum am Eingang keinen ebenen Verlauf,
so dass sich sogar, wenn die Verstärkung des Verstärkers perfekt eben
verläuft,
eine Schräglage
ergibt. Der Unterschied der Dämpfung
kann zwischen 1530 nm und 1560 nm für eine lange Teilstrecke von
100 km 1 dB betragen.
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Wegen
der hohen in die Teilstrecke gesendeten Leistung findet durch den
Raman-Effekt eine Energieübertragung
von der unteren Wellenlänge
des Spektrums auf die höhere
Wellenlänge
statt. Wenn die Eingangsleistung 23 dB beträgt, kann die Schräglage für das C-Band
größer als
2 dB sein. (Wenn im System die Bänder
C + L verwendet werden, kann die Schräglage größer als 3 dB sein).
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Aus
diesem Grund werden manche Verstärker
nun so konstruiert, dass sie bei kleineren Wellenlängen eine
höhere
Verstärkung
haben als bei größeren Wellenlängen (im
Fall des C-Bandes ist die Verstärkung
des Verstärkers
bei 1529 nm um 1 oder 2 dB größer als
bei 1562 nm).
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Um
zu vermeiden, dass sich der Fehler von 1,5 dB für die Schräglagen-Einstellung in jedem
Verstärker aufsummiert,
wird das ASE-Rauschen an beiden Extremwerten der optischen Bandbreite
des Verstärkers
gemessen. Das VOA oder der VASC (Variable Slope Compensator, Kompensator
mit variabler Flanke) in der Zwischenstufe wird eingestellt, um
die Schräglage
des ASE-Rauschens zu minimieren. Die Schräglage des ASE-Rauschens ist
mit der Schräglage
des Signals verbunden (weil die NF des EDFA über die Bandbreite des optischen
Verstärkers
fast eben verläuft).
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Wenn
der Verstärker
so konstruiert wurde, dass er bei einer kleineren Wellenlänge mehr
Verstärkung hat
als bei einer größeren Wellenlänge, muss
das bei der kleineren Wellenlänge
gemessene ASE-Rauschen größer sein
als das ASE-Rauschen bei der größeren Wellenlänge.
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Eine
Lösung
zur Anpassung der Verstärkungs-Schräglage in
einem WDM-System wird in
US 6160659 offen
gelegt. Im Detail wird ein Apparat offen gelegt, der ein Eingangs-Licht
empfängt,
das ein Spektrum hat, und der eine momentane Wellenlänge des
Spektrums bestimmt. Der Apparat enthält eine Entkopplungs-Einheit,
eine Gewichtungs-Einheit und eine Berechnungs-Einheit. Die Entkopplungs-Einheit
entkoppelt einen Teil des empfangenen Eingangs-Lichtes, um ein erstes
Signal, welches das Eingangslicht mit dem daraus entkoppelten Teil
darstellt, und ein zweites Signal, das den entkoppelten Teil darstellt,
zu liefern. Die Gewichtungs-Einheit gewichtet das zweite Signal.
Die Berechnungs-Einheit bestimmt die momentane Wellenlänge aus
der Leistung des ersten Signals und aus der Leistung des gewichteten
zweiten Signals. Ein optischer Verstärker wird ebenfalls bereitgestellt,
der die momentane Wellenlänge
eines verstärkten
Lichtes bestimmt und einen Verstärkungs-Schräglage-Parameter
des optischen Verstärkers
gemäß der bestimmten
momentanen Wellenlänge
regelt, um die Verstärkungs-Schräglage zu
verringern. Die momentane Wellenlänge wird bestimmt, indem die
ASE (Amplified Spontaneous Emission) des Faser-Verstärkers gemessen
wird. Der in der bisherigen Technik beschriebene Apparat muss in
einem "voll belasteten" Status arbeiten,
um die Parameter für
die momentane Wellenlänge
abzuleiten. Das bedeutet, dass alle Kanäle des Wellenlängen-Multiplex aktiv und
mit Signalen beladen sein müssen.
Für ein
System ohne Signale oder mit einer begrenzten Ausnutzung mehrerer
Kanäle
stellt nur der Apparat von
US
6,160,659 keine Hilfe dar.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und einen Apparat zur Überwachung
der Verstärkungs-Schräglage eines
optischen Verstärkers
oder zur Überwachung
des Spektrums von Licht auch in Fällen, in denen die Wellenlängen-Kanäle nicht
voll belastet sind, bereitzustellen. Um die Schräglage des Spektrums nach einer
Menge aufeinander folgender Verstärker zu minimieren, wird die Schräglage über die
ASE-Leistungsmessung an den Extremwerten des Spektrums gemessen
und wird minimiert, indem das variable optische Dämpfungsglied
(Variable Optical Attenuator, VOA) oder der VASC in der Zwischenstufe
des Verstärkers
eingestellt wird. Die Messung der ASE-Rauschsignale erlaubt es,
ein Steuersignal zur Einstellung des VOA oder VASC unabhängig von
den Signalen in den Kanälen
abzuleiten. Die Messung der beiden Signale an den Extremwerten der
Rauschsignale erlaubt eine einfache Berechnung des Schräglage-Wertes.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden
Beschreibung angegeben und sind teilweise aus der Beschreibung offensichtlich,
oder können
durch den praktischen Einsatz der Erfindung erfahren werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlicher
und einfacher beurteilt, wenn man die folgende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet, in denen:
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1 ein
Diagramm darstellt, welches ein Übertragungssystem
zeigt, das eine Schräglage-Regelungseinheit
enthält
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2 eine
schematische Darstellung der Schräglage-Regelungseinheit ist
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3 eine
Lösung
gemäß der Erfindung
ist
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4 eine
zweite Ausführung
der Erfindung zeigt
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5–7 eine
Messung von Spektren zeigt
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In 1 ist
eine beispielhafte Kommunikationsverbindung 10 in einem
optischen Kommunikationsnetz gezeigt. Ein Sender 12 kann über eine
Reihe von Faser-Pfaden Information zu einem Empfänger 14 senden. Jeder
Faser-Pfad kann eine Teilstrecke 16 aus optischer Übertragungs-Faser
enthalten. Die Faser-Teilstrecken 16 können bei
Weitverkehrsnetzen eine Länge
in der Größenordnung
von 40–100
km haben, oder sie können
jede geeignete Länge
für die
Verwendung zur Signalübertragung
in einem optischen Kommunikationsnetz haben. Die Verbindung 10 kann
eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, ein Teil eines Faser-Ringnetzes oder ein
Teil eines beliebigen geeigneten Netzwerks oder Systems sein.
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Die
Kommunikationsverbindung in 1 kann dazu
verwendet werden, Wellenlängen-Multiplex-Anordnungen
zu unterstützen,
in denen mehrere Kommunikationskanäle bereitgestellt werden, die
mehrere Lichtwellenlängen
benutzen. Die Verbindung in 1 kann zum
Beispiel ein System mit 40 Kanälen
unterstützen,
von denen jeder eine andere optische Träger-Wellenlänge benutzt. Optische Kanäle können zum
Beispiel mit ungefähr
10 GBit/s moduliert werden (OC-192). Die benutzten Träger-Wellenlängen können in
der Nähe von
1527–1605
nm liegen. Dies sind nur beispielhafte System-Charakteristiken.
Falls gewünscht,
können
weniger Kanäle
bereitgestellt werden (z.B. ein Kanal), es können mehr Kanäle bereitgestellt
werden (z.B. Hunderte von Kanälen),
Signale können
auf mehreren Wellenlängen übertragen
werden, Signale können
mit kleineren oder größeren Datenraten
moduliert werden (z.B. mit ungefähr
2,5 GBit/s für
OC-48 oder mit ungefähr 40
GBit/s für
OC-768), und es können
andere Träger-Wellenlängen unterstützt werden
(z.B. einzelne Wellenlängen
oder Sätze
von Wellenlängen
im Bereich von 1240–1670
nm).
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Es
können
optische Verstärker 18 verwendet
werden, um die optischen Signale auf der Verbindung 10 zu
verstärken.
Optische Verstärker 18 können Nachverstärker, Inline-Verstärker und
Vorverstärker
enthalten. Optische Verstärker 18 können mit
Seltenen Erden dotierte Faser-Verstärker, wie z.B. mit Erbium dotierte
Faser-Verstärker
sein, Verstärker,
die diskrete Raman-gepumpte Spulen enthalten, Verstärker, die
Pumpen zum optischen Pumpen von Teilstrecken von Übertragungsfasern 16 enthalten,
um eine Verstärkung
durch stimulierte Raman-Streuung zu erzeugen, optische Halbleiter-Verstärker oder
jeder andere geeignete optische Verstärker sein.
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Die
Verbindung 10 kann optische Netzwerk-Einrichtungen enthalten,
wie z.B. einen Sender 12, einen Empfänger 14 und Verstärker 18 sowie
andere optische Netzwerk-Einrichtungen 20, wie z.B. Dispersions-Kompensations-Module,
dynamische Filter-Module,
Add/Drop-Multiplexer, optische Kanal-Überwachungs-Module, Raman-Pumpen-Module, optische
Schalter, Leistungs-Überwachungseinrichtungen
usw.
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Es
können
Computer-Einrichtungen 22 verwendet werden, um ein Netzwerk-Management-System
zu realisieren. Computer-Einrichtungen,
wie z.B. die Computer-Einrichtungen 22 können einen
oder mehrere Computer oder Steuerungen enthalten und können sich
in den Netzwerk-Knoten oder in einer oder mehreren Netzwerk-Management-Einrichtungen
befinden. Wie durch die Linien 24 angedeutet, kann das
Netzwerk-Management-System mit optischen Verstärkern 18, mit dem
Sender 12, dem Empfänger 14 und
anderen optischen Netzwerk-Einrichtungen 20 über geeignete
Kommunikations-Pfade kommunizieren. Die Kommunikations-Pfade können auf
jedem geeigneten optischen oder elektrischen Pfad basieren. Zum
Beispiel können
die Kommunikations-Pfade 24 Dienst- oder Telemetrie-Kanal-Pfade
enthalten, die unter Verwendung von Teilstrecken 16 implementiert
sind, sie können verdrahtete
oder drahtlose Kommunikationspfade umfassen, sie können Kommunikationspfade
enthalten, die durch langsame Modulation der normalen Datenkanäle auf Verbindung 10 mit
geringen Modulationstiefen gebildet werden usw. Die Pfade 24 können auch
zur direkten Kommunikation zwischen Verstärkern 18 und anderen
optischen Netzwerk-Einrichtungen verwendet werden.
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Computer-Einrichtungen 22 können dazu
verwendet werden, spektrale Informationen vom Sender 12 (z.B.
ein Ausgangs-Leistungs-Spektrum),
vom Empfänger 14 (z.B.
ein Empfangs-Leistungs-Spektrum)
und von den Verstärkern 18 und
anderen Einrichtungen 20 (z.B. Eingangs- und Ausgangs-Leistungs-Spektren und Verstärkungs-Spektren)
zu sammeln.
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Wenn
die Verstärker 18 oder
andere Einrichtungen in der Verbindung 10 über spektrale
Einstellungs-Möglichkeiten
verfügen,
können
die Computer-Einrichtungen 22 die gesammelten spektralen
Informationen dazu verwenden festzustellen, wie die Spektren der
Verstärker 18 und
der anderen Einrichtungen in der Verbindung 10 geregelt
werden müssen.
Die Computer-Einrichtungen 22 können Befehle
an die Verstärker 18, Sender 12,
Empfänger 14 und
die anderen Einrichtungen 20 ausgeben, mit denen diese
Einrichtungen angewiesen werden, die richtigen spektralen Einstellungen
durchzuführen.
Die spektralen Einstellungen können dazu
verwendet werden, den ebenen Verlauf der Verstärkung oder des Signalspektrums
entlang der Verbindung 10 zu optimieren, sie können dazu
verwendet werden, das Ende-zu-Ende- oder Knoten-zu-Knoten-Signal-Rauschverhältnis im
Signalband oder Spektrum zu optimieren, oder sie können dazu
benutzt werden, jede andere geeignete Regelungs- oder Optimierungsfunktion
für die
Verbindung 10 zu implementieren.
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Spektrale
Einstellungen können
in der Ausgangsleistung des Senders 12, in der Eingangsleistung
für Empfänger 14 durchgeführt werden,
indem ein dynamisches Filter oder variable optische Dämpfungsglieder eingestellt
werden, bevor die empfangenen Signale von den Detektoren in Empfänger 14 verarbeitet
werden.
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Spektrale
Einstellungen in den Einrichtungen 20 und in den Verstärkern 18 können durchgeführt werden,
indem dynamische Filter-Anordnungen, Schräglagen-Regler, einzelne variable
optische Dämpfungsglieder,
Anordnungen von variablen optischen Dämpfungsgliedern, Einstellungen
der Verstärkerstufen,
andere geeignete Anordnungen zur spektralen Einstellung oder Kombinationen
dieser Anordnungen verwendet werden.
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Ein
beispielhafter Verstärker 18 ist
in 2 gezeigt. Optische Signale von einer Teilstrecke
der Faser 16 können
an die Eingangsfaser 26 geliefert werden. Entsprechende
verstärkte
Ausgangssignale können
an der Ausgangsfaser 28 bereitgestellt werden. Die optische
Verstärkung
kann durch die Verstärkungs-Stufen, wie
z.B. die Verstärkungs-Stufen 30 geliefert
werden. Die Verstärkungs-Stufen 30 können zum
Beispiel eine oder mehrere Spulen optisch gepumpter, mit Seltenen
Erden dotierter Faser enthalten, wie z.B. von mit Erbium dotierter
Faser. Pumpen, wie z.B. Laserdioden-Pumpen oder andere geeignete
Quellen von Pumplicht können dazu
verwendet werden, die mit Erbium oder mit anderen Seltenen Erden
dotierte Faser in den Stufen 30 optisch zu pumpen. Die
Verstärkungs-Stufen 30,
die mehrere optisch gepumpte Spulen oder Verstärkungs-Medien enthalten, können mehrere
Verstärkungs-Unterstufen
enthalten. Es kann sich jede beliebige geeignete Anzahl von Verstärkungs-Stufen 30 im
Verstärker 18 befinden.
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Normalerweise
wird eine DCF in der Zwischenstufe eines zweistufigen EDFA zwischen
dem VOA 42 und der zweiten Stufe 30 untergebracht.
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Das
Verstärkungs-Spektrum
von mit Seltenen Erden dotierten Fasern, wie z.B. mit Erbium dotierten Fasern
ist nicht von sich aus eben. Demgemäß können die Verstärkung glättende Filter
in einer oder mehreren Verstärkerstufen 30 eingesetzt
werden, um den Spektralverlauf von Verstärker 18 zu ändern. Zum
Beispiel können
in mit Erbium dotierten Faserverstärkern 18 in einer
oder mehreren Verstärkerstufen 30 Filter
zur Formung oder Abflachung des Verstärkungsverlaufs verwendet werden,
um das Verstärkungs-Spektrum
von Verstärker 18 abzuflachen
oder auf andere Weise zu formen.
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Ein
Abzweig 32 kann dazu verwendet werden, optische Signale
abzuzweigen, die sich entlang des Haupt-Faser-Pfades durch den Verstärker 18 ausbreiten.
Der Abzweig 32 kann jeder geeignete optische Abzweig sein,
wie z.B. ein wellenlängenunempfindlicher
2%/98%-Abzweig.
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Das
aus der Faser abgezweigte Licht an Ausgang 28 kann an einen
optischen Kanal-Überwacher 34 angelegt
werden. Der optische Überwacher 34 oder
ein externer optischer Überwacher,
der mit dem Verstärker 18 über die
Pfade 24 (1) kommuniziert, kann Messungen
der optischen Leistung an abgezweigten Signalen durchführen. In
der Anordnung von 2 kann der optische Überwacher 34 dazu
verwendet werden, das Ausgangs-ASE-Leistungs-Spektrum von Verstärker 18 zu
messen. Das Verstärkungs-Spektrum
von Verstärker 18 kann
parallel auf einer Kanal-für-Kanal-
oder einer integralen Basis gemessen werden, indem der optische Überwacher 34 dazu
verwendet wird, abgezweigtes Eingangs-Licht von Eingang 26 zu
messen. Das Verstärkungs-Spektrum
kann bestimmt werden, indem das gemessene Eingangs-Leistungs-Spektrum
in das gemessene Ausgangs-Leistungs-Spektrum aufgeteilt wird. Falls
gewünscht,
kann ein optischer Schalter verwendet werden, um es zu ermöglichen,
dass ein einziger optischer Überwacher,
wie z.B. Überwacher 34,
sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangs-Spektrum messen kann.
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Jede
geeignete optische Überwachungs-Anordnung
kann benutzt werden, falls gewünscht.
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Leistungs-Informationen,
die vom optischen Überwacher 34 gesammelt
werden, können über den Pfad 38 an
die Regeleinheit 36 geliefert werden. Die Regeleinheit 36 kann
auf jeder geeigneten Regelelektronik basieren und kann einen oder
mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren,
FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) oder andere programmierbare
Logikbausteine, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise,
Digital-/Analog-Wandler, Speicher-Bausteine usw. enthalten.
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Die
Regeleinheit 36 kann elektrisch über die Pfade 44 mit
einem dynamischen spektralen Schräglage-Regler 40 oder
einem variablen optischen Dämpfungsglied 42 und
Verstärkerstufen 30 gekoppelt
sein. Dies ermöglicht
es der Regeleinheit 36, den Betrieb des Schräglage-Reglers 40,
des variablen optischen Dämpfungsgliedes 42 und
der Verstärkerstufen 30 zu
steuern, um das Spektrum von Verstärker 18 auf der Grundlage
der Messungen des optischen Signals einzustellen, die von dem optischen Überwacher 34 oder
einem externen optischen Kanal-Überwacher
durchgeführt
wurden. Die Regeleinheit 36 kann die Einstellungen des variablen
optischen Dämpfungsgliedes 42 vornehmen,
um verschiedene Dämpfungen
hervorzurufen (z.B. 1 dB, 2 dB usw.). Das variable optische Dämpfungsglied 42 kann
zum Beispiel verwendet werden, wenn die Pumpleistungs-Pegel in den
Verstärkerstufen 30 eingestellt
werden, um verschiedene Eingangs-Leistungspegel an der Eingangs-Faser 26 zu
ermöglichen.
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(In
einem EDFA haben wir entweder ein VOA oder einen VASC, es ist aber
nicht erforderlich, ein VOA und einen VASC zu haben. Beide haben
den gleichen Zweck: Regelung der Schräglage des Verstärkers. In einem
klassischen Verstärker
mit einer Verstärkung
von fast 35 dB und über
eine Bandbreite von 32 nm des C-Bandes ergibt sich eine Schräglage von
fast 5 dB, wenn die Dämpfung
des VOA um 5 dB erhöht
wird.)
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In
US 6,434,318 wird ein Beispiel
einer VOA-Einrichtung offen gelegt: Es wird ein variables optisches Dämpfungsglied
bereitgestellt, das mindestens einen verlängerten Kern, einen Mantel,
der den Kern umgibt, und eine regelbare thermische Quelle und einen
Kühlkörper hat,
die auf entgegengesetzten Seiten des Kerns angeordnet sind und dort
in einer ersten oder vertikalen Achse liegen, die quer zur Längsachse
des Kerns orientiert ist. Der Kern und der Mantel bilden gemeinsam
eine herkömmliche
Wellenleiter-Struktur, die normalerweise die optische Energie einschließt, die
sich wegen des Unterschiedes der Brechungsindizes zwischen dem Kern
und dem Mantel entlang der longitudinalen Achse des Kerns ausbreitet.
Das Material des Kerns und des Mantels wird vorzugsweise so ausgewählt, dass
ihre thermo-optischen Koeffizienten (d.h. dn/dT, wobei n der lokale
Brechungsindex und T die Temperatur ist) im interessierenden Umgebungstemperaturbereich
eng aneinander angepasst sind. Die Anpassung der thermo-optischen
Koeffizienten von Kern und Mantel garantiert, dass die Wellenleiter-Einschließung (eine
Funktion der Differenz zwischen den Brechungsindizes von Kern und
Mantel) im Wesentlichen bezogen auf die Umgebungstemperatur konstant
ist, wodurch es nicht erforderlich ist, das Gehäuse des Wellenleiters zu heizen
oder zu kühlen.
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Wenn
eine Dämpfung
der optischen Energie gewünscht
wird, die sich entlang des Kerns ausbreitet, wird an die thermische
Quelle ein Steuersignal angelegt, das bewirkt, dass sich ein Temperaturgradient
entlang der ersten (vertikalen) Achse entwickelt, die sich zwischen
der thermischen Quelle und dem Kühlkörper erstreckt.
Der Temperaturgradient führt
zu einem "schrägen" oder asymmetrischen
Brechungsindex-Profil im Kern, wobei sich der Brechungsindex des
Kerns entlang der ersten Achse von der benachbarten Kern-Mantel-Grenze
(der näher
an der thermischen Quelle liegenden Grenze) zur entfernten Kern-Mantel-Grenze (der von
der thermischen Quelle weiter entfernten Grenze) ansteigt. Die Entnahme
optischer Energie aus dem Wellenleiter erfolgt, wenn der lokale
Brechungsindex in den Bereichen des Kerns mit höheren Temperaturen (den der
näheren
Grenze benachbarten Bereichen) unter den lokalen Brechungsindex
des Mantels, der direkt neben der entfernten Kern-Mantel-Grenze
liegt, verringert wird. Diese Bedingung bewirkt, dass mindestens
ein Teil der optischen Energie, die sich entlang des Kerns ausbreitet,
quer in Richtung von der thermischen Quelle weg abgelenkt wird (d.h.
in Richtung zum Kühlkörper). Die
Menge der aus dem Wellenleiter entnommenen optischen Energie wird
durch Einstellung des Signals gesteuert (zum Beispiel einer Spannung),
das an die thermische Quelle angelegt wird. VOA sind im Bereich
der optischen Übertragung
sehr verbreitet, und es kann eine Vielzahl von Technologien verwendet
werden, wie z.B. MEMS.
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Falls
gewünscht,
können
andere Komponenten verwendet werden, um das Spektrum von Verstärker 18 einzustellen.
Zum Beispiel kann ein Filter zum dynamischen Verstärkungs-Ausgleich
verwendet werden, das als Reaktion auf Befehle von der Regeleinheit 36 gewünschte Filter-Spektren
erzeugt. Das dynamische Filter kann mit oder ohne Verwendung des
variablen optischen Dämpfungsgliedes 42 eingesetzt
werden.
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Der
Schräglagen-Regler 40 kann
dazu verwendet werden, verschiedene spektrale Schräglagen in
das Spektrum des Verstärkers 18 einzuführen. Der
Schräglagen-Regler 40 muss
nicht in der Lage sein, ein beliebiges Filter-Spektrum des Typs
zu erzeugen, der von einem Filter zum dynamischen Verstärkungs-Ausgleich erzeugt
werden kann. Stattdessen kann der Schräglagen-Regler 40 dazu
verwendet werden, den Anstieg der Verstärkung oder das Ausgangsleistungs-Spektrum
von Verstärker 18 einzustellen.
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Das
feste Verstärkungs-Abflachungs-Filter
in den Verstärkerstufen 30 kann
dazu verwendet werden, den größten Teil
der Abflachung des Verstärkungs-Spektrums
der mit Erbium dotierten Faser der Stufen 30 durchzuführen. Das
variable optische Dämpfungsglied 42 und
die Pumpleistungen in den Verstärkerstufen 30 können ebenfalls
gesteuert werden, um spektrale Einstellungen durchzuführen, indem
die Inversions-Ebenen in
den Stufen 30 geändert
werden. Der Schräglagen-Regler 40 kann
dazu verwendet werden, die Schräglage oder
die Flanke des Verstärker-Spektrums
zu ändern.
Im Allgemeinen kann die Verwendung des Schräglagen-Reglers 40 zur
Durchführung
von Einstellungen der spektralen Schräglage für Verstärker 18, statt nur Pumpen-Einstellungen
und Einstellungen des variablen optischen Dämpfungsgliedes zu verwenden,
dazu tendieren, dass sich der Gesamt-Pegel der Dämpfung, die von dem variablen
optischen Dämpfungsglied 42 unter bestimmten
Eingangsleistungs-Lastbedingungen erzeugt wird, verringert. Als
Folge davon kann sich die Rauschzahl eines gegebenen Verstärkers 18 verbessern,
wenn man den Schräglagen-Regler 40 verwendet, um
mindestens einen Teil der spektralen Einstellungen in Verstärker 18 durchzuführen, statt
sich ausschließlich
auf die unter Verwendung des variablen optischen Dämpfungsgliedes 42 durchgeführten Dämpfungseinstellungen
zu verlassen.
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Obwohl
das Beispiel von 2 zeigt, wie der Schräglagen-Regler 40 in
einem optischen Verstärker eingesetzt
werden kann, ist dies nur ein Beispiel. Der Schräglagen-Regler 40 kann
in jeder geeigneten optischen Netzwerk-Einrichtung 20 (1)
eingesetzt werden, wenn gewünscht.
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Eine
erste bevorzugte Ausführung
der Erfindung wird in 3 beschrieben. Der Eingang 26 ist
mit einer ersten Photodiode PD1 verbunden, um den Eingangs-Leistungspegel
für den
optischen Überwacher 34 zu messen.
Die zweite Photodiode PD2 nach der ersten Verstärkerstufe 30 des Verstärkers 18 ist
ebenfalls so angeschlossen, dass sie das Signal an den optischen Überwacher 34 liefert. Über ein
VOA 42 ist das Ausgangssignal der ersten Verstärkerstufe
mit einer zweiten Stufe 30 und einer dritten Photodiode
PD3 verbunden, die den Eingangs-Leistungspegel der zweiten Stufe
misst. Der Ausgangs-Leistungspegel
nach der zweiten Stufe des Verstärkers
wird mit einer vierten Photodiode PD4 am Ausgang 28 gemessen.
Parallel zur Messung der Signalleistung wird der Leistungspegel
von zwei Extremwerten der ASE-Wellenlänge am Signalausgang 28 abgezweigt.
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Die
Messung der ASE-Signalleistung an den Extremwerten des Spektrums
(zum Beispiel bei λ1
= 1529 nm und bei λ2
= 1562 nm für
das C-Band) nach jedem Verstärker 18 erlaubt
es, die Schräglage
des gesamten Systems an diesem Punkt zu messen. Das VOA 42 (oder
der VASC) wird justiert, bis die Differenz der Leistung zwischen
den beiden gemessenen Pegeln des ASE-Rauschens Null ist.
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Die
Photodioden PD1, PD2, PD3 und PD4, die in 3 gezeigt
werden, eignen sich zur Messung des absoluten Leistungspegels, es
ist aber für
die Erfindung nicht erforderlich, dass sie alle vorhanden sind.
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Die
Leistung des ASE-Rauschens bei λ1
und bei λ2
wird am Ende des Verstärkers
direkt vor der Übertragungsleitung
gemessen. Eine Möglichkeit
der Messung der Ausgangsleitung des Verstärkers und der Leistung jeder
Wellenlänge
ist in 4 gezeigt. Das Ausgangssignal der zweiten Stufe
des Verstärkers
ist mit einem Abzweig-Koppler 44 verbunden, der zum Beispiel
ein Abzweig-Verhältnis
von 99/1 hat. Der Abzweig-Koppler umfasst vier Anschlüsse, Anschluss
1 ist mit dem Ausgang der Verstärkerstufe 30 verbunden, Anschluss
2 ist mit der Übertragungsleitung
verbunden, Anschluss 3 ist mit Bragg-Gittern verbunden und Anschluss 4 ist
mit einem Wellenlängen-Multiplexer 47 verbunden.
Die beiden Bragg-Gitter 45 und 46 reflektieren die
Wellenlängen λ1 bzw. λ2. Das reflektierte
Licht kommt zurück
zu Anschluss 4 des Kopplers, 99% des Lichtes wird zu Anschluss 4
gesendet und 1% wird zurück
zu Anschluss 1 gesendet. Ein Wellenlängen-Multiplexer in Form von
z.B. einem Dünnfilm-Filter
wird verwendet, um die Wellenlänge λ1 und λ2 zu trennen
und sie zu Photodioden für λ1 und λ2 zu senden.
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Wenn
der EDFA in einer hybriden Konfiguration mit einem Raman-Vorverstärker verwendet
wird, teilt sich die Gesamtverstärkung
auf den Raman-Verstärker
und den mit Erbium dotierten Verstärker auf. Wenn das Spektrum
am Ausgang des EDFA eine Schräglage
hat, kann die Rückkopplung
auf den Raman-Verstärker
angewendet werden, statt das VOA oder den VASC einzustellen. Wenn
die Leistung im oberen Teil des C-Bandes (zum Beispiel λ2 = 1561
nm) größer ist
als die Leistung im unteren Teil des C-Bandes (zum Beispiel λ1 = 1529 nm),
kann die Raman-Verstärkung
verringert werden, oder die vom VOA bereitgestellte Dämpfung kann
erhöht werden.
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Wenn
die Leistung im oberen Teil des C-Bandes (zum Beispiel λ2 = 1561
nm) kleiner ist als die Leistung im unteren Teil des C-Bandes (zum Beispiel λ1 = 1529
nm), kann die Raman-Verstärkung
erhöht
werden, oder die vom VOA bereitgestellte Dämpfung kann verringert werden.
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Jeder
Verstärker
berücksichtigt
die Schräglage,
die von allen Übertragungsleitungen
aufsummiert wird. Wenn die Schräglage
des Verstärkers
verringert wird, ist das Übertragungssystem 10 toleranter.
Für das System-Design
sind längere
Faser-Teilstrecken
ohne Regeneration möglich.
Mit einer aktiven Anpassung der Schräglage kann der Einsatz von
Raman-Verstärkern sowie
der Einsatz von DGE (Dynamic Gain Equalizer) vermieden werden. Es
wird wenigstens eine Reduktion der Anzahl von DGE bei Systemen für extrem
weite Entfernungen erreicht. Die Lösung mit der Messung von zwei
Wellenlängen
im ASE-Rauschspektrum
erlaubt die Verwendung von VASC in der Zwischenstufe von EDFA (da
die Lösung
ein gutes Rückkopplungs-Signal für den ebenen
Verlauf des EDFA liefert). Der Zweck des VASC ist die Verringerung
der NF des EDFA, wenn die Eingangsleistung größer als die Nenn-Eingangsleistung
ist.
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5 bis 7 zeigen
die Ergebnisse von Spektrums-Messungen für die Signalleistung Pin = –9
dBm, –1
dBm und für
ein nicht voll belastetes Wellenlängen-Multiplex, bei dem nur
20 Kanäle
im mittleren Teil der Verstärker-Bandbreite
benutzt werden.
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