DE69800149T2

DE69800149T2 - Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Verstärkungsregelung für optische Verstärker

Info

Publication number: DE69800149T2
Application number: DE69800149T
Authority: DE
Inventors: Johannes Christiaan Van Der Plaats
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: JP3553361B2; DE69800149D1; CA2228227C; JPH10284788A; EP0871302A3; EP0871302A2; EP0871302B1; US5923462A; CA2228227A1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Kommunikationssysteme und insbesondere ein dynamisches Verstärkungsregelsystem für optische Verstärker.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Optische Kommunikationssysteme werden aufgrund der großen Bandbreiten, die für die Informationssignalkanäle verfügbar sind, gewünscht. Geschwindigkeitsbeschränkungen von optischen Sendern und Empfängern erschweren die volle Ausnutzung dieser Bandbreite bei Verwendung einer einzigen Wellenlänge. Deshalb kombinieren optische Übertragungssysteme mit großer Kapazität im allgemeinen schnelle Systeme auf einer Signalfaser mittels Wellenlängenmultiplexierung (WDM) zum Füllen der verfügbaren Bandbreite. Bei diesen optischen WDM-Übertragungssystemen werden im allgemeinen seltenerddotierte faseroptische Verstärker (zum Beispiel erbium- oder erbium-ytterbium-dotiert) verwendet, um die Faserverbindungs- und Verzweigungsverluste auszugleichen. Unter spezifischen Bedingungen fügen optische Verstärker dem System unerwünschtes Rauschen hinzu. Zusätzlich stellen seltenerddotierte Faserverstärker bei einigen Anwendungen bestimmte Herausforderungen.
Verstärkungstransienten in optischen Verstärkern sind ein großes Problem für wellenlängenmultiplexierte optische Systeme (optische WDM-Systeme), bei denen Kanäle entweder aufgrund einer Umkonfiguration oder von Ausfällen des Netzes hinzugefügt oder entfernt werden. Das Hinzufügen von Kanälen kann die Leistung der vorliegenden Kanäle unter die Empfängerempfindlichkeit drücken. Die Entfernung von Kanälen kann zu Fehlerereignissen in den verbleibenden Kanälen führen, weil die Leistung der verbleibenden Kanäle die Schwellen für nichtlineare Effekt, wie zum Beispiel die stimulierte Brillouin- Streuung (SPS), überschreiten können, wodurch unerwünschte Reflexionen und Rauschen und Vier-Wellen- Mischung (FWM) verursacht werden, was zu zusätzlichem Übersprechen zwischen den Kanälen führt. Die Fehlerstöße in den verbleibenden oder vorliegenden Kanälen als Folge dieser Leistungstransienten sind für Dienstanbieter unannehmbar.
Außerdem ist die Verstärkung für erbiumdotierte Faserverstärker nicht über die optische Wellenlänge hinweg gleichförmig, weil die Verstärkung des erbiumdotierten Verstärkers naturgemäß von dem Absorptions- und Emissionswellenlängenspektrum der Erbiumionen in der Faser abhängt. Dies wird zu einem signifikanten Problem bei WDM-Systemen, bei denen mehrere Wellenlängen gleichzeitig verstärkt werden sollen. Insofern besteht ein Bedarf an erbiumdotierten Faserverstärkern (EDFAs) mit relativ konstanten Mehrkanalverstärkungen, unabhängig von sich ändernden WDM-Eingangskanalzahlen, Leistungen, Wellenlängen und Modulationsverfahren und mit geringen Verstärkungsschwankungen zwischen den WDM-Kanälen. Für erbiumdotierte Fasern (EDFs) bestehen Inversionsniveaus, die geringe Mehrkanal-Verstärkungsschwankungen liefern. Die Inversionsniveaus bedeuten die Anzahl invertierter oder erregter Erbiumionen/die Gesamtzahl von Erbiumionen in der Faser. Für die ideale Version eines EDFA beträgt die Verstärkungsschwankung zwischen den WDM-Kanälen Null. In der Praxis kann ein EDFA mit geringer Mehrkanalverstärkungsschwankung immer noch geringfügige Kanalverstärkungsschwankungen zwischen den Kanälen (zum Beispiel 1 dB) erzeugen, die unter Verwendung eines passiven optischen Filters verringert werden können, wodurch ein relativ flaches und konstantes EDFA- Mehrkanal-Verstärkungs/Wellenlängenspektrum in dem Betriebswellenlängenbereich des EDFA erzeugt wird.
In A. K. Srivastava et al., "Fast Gain Control in an Erbium-Doped Fiber Amplifier", Technical Digest of the Optical Amplifiers and their Applications 1996 Topical Meeting, OAA '96, nachgereichte Arbeit PDP4, mißt ein Ausgangsleistungsregelsystem die Ausgangs leistung aus einem Kanal und steuert den Pumplaser mit einer Rückkopplungsschleife an, um die Ausgangsleistung des Kanals relativ konstant zu halten. Dieses System liefert keine echte Verstärkungsregelung, weil die Verstärkungsregelung nur für konstante Eingangsleistung bereitgestellt wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie nicht funktioniert, wenn der Kanal, der zur Messung der Ausgangsleistung verwendet wird, selbst entfernt wird. Wie oben erwähnt, erhält dieses System außerdem nicht die Mehrkanalverstärkung und die Nicht- Schwankung des Mehrkanalverstärkungsspektrums aufrecht, wenn die Eingangsleistung des gemessenen Kanals verändert wird.
In K. Motoshima et al., "Dynamic Compensation of Transient Gain Saturation in Erbium-Doped Fiber Amplifiers by Pump Feedback Control", Optical Fiber Communication Conference (OFC '93), San Jose, CA, 1993, S. 40-42, Arbeit Tu15, wird ein System beschrieben, bei dem ein zusätzliches Sondensignal auftritt, dessen Wellenlänge in dem EDFA-Verstärkungswellenlängenbereich, aber außerhalb der möglichen Signalwellenlänge liegt, um die Verstärkung zu messen und zu stabilisieren. Sowohl die Eingangsleistung als auch die Ausgangsleistung des Sondensignals werden dann gemessen, um die tatsächliche Verstärkung zu bestimmen. Durch Verwendung einer Rückkopplungsschaltung, die den Diodenstrom des Pumplasers und deshalb seine Leistung ansteuert, wird beschrieben, daß das System eine relativ wenig schwankende Verstärkung herstellt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß in jedem EDFA ein zusätzlicher DFB-Laser benötigt wird, um das Sondensignal bereitzustellen, und auch scharfe Wellenlängenmultiplexer benötigt werden, um das Sondensignal hinzuzufügen und zu extrahieren, wodurch die EDFA-Herstellungskosten zunehmen.
In J. Massicott et al., "Asymmetric Control Laser Cavity Design for Low Noise Operation of an All-Optical Gain Controlled Erbium-Doped Fiber Amplifier", Technical Digest of the Optical Amplifiers and their Applications, 1996 Topical Meeting, OAA'96, Arbeit FB2, Seiten 77-80, wird von einer Lösung berichtet, bei der die optische Verstärkung geklemmt wird. Die Verwendung der Klemmung der optischen Verstärkung erfordert jedoch mindestens zwei zusätzliche optische Einwellenlängenreflektoren. Zusätzlich vergrößern die durch die Filter und/oder Reflektoren verursachten zusätzlichen Verluste bei den Signalwellenlängen, die für den Verstärkungsklemmungssteuerlaser benötigt werden, die erreichbare Rauschzahl und verringern die erreichbare Ausgangsleistung des Verstärkers bei gegebener verfügbarer Pumpleistung.
Deshalb wird ein EDFA benötigt, der die Nachteile der derzeitigen Systeme beseitigt, und der relativ konstante Mehrkanalverstärkungen unabhängig von sich ändernden WDM-Eingangskanalzahlen, Leistungen, Wellenlängen und Modulationsverfahren aufweist.
Aus JP-A-08304856 ist ein optischer Faserverstärker bekannt, der in der Lage ist, eine Verstärkung auch ohne einen Eingangssignalstrahl auf einen festen Wert zu regeln und die Verstärkung auch für ein optisches Eingangssignal mit schneller Leistungsänderung zu regeln. Eine Erregungslichtquelle liefert Erregungslicht für die Lichtverstärkung an eine EDF (seltenerddotierte Faser) zur Verstärkung des Signalstrahls durch Lichterregung, und eine Steuerlichtquelle liefert Steuerlicht zur Steuerung einer Verstärkung, und ein erster Erregungslichtmonitor erkennt die Leistung des Erregungslichts, das auf die EDF einfällt, und ein zweiter Erregungslichtmonitor erkennt die Leistung des Erregungslichts, das die EDF durchläuft, um ausgegeben zu werden, und ein Komparator berechnet ein Verhältnis zwischen dem Detektionsergebnis durch den ersten Erregungslichtmonitor und dem Detektionsergebnis durch den zweiten Erregungslichtmonitor, und eine Ansteuerschaltung steuert die Steuerleistung, die durch die Steuerlichtquelle zugeführt wird, auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses durch den Komparator.

Kurze Darstellung der Erfindung

Ein Verfahren und System gemäß der Erfindung werden in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Das dynamische Verstärkungsregelsystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bestimmt Pumplichtverluste und hält die Pumplichtverluste für sich ändernde Eingangskanäle relativ konstant. Dabei erhält das dynamische Verstärkungsregelsystem das Inversionsniveau des optischen Verstärkers aufrecht. Ein relativ konstantes Inversionsniveau entspricht relativ konstanten Verstärkungen für die Kanäle (Mehrkanalverstärkung), unabhängig von sich ändernden Eingangskanalzahlen, Leistungen, Wellenlängen und/oder Modulationsverfahren.
Zur Erzielung dieser und anderer Aspekte der vorliegenden Erfindung enthält das dynamische Verstärkungsregelsystem eine Pumpquelle, die Pumplicht liefert. Das dynamische Verstärkungsregelsystem mißt einen bestimmten Teil des Pumpeingangslichts für den optischen Verstärker und mißt einen bestimmten Teil des Pumpausgangslichts aus dem optischen Verstärker. Die dynamische Verstärkungsregelung bestimmt die Pumplichtverluste auf der Grundlage der Messungen des Eingangspumplichts und des Ausgangspumplichts. Auf der Grundlage der Pumplichtverluste hält das dynamische Verstärkungsregelsystem die Pumplichtverluste relativ konstant (zum Beispiel 0,1 dB), unabhängig von der Anzahl von Eingangskanälen und ihren relativen Leistungen (zum Beispiel Eingangskanalleistungen von -50 dBm bis 10 dBm), durch Bereitstellung von Rückkopplung zur Steuerung des Ausgangspumplichts. Als Folge verringert das dynamische Verstärkungsregelsystem die Mehrkanalverstärkungsänderungen als Folge von Änderungen in den Eingangskanälen des optischen Verstärkers. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können kleine Verstärkungsschwankungen zwischen den Kanälen über einen großen Gesamteingangsleistungsbereich hinweg erzielt werden, indem das Mehrkanalwellenlängen verstärkungsspektrum unter Verwendung passiver optischer Filterverfahren kompensiert wird.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bleibt die Form des Ausgangsleistungsspektrums der Pumpquelle relativ konstant (zum Beispiel ± 5%), wenn die Ausgangsleistung verändert wird. Die Steuerung des Ausgangspumplichts kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, daß die 980- oder 1480-nm-Pumpquelle auf einen festen Vorstrom und eine feste Temperatur eingestellt wird und ein externer Modulator oder Abschwächer zur Änderung des Ausgangslichts der Pumpquelle verwendet wird. Als Alternative kann die Pumpquelle optisch durch Verwendung eines Einwellenlängenreflektors mit geringem Prozentsatz (z. B. eines Faser-Bragg-Gitterreflektors mit 978 nm, 4%) auf eine einzige Wellenlänge verriegelt werden, und um die Ausgangsleistung der Pumpquelle durch Steuern des Ansteuerstroms der Pumpquelle zu ändern. Die dynamische Regelschaltung kann mit einer schnellen Ansprechzeit (zum Beispiel in der Größenordnung von u-Sekunden) ausgeführt werden, um das Verstärkungstransientenproblem zu lösen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung anhand der Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines EDFA bei einer Ausführungsform des dynamischen Verstärkungsregelsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, bei der eine pumplichtverlustgesteuerte Inversions-/Verstärkungsverriegelung bereitgestellt wird;
Fig. 2 ist ein Graph der EDFA-Verstärkung als Funktion der Eingangssignalleistung bei 1550 nm, wobei das dynamische Verstärkungsregelsystem ein- und ausgeschaltet ist;
Fig. 3 zeigt einen Graph des Pumplaserstroms als Funktion der Eingangssignalleistung bei 1550 nm, wobei das dynamische Verstärkungsregelsystem ein- und ausgeschaltet ist;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild des Meßaufbaus für eine Ausführungsform des dynamischen Verstärkungsregelungssystems;
Fig. 5 zeigt Messungen der Gesamteingangsleistung auf Kanal 1 und der Ausgangsleistung bei 1550 nm auf Kanal 2 eines EDFA, wobei das dynamische Verstärkungsregelsystem ausgeschaltet ist; und
Fig. 6 zeigt Messungen der Gesamteingangsleistung auf Kanal 1 und der Ausgangsleistung bei 1550 nm auf Kanal 2 eines EDFA, wobei das dynamische Verstärkungsregelsystem eingeschaltet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine beispielhafte Ausführungsform des dynamischen Verstärkungsregelsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben und enthält ein dynamisches Verstärkungsregelsystem, das die mittlere Inversion eines EDF aufrechterhält oder verriegelt, um EDFAs mit Mehrkanalverstärkungen zu ergeben, die unabhängig von den sich ändernden Eingangskanälen sind; zu solchen Änderungen gehört die Anzahl von WDM-Eingangskanälen, ihre Leistungen, ihre Wellenlängen und ihre Modulationsverfahren. Zusätzlich kann eine Filterung eingesetzt werden, um Schwankungen der Verstärkungen zwischen den Kanälen der EDFAs zu entfernen. Diese Merkmale, sowie die dynamische Beschaffenheit der dynamischen Regelung unter Verwendung einer schnellen negativen Rückkopplungsschleife können außerdem Verstärkungstransientenprobleme lösen.
Die Verstärkung als Funktion der Wellenlänge X ist eine Funktion der Länge L der erbiumdotierten Faser und zeit- und positionsgemittelter Inversion der Erbiumionen < N> :
G(λ) = L * [(α(λ) + g*(λ)) < N> - (α (λ) + δ(λ))], wobei α(λ) der Absorptionskoeffizient, g*(λ) der Emissionskoeffizient und δ(λ) der Hintergrundverlust (jeweils in dB/m) ist. Eine feste Inversion der Erbiumionen in der EDF ergibt ein festes Mehrkanalverstärkungsprofil und einen festen Pumplichtverlust. Bei dieser konkreten Ausführungsform kann das Inversionsniveau deshalb verriegelt werden, indem der Pumpleistungsverlust Lp = PPump-in/Ppump-out für verschiedene WDM-Eingangskanalleistungen relativ konstant gehalten wird, wobei Ppump-in die Pumpleistung in den EDFA und Ppump-out die Pumpausgangsleistung aus dem EDFA ist.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines EDFA 10 unter Verwendung einer konkreten Ausführungsform des dynamischen Verstärkungsregelsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Bei dieser konkreten Ausführungsform ist die Pumpquelle 12 ein 980-nm-Pumplaser, der Pumplicht mit einer Pumpleistung gemäß einem Ansteuerstrom erzeugt. Ein Einzelwellenlängenreflektor 14 mit niedrigem Prozentsatz, wie zum Beispiel ein 4%-978nm-Faser-Bragg-Gitterreflektor befindet sich am Ausgang der Pumpquelle 12 und stabilisiert das Pumpleistungsspektrum. Vor dem Kombinieren des Eingangssignals auf der Lichtleitfaserleitung 16 und der Pumpleistung unter Verwendung eines 980/1550-nm-Schmelzfaser-WDM 18 wird ein bestimmter Teil (zum Beispiel 10%) der Pumpleistung an einen Fotodetektor 20, wie zum Beispiel eine Fotodiode angekoppelt, wobei ein Abgriffskoppler 22 (z. B. ein 10%-980-nm-Schmelzfaser-Abgriffskoppler) verwendet wird. Insofern liefert der Fotodetektor 20 in dieser konkreten Ausführungsform ein Maß für die Eingangspumpleistung Ppump-in, die in die EDF 24 eintritt. Am Ausgang der EDF 24 wird ein bestimmter Teil (100% bis zu einem kleinen Teil) der Ausgangspumpleistung mit WDMs 26 mit hoher Isolation (eine Kaskade zweier Schmelzfaser-WDMs wird in Fig. 1 zur Erzielung dieser hohen Isolation von zum Beispiel 40-50 dB verwendet) von der verstärkten Signalleistung getrennt. Die getrennte Pumpleistung wird an einen Fotodetektor 28, wie zum Beispiel eine Fotodiode, angekoppelt, um ein Maß für die Ausgangspumpleistung Ppump-out der EDF 24 zu liefern.
Verarbeitungsschaltung 30 empfängt ein Eingangsleistungssignal Ipd1 aus dem Fotodetektor 20, das die Eingangspumpleistung darstellt oder anzeigt, und ein Ausgangsleistungssignal aus dem Fotodetektor 28, der die Ausgangspumpleistung Ipd2 darstellt oder anzeigt. Die Verarbeitungsschaltung 30 erzeugt ein Rückkopplungssignal, das den Pumpleistungsverlust darstellt oder anzeigt. Bei dieser konkreten Ausführungsform enthält die Verarbeitungsschaltung 30 eine integrierte Schaltung LOG 100 von Burr-Brown® in Tucsan, Arizona, die ein Spannungssignal V = K log (Ipd2 / Ipd1) = K log (C Ppump-in / Ppump-out) erzeugt, wobei K eine festgelegte Konstante ist, die durch die integrierte Schaltung erzeugt wird, und C die Division durch den Teil bzw. die Teile ist, die Ppump-in und Ppump-out von den tatsächlichen Eingangs- und Ausgangspumpleistungen sind. Das Rückkopplungssignal Wird durch eine negative Rückkopplungsschleife 32 mit sehr hoher Gleichstrom-Schleifenverstärkung empfangen. Bei dieser konkreten Ausführungsform enthält die negative Rückkopplungsschleife 32 eine Bezugsspannungsquelle 34, Widerstände 36 und 38, einen Operationsverstärker 40 und einen Kondensator 42.
Die negative Rückkopplungsschleife 32 regelt die Ausgangspumpleistung durch Ansteuern der variablen Quelle 44 für den Pumplaserdiodenstrom Iv = GU, wobei G die Konstante ist, die die Transadmittanz einer geregelten Stromquelle bestimmt, und U das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 40 über der Quelle 46 des Vorstroms Io ist. Insofern wird der Strom Iv + Io der Ansteuerstrom für die Pumpquelle 12 und hält das Spannungssignal V gleich der Spannung Vref. Diese Bezugsspannung Vref legt die mittlere Inversion fest, mit der die EDF 24 verriegelt wird. Die Quelle 46 des Feststroms Io wird zur Vorspannung der Pumpquelle 12 über ihrer Schwelle verwendet, um eine meßbare Pumplichtabsorption sicherzustellen. Der Gesamtpumplaserstrom Iv + Io sollte unter einem Maximalstrom Imax für den Pumplaser gehalten werden, damit der Pumplaser 12 nicht zerstört wird. Es ist wünschenswert, über eine Pumpquelle mit klickfreien Leistungs-Strom-Kennlinien (P-I-Kennlinien) zu verfügen. Je höher die maximale Pumpleistung, desto größer der dynamische Gesamtsignaleingangsleistungsbereich des dynamischen Verstärkungsregelsystems, weil zum Halten des Inversionsniveaus und somit der Mehrkanalverstärkungen auf relativ konstantem Wert umso mehr Pumpleistung erforderlich ist, je höher die Eingangskanalleistung ist. Als Alternative könnte die Rückkopplungsschleife 32 einem (nicht gezeigten) Modulator oder (nicht gezeigten) Abschwächer am Ausgang der Pumpquelle 12 ein Rückkopplungssignal zuführen, um die Ausgabe der Pumpquelle 12 zu regeln.
Fig. 2 zeigt zwei Kurven mit der gemessenen EDFA-Verstärkung als Funktion der 1550-nm- Eingangssignalleistung in den EDFA. Die Kurve 50 stellt die EDFA-Verstärkung als Funktion der Eingangsleistung dar, wenn die dynamische Regelschaltung eingeschaltet ist, und die Kurve 52 stellt die EDFA-Verstärkung als Funktion der Eingangsleistung dar, wenn die Pumplaserleistung auf ihr Maximum festgelegt ist. Wie durch Fig. 2 gezeigt, hält das dynamische Verstärkungsregelsystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die EDFA-Verstärkung bei schwankenden Eingangssignalleistungen von ungefähr -10 dBm bis -35 dBm relativ konstant.
Fig. 3 zeigt eine entsprechende Kurve der Eingangsleistung in den EDFA als Funktion des Pumpquellenstroms. Die Kurve 54 stellt die Eingangsleistung als Funktion des Pumpquellenstroms dar, wenn die dynamische Verstärkungsregelschaltung ausgeschaltet ist und der Pumpquellenstrom auf das Maximum eingestellt ist, und die Kurve 56 stellt die Eingangsleistung als Funktion des Pumpquellenstroms dar, wenn die dynamische Verstärkungsregelschaltung aktiviert ist und der Vorstrom Io auf 40 mA eingestellt ist. Fig. 3 zeigt, daß der Dynamikumfang des inversionsverriegelten EDFA bei dieser Wellenlänge etwa 25 dB (von -35 bis -10 dEm) beträgt. Dieser Dynamikumfang kann erweitert werden, indem Pumplaser mit einer höheren maximalen Ausgangsleistung verwendet werden (bei dem Pumplaser dieser Ausführungsform betrug die maximale Ausgangsleistung ungefähr 70 mW).
Ein Beispiel des dynamischen Verhaltens der dynamischen Regelschaltung für den EDFA dieser konkreten Ausführungsform, wenn Kanäle hinzugefügt oder entfernt werden, wird nachfolgend beschrieben. Fig. 4 zeigt die Messung, die für die Untersuchung des dynamischen Verhaltens des dynamischen Verstärkungsregelsystems eingerichtet wurde. Ein 1,55-Mikrometer- Fabry-Perot-Laser 60 mit Pi = -11,5 dBm Leistung des Lasers 60 am Eingangsport des EDFA 66 und keiner Laserbetriebsart bei 1550,0 nm, die mit einem 10-Hz- Rechtecksignal moduliert wird. Ein Rechteckgenerator 62 erzeugt das 10-Hz-Rechtecksignal, das das Hinzufügen und Entfernen von 5 von 6 Kanälen in bezug auf das 1550,0-nm-Signal aus einer abstimmbaren Laserquelle 64 mit Pi = -17,5 dBm Leistung des abstimmbaren Lasers 64 in den inversionsverriegelten EDFA 66 dieser konkreten Ausführungsform simuliert. Unter Verwendung eines Oszilloskops 68 werden die Gesamteingangsleistung (die Summe des Fabry-Perot-Lasers 60 und des abstimmbaren Lasers 64 in den EDFA 66) und die Ausgangsleistung des 1550-nm-Signals aus dem EDFA 66 als Funktion der Zeit gemessen. Zur Messung der Ausgangsleistung bei 1550 nm wird ein 0,5-nm-Bandpaßfilter 70 verwendet, das auf 1550 nm abgestimmt wird.
Fig. 5 zeigt einen Graph 74 für die Gesamteingangsleistung auf Kanal 1 des Oszilloskops 68, und einen Graph 76 für die 1550-nm-Ausgangsleistung des EDFA 66 auf Kanal 2 des Oszilloskops 68, wobei die dynamische Regelschaltung ausgeschaltet ist (beide Leistungsskalen sind linear). In diesem Fall steigt die Ausgangsleistung des 1550-nm-Signals um mehr als 3 dB, wenn die anderen Kanäle während der Zeitspannen 78 entfernt werden.
Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, wenn die dynamische Regelschaltung dieser konkreten Ausführungsform eingeschaltet wird. In diesem Fall kehrt das 1550-nm-Ausgangssignal 80 innerhalb von 2 ms zu seinem ursprünglichen Wert zurück, und die Auslenkungsspitze 82 wird auf ungefähr 1,7 dB reduziert. Insofern zeigen die Graphen von Fig. 5, wie die dynamische Regelschaltung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die Verstärkung, die dem 1550 nm-Ausgangsleistungssignal aus dem EFDA 66 (Fig. 4) während dem Hinzufügen und Entfernen von Kanälen zugeordnet ist, aufrechterhält. Durch Verbessern der Ansprechzeit für die dynamische Regelschaltung auf die Größenordnung von Mikrosekunden, kann die durch die Auslenkungsspitzen 82 gezeigte Verstärkungstransientenleistung aufgelöst werden.
Somit überwindet das dynamische Verstärkungsregelsystem die Nachteile derzeitiger Systeme und ergibt einen optischen Verstärker mit relativ konstanten spektralen Verstärkungen, unabhängig von den Eingangssignalen. Alternative Konfigurationen des dynamischen Verstärkungsregelsystems sind möglich, die Komponenten weglassen oder hinzufügen oder andere Komponenten bei der Durchführung des obenbeschriebenen Regelverfahrens oder einer Variante dieses Verfahrens verwenden. Zum Beispiel kann die Rückkopplungselektronik verbessert werden, um ein schnelleres und glatteres Ansprechverhalten des dynamischen Verstärkungsregelsystems zu erreichen. Außerdem umfaßt die obenbeschriebene Ausführungsform eine dynamische Verstärkungsregelung für einen erbiumdotierten Faserverstärker, das dynamische Verstärkungsregelsystem der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch mit beliebigen anderen optischen Verstärkern verwendet werden, bei denen die Aufrechterhaltung der spektralen Verstärkung erzielt werden kann, indem die Pumplichtverluste gemessen werden und dies als ein Eingangssignal für ein Rückkopplungssystem verwendet wird, das die Ausgabe der Pumpquelle(n) steuert. Insofern enthält der optische Verstärker andere seltenerddotierte Verstärker, wie zum Beispiel erbiumdotierte planare Wellenleiterverstärker und erbium-ytterbium-dotierte Verstärker - Darüber hinaus wird das dynamische Verstärkungsregelsystem als Eingangs- und Ausgangspumpleistungen messend und den Pumpleistungsverlust aus diesen Messungen bestimmend beschrieben. Es versteht sich, daß die Messung der Eingangs- und Ausgangspumpleistung durch Messen von Teilen dieser Werte oder anderer Parameter durchgeführt werden kann, die mit der eigentlichen Eingangs- und Ausgangspumpleistung zusammenhängen, und daß die Bestimmung der Pumpleistungsverluste auch durch Messen dieser und anderer, mit den Pumpleistungsverlusten zusammenhängenden Parameter durchgeführt werden kann.
Zusätzlich wurde das dynamische Verstärkungsregelsystem als mehrere einfache Komponenten umfassend beschrieben; es versteht sich jedoch, daß das dynamische Verstärkungsregelsystem und Teile dieses Systems unter Verwendung anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen, softwaregesteuerter Verarbeitungsschaltungen oder anderer Anordnungen diskreter Komponenten verwendet werden können. Das Beschriebene ist lediglich ein Beispiel der Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden ohne weiteres erkennen, daß diese und verschiedene andere Modifikationen, Anordnungen und Verfahren an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne streng den beispielhaften Anwendungen zu folgen, die hier dargestellt und beschrieben wurden, und ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung eines optischen Verstärkers (24), mit den folgenden Schritten:

Liefern von Pumplicht aus einer Pumpquelle (12); und

Bestimmen des über den optischen Verstärker (24) hinweg auftretenden Pumplichtverlusts;

gekennzeichnet durch

Stabilisieren des Leistungsspektrums des Pumplichts aus der Pumpquelle (12); und

Steuern der Pumpquelle (12) bezüglich des Pumplichtverlusts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens folgendes umfaßt:

Durchführen einer Messung eines Teils von Eingangspumplicht, das in den optischen Verstärker (24) fließt;

Durchführen einer Messung eines Teils von Ausgangspumplicht aus dem optischen Verstärker (24); und

Bestimmen des Pumplichtverlusts auf der Grundlage der Messungen des Eingangspumplichts und des Ausgangspumplichts.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Stabilisierens folgendes umfaßt: Aufrechterhalten der Form des Leistungsspektrums des Pumplichts, wenn sich das Pumplicht ändert, indem die Pumpquelle auf einen festen Vorstrom (46) und eine feste Temperatur eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Stabilisierens folgendes umfaßt: Aufrechterhalten der Form des Leistungsspektrums des Pumplichts, wenn sich das Pumplicht ändert, indem das Pumplicht optisch auf eine einzige Wellenlänge verriegelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Aufrechterhaltens folgendes umfaßt: Verwenden eines Einzelwellenlängenreflektors (14) mit niedrigem Prozentsatz zur optischen Verriegelung des Pumplichts auf eine einzige Wellenlänge.

6. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem folgenden Schritt: Kombinieren mindestens eines Eingangskanals mit dem Pumplicht.

7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Durchführens einer Messung des Teils des Eingangspumplichts die folgenden Schritte umfaßt:

Liefern des Teils des Eingangspumplichts an einen Fotodetektor (20); und

Erzeugen eines Eingangslichtsignals aus dem Fotodetektor als Reaktion auf den Teil des Eingangspumplichts.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Durchführens einer Messung des Ausgangspumplichts die folgenden Schritte umfaßt:

Liefern eines Teils des Ausgangspumplichts an einen zweiten Fotodetektor (28); und

Erzeugen eines Ausgangslichtsignals aus dem zweiten Fotodetektor (28) als Reaktion auf den Teil des Ausgangspumplichts.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schritte des Bestimmens und des Steuerns folgendes umfassen:

Empfangen des Eingangslichtsignals und des Ausgangslichtsignals; und

Erzeugen eines Pumplichtverlustsignals, das den Pumplichtverlust anzeigt, daraus; und

Bereitstellen einer negativen Rückkopplungsschleife (32), die auf das Pumplichtverlustsignal reagiert, um eine Pumpe (44) mit variablem Strom anzusteuern, die den Ansteuerstrom für die Pumpquelle (12) verändert.

10. Verstärkungsregelsystem (10) für einen optischen Verstärker (24), umfassend:

eine Pumpquelle (12), die Pumplicht für den optischen Verstärker (24) erzeugt;

ein Mittel zum Erzeugen eines Eingangslichtsignals als Reaktion auf Eingangspumplicht;

eine optische Kopplung (26), die einen Teil von Ausgangspumplicht aus dem optischen Verstärker (24) an einen Fotodetektor (28) ankoppelt, wobei der Fotodetektor (28) als Reaktion auf das Ausgangspumplicht ein Ausgangslichtsignal erzeugt; und

eine Verarbeitungsschaltung, (30), die so geschaltet ist, daß sie das Eingangslichtsignal und das Ausgangslichtsignal empfängt, um ein Pumplichtverlustsignal zu erzeugen; und

eine Rückkopplungsschaltung (32), die auf das Pumplichtverlustsignal reagiert,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Leistungsspektrumsstabilisator das Leistungsspektrum des Pumplichts stabilisiert;

das Mittel zum Erzeugen eines Eingangslichtsignals eine zusätzliche optische Kopplung (18) umfaßt, die so geschaltet ist, daß sie einen Teil des Eingangspumplichts koppelt und den Teil des Eingangspumplichts an einen ersten Fotodetektor (20) liefert, wobei der erste Fotodetektor (20) als Reaktion auf das Eingangspumplicht das Eingangslichtsignal erzeugt; und

die Rückkopplungsschaltung die Pumpquelle steuert.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsspektrumsstabilisator eine Festvorstromquelle (46) enthält, die das Pumplicht der Pumpquelle einstellt.

12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsspektrumsstabilisator eine optische Verriegelung (14) zum Verriegeln des Pumplichts auf eine einzige Wellenlänge enthält.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verriegelung ein Einzelwellenlängenreflektor (14) mit niedrigem Prozentsatz zur optischen Verriegelung des Pumplichts auf eine einzige Wellenlänge ist.

14. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (32) einen Ansteuerstrom für die Pumpquelle (12) steuert, um das Pumplicht zu verändern.