EP1815619A1 - Kompensation von gewinnschwankungen eines mehrstufigen optischen verstärkers - Google Patents

Kompensation von gewinnschwankungen eines mehrstufigen optischen verstärkers

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EP1815619A1
EP1815619A1 EP05801348A EP05801348A EP1815619A1 EP 1815619 A1 EP1815619 A1 EP 1815619A1 EP 05801348 A EP05801348 A EP 05801348A EP 05801348 A EP05801348 A EP 05801348A EP 1815619 A1 EP1815619 A1 EP 1815619A1
Authority
EP
European Patent Office
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power
amplifier
stage
pump
input
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05801348A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Rapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1815619A1 publication Critical patent/EP1815619A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/293—Signal power control
    • H04B10/294—Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation
    • H04B10/296—Transient power control, e.g. due to channel add/drop or rapid fluctuations in the input power
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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    • H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
    • H01S3/13013—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by controlling the optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/003—Devices including multiple stages, e.g., multi-stage optical amplifiers or dispersion compensators

Definitions

  • the invention relates to a method of compensating for Ge winnschwankache a multistage optical amplifier ge Frankfurtss the preamble of claim 1 and an ent ⁇ speaking furnished optical amplifier according to the preamble of patent claim. 5
  • optical amplifiers are used to amplify the optical signals transmitted in an optical network.
  • the optical signals often run over long distances of several hundred
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a typical optical transmission path or a portion of a Studentstra ⁇ supply network with a transmitter 1 (TX) and a receiver 9 (RX), and two amplifiers 3.
  • TX transmitter 1
  • RX receiver 9
  • a from the transmitter 1 emitted optical signal runs over a plurality of sections an optical fiber 2 to the receiver 9 and is each amplified or refreshed by a booster 3 after a predetermined distance.
  • Such optical links and networks often use the WEI lennostin-division multiplexing (WDM) technique wherein a plurality of ducts Ka ⁇ - usually 40 or 80 - the same rule in a ⁇ optical fiber 2 are transmitted.
  • the information is on a carrier wavelength of the respective channel z. B. modulated at 10 Gbps.
  • WDM technology also offers the possibility of connecting distributed transmitters and receivers directly via optical paths, without having to make an opto-electrical conversion must make ⁇ sen.
  • One known type of optical amplifier employs an erbium-doped fiber into which the light of an optical pump, e.g. B. a laser diode is coupled.
  • the guided in the doped fiber optical signal is amplified by stimulated emission of photons.
  • the Erbi ⁇ -doped fibers z.
  • amplifier stages whose fibers are doped with other rare earth ions, semiconductor amplifiers or Raman amplifier used.
  • FIG. 2 shows a typical amplifier stage 4 of an optical amplifier 3 using an erbium-doped fiber 14.
  • the amplifier stage further comprises a WDM coupler 10 and an optical pump 11 whose light is coupled into the doped fiber 14 via the WDM coupler 10.
  • the guided in the optical fiber 2 ⁇ WDM signal (eg from 80 channels) is amplified in the doped fiber 14 by spontaneous emission.
  • the amplifier gain depends on the pumping power of the
  • a known method measures z. For example, it changes the input power and calculates a new pump power, which is set immediately afterwards on the pump. The difficulty here is above all to calculate the new pumping power correctly, so that the Ver ⁇ gain remains substantially constant.
  • the pumping Leis ⁇ processing does not only depend on the input power of the amplifier, but also on the wavelength of the remaining channels after the switching operation and other factors. The calculation of the newly adjusted pumping power solely due to the power change at the input is therefore relatively inaccurate.
  • the pump power is changed in one step to the correct value
  • fluctuations are due to the storage effect of the doping element of the fiber 14.
  • the electrons of the doping element eg Erbium
  • the electrons of the doping element are first raised to a first higher energy level, from which they are stored in a non-doped state. radiating transition to a second, lower energy level. The bright transition then takes place only from the second energy level to a third energy level instead.
  • FIG. 3 shows the overshoot 23 after a switching operation in the output signal P sig, O ut and the gain G of a Verellrstu ⁇ fe 4.
  • the upper graph shows the course of Summenein ⁇ output power P sig, in an optical signal having z. B. 80 channels, which is applied to the input of the amplifier stage. Of the 80 channels z. B. 40 decoupled before the amplifier, wo ⁇ by the power drops abruptly at the entrance.
  • the Leis ⁇ tung crack 20 is located at the time t 0 at the input of Verstär ⁇ kerchlane 4 at.
  • the second graph shows the course of the pump power P p .
  • the pumping power P p shortly after Zeit ⁇ point to also abruptly reduced in response to the performance leap 20th
  • the third graph shows the output power P sig , O ut of the amplifier stage, which likewise has a jump 22 approximately at the time t 0 .
  • the lowermost graph shows the gain G of the amplifier stage 4, which also contains the overswitch 23. (If channels were connected, a corresponding undershoot would occur).
  • the overshoots 23 or undershoots are added, as a result of which relatively high power fluctuations can occur at the output of the optical amplifier, which in turn lead to bit errors at the receiver being able to lead. It is therefore the object of the present invention to compensate for such fluctuations in the gain of an optical amplifier, in particular overshoots or undershoots occurring after a switching operation, or at least to reduce them considerably.
  • An essential idea of the invention is to compensate for an occurring in the amplifier gain of a first amplifier stage variation (overshoot or undershoot), which follows a power jump in the input signal of the amplifier stage at least partly by the fact that the pumping ⁇ power of a subsequent second stage is already changed, even before the power jump is applied to the input of the second stage.
  • the change of the pumping power at the second stage takes place so early that the fluctuation (eg an overshoot) in the input signal of the second stage is caused by an opposite fluctuation (eg an undershoot, otherwise in the gain of the second stage would arise dde) is compensated. In this way, it is possible to reduce the gain of a multi-stage optical amplifier after one
  • the new pump power of the second stage is preferably a function of the input power supply future or the change in the power kits ⁇ calculated a predetermined time (time-derivative ⁇ ) before the arrival of the power change at the input of second stage.
  • the optimum lead time is determined as ⁇ by the structure of the amplifier and can, for. B. be determined by testing or simulation.
  • the setting of the new pump power at the second amplifier stage is preferably carried out as part of a control.
  • a regulation of the output power or the profit is not provided, but may also be realized.
  • the pump power of the first stage is preferably adjusted by means of a procedural proceedings ⁇ , wherein the output of the first stage before and after the leap in performance measured and the new pump power is calculated according to a predetermined algorithm.
  • Output power thus represents a target output power to which the pump power must be adjusted.
  • the new pumping ⁇ performance can thus be calculated on the basis of the directly measured output power after a switching operation with high accuracy. The calculation takes into account one
  • the pumping ⁇ new power to be set at the second amplifier stage is, as mentioned, is calculated in dependence on the level at the input of the second amplifier stage expected power variation.
  • the expected performance jump can z. B. from the measured change in power at the output of the first stage, taking into account the attenuation between the two stages are determined.
  • the time at which the pumping power is changed is now ⁇ dependent on the amount of variation in the output of ers ⁇ th amplifier stage and the structure of the amplifier itself.
  • the optimal rate time can for. B. be determined by tests or Simula ⁇ tion.
  • the amount of excess vibration generating (or undershoot) for example could also sen gemes ⁇ and the derivative time depending on the amount be credited ⁇ be.
  • the pumping power of the second stage is changed not only once but at least twice in a switching operation.
  • the pump power as mentioned, a predetermined Zeitdau ⁇ he changed before the arrival of the power jump and corrected kerk in a second step preferably immediately after the arrival of the power jump at the input of the second amplifier.
  • the second adjustment or correction of the pump power is preferably performed based on the precisely measured ⁇ NEN output power before and after the jump performance, as described above with respect to the first amplifier stage has been described. This in turn allows the wavelength dependence of the gain to be taken into account and the gain of the amplifier stage to be kept constant.
  • At the inputs and / or outputs of the amplifier stages are preferably sensors, such as.
  • the power sensors and the pumping devices are connected to a control device, which is set up to compensate for fluctuations in the gain of the amplifier (overshoot or undershoot) following a power jump at the input and contains a corresponding algorithm.
  • a Leis ⁇ tung jump at the input of the amplifier determines the control device at the input of the second amplifier stage to deumble ⁇ power change and calculated depending on a new pump power for the second stage.
  • the new pump power is already set at the associated pump, even before the power jump is applied to the input of the second stage.
  • the control unit preferably calculates also a two ⁇ th, which is set on the associated pump fe corrected value for the pump power of the second Stu ⁇ , immediate bar after the power jump has arrived at the entrance of the second stage.
  • the corrected value is preferably calculated from ⁇ dependence of the output power of the second stage after the power jump.
  • a run-time-prone element such as a run-time-prone element, such.
  • B. a dispersion ⁇ compensating fiber (DCF fiber) is arranged.
  • the Laufzeitver ⁇ delay of the element allows it to calculate the new pump power of the second stage in good time before the performance leap has arrived at the entrance of the second stage.
  • Figure 1 is a schematic representation of a simple opti ⁇ rule system or part of an optical network with multiple amplifiers
  • Figure 2 is a schematic view of an amplifier stage of an optical amplifier with an erbium-doped fiber
  • FIG. 3 shows a switching process on an amplifier stage of an optical amplifier
  • Figure 4 shows an embodiment of a three-stage optical amplifier
  • FIG. 5 shows a detailed view of two amplifier stages of the amplifier of FIG. 4;
  • FIG. 6 shows the profile of the input, output and pump power at a first and a second amplifier stage
  • Figure 7 shows the gain deviation of an amplifier at afford ⁇ different lead times.
  • Figure 4 shows a three-stage optical amplifier 3 with the amplifier stages 4, 5 and 6. Between the Vermentsrstu- fen 4 and 5, a variable attenuator 7 is arranged, with which the gain of the amplifier 3 can be varied.
  • a dispersion-compensating fiber 8 (DCF) is connected, which serves to compensate for a dispersion, ie the variation of the group velocity as a function of the frequency of individual channels.
  • DCF dispersion-compensating fiber 8
  • Such fibers are usually several kilometers long and wound to a package, which is connected between two fen Verherstu ⁇ . Because of its length, the DCF fiber causes some signal delay, which is important here.
  • an optical fiber 2 is connected, on which an optical WDM signal with eg 80 channels is guided.
  • the individual Ver ⁇ amplifier stages 4-6 are in the present embodiment respectively corresponding to Figure 2 constructed and operate with an erbium-doped fiber 14, which is excited by an optical pump. 11
  • FIG. 5 shows a detailed view of the amplifier stages 5 and 6 of the multistage optical amplifier of FIG. 4.
  • the amplifier stages 5 and 6 each comprise an erbium-doped fiber 14 which in the case of the amplifier stage 5 has one and in the case of the amplifier stage 6 two Pumping devices 11, such as. B. pump diodes, is excited.
  • the light generated by the pumping devices 11 is coupled in a known manner via WDM coupler 10 into the EDF fiber 14. There it then comes to a stimulated emission of light quanta and so ⁇ to an amplification of the guided in the fiber 2 optical WDM signal.
  • the two amplifier stages 5 and 6 also each include a arranged at the input and output of the stages sensor such. As a photodiode, for measuring the input and from ⁇ output power of steps 5 and 6.
  • Each of the sensors 12 is connected via a coupling element 16 to the main fiber 2 with which a part of the guided on the fiber 2 light signal is coupled out.
  • the sensors 12 are connected to a Steuerein ⁇ unit 13 and lead this the current butter ⁇ values.
  • the first amplifier stage 5 also comprises a smoothing filter 15 arranged downstream of the EDF fiber 14 for smoothing the amplifier gain G over the individual channels.
  • the pumping devices 11 are also connected to the control unit 13.
  • the pump power P p is correspondingly changed in order to adapt it to the power change and thus to keep the gain of the amplifier 3 substantially constant.
  • the adjustment Solution of the pump power P p is carried out by a controller (here no control is provided).
  • the pump power P p is controlled in a special manner. This will be explained in more detail below with reference to FIG. 6:
  • Figure 6 shows the course of the input P sig, in or output powers P sigfOUtr and the pumping power P p for the first and second amplifier stages 5, 6 for an exemplary switching operation, for in the originally. B. 80 channels 40 are turned off.
  • the amplifier stages 5 and 6 actually form the second and third amplifier stages of the multistage optical amplifier 3 of Figure 4, but are referred to herein as first and second amplifier stages 5, 6, as well as in the claims For the sake of simplicity, however, the influence of stage 4 is neglected, and the extension to take account of this stage is evident in the following description.
  • Time ti at the input of the first amplifier stage 5 is present.
  • the pump power P p of the first amplifier stage 5 is adjusted shortly after the switching event 20 to the lower input power P g191n so as not to change the gain of the first amplifier stage 5.
  • a whole series of control ⁇ or regulating methods are known.
  • a particularly accurate adjustment of the pump power P ⁇ can be achieved with a method be, in which the output power P s T g C out measured immediately after the switching event 22, and based on this output power from the pump power ⁇ p ⁇ alas> 1 be ⁇ calculates new set is.
  • the new pump power p " ach> 1 results from an effective pump power P e n f a f c , for which the following applies:
  • the individual sum outputs are measured by means of the sensors 12.
  • the two wavelengths ⁇ sig and ⁇ P represent the average signal wavelength after the switching operation or the pump wavelength.
  • the new pump power p ⁇ ach> 1 finally results from the effective pump power P ⁇ f a f ch> 1 :
  • the power change to be expected at the input of the second stage 6 is first of all calculated in a first step. This power change results from the power change P s T g ° out measured at the output of the first stage 5 11 ⁇ t a damping factor icr a / 1 ° of the DCF fiber 8 is multiplied.
  • the new pump power p ⁇ chi11 is in contrast to the first
  • Stage 5 not only after the arrival of a switching event 20, but already set a predetermined time (derivative time ⁇ ) before the arrival of the switching event 20 at the input of the second stage 6.
  • the derivative time ⁇ is chosen such that the overshoot 23 is substantially compensated (by a sub-oscillator otherwise contained in the output signal P s out of the second stage 6).
  • the output power P 3 Y g10Ut and thus also the gain of the amplifier stage changes only insignificantly.
  • the length of the derivative time ⁇ is dependent on the height of the overshooter 23. If only the same overshoots 23 or undershoots always occur in the input power P 3191n , the optimum derivative time ⁇ can be determined, for example, by tests. Otherwise, the optimal derivative time z. B. also be determined by measurement and adapted to the particular case
  • the pump power P is usually not only of the Ein ⁇ input power P 3191n , but also to some extent by the
  • Wavelength of the transmitted channels depends. For example, it makes a difference to the gain of the stage 5.6 whether the ten channels with the highest frequency or the ten channels with the lowest frequency are switched off.
  • the pump power P 1 is preferably still present after the arrival of the power change 20 at the input of the second stage 6. rigiert.
  • the corrected pump power p ⁇ chi11 can z. Again, for example, based on the change in output power P S i g , out, as described above with respect to the first stage 5.
  • Ve for the corrected coui ⁇ pump power P ⁇ ⁇ J '11 following relationship can be stated as:
  • G ⁇ g ns> before and G ⁇ g 113 ' 113011 are the profit values of the second stage 6 before and after the change in performance 20.
  • G ⁇ g 11 ' 11 it is taken into account that the profit from
  • Time t 2 of the reduction of the pump power P ⁇ 1 has already changed. From the corrected effective pump power ⁇ eff ⁇ '11, it is again possible to calculate the corrected pump power p ⁇ chi11 which is actually to be set.
  • a sub-oscillator (not shown) is adjusted as a plurality of Ka may ducts occur for example when switching on, applies to the adjustment of the pump power at the second stage 6 has been said above, different to the sub ⁇ that the pumping power P ⁇ 1 of the second stage 6 vorzei ⁇ tig is increased.
  • the correction of the pump power p ⁇ chi11 at time t 3 may, but need not necessarily be performed.
  • FIG. 7 shows the gain deviation in dB of the amplifier 3 at different lead times ⁇ . It can be seen that the gain changes least with lead times between -3.5 ⁇ s and 6 ⁇ s, with only minimal undershoots occurring.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Gewinnschwankungen eines mehrstufigen optischen Verstärkers (3) zum Verstärken eines optischen Wellenlängen-Multiplexsignals (WDM), der mehrere in Reihe geschaltete Verstärkerstufen (4-6) mit jeweils wenigstens einer Pumpeinrichtung (11) umfasst. Die nach einem Schaltvorgang auftretende Gewinnschwankung (23) kann in einfacher Weise kompensiert werden, wenn der an der zweiten Verstärkerstufe zu erwartende Leistungssprung (20) ermittelt und in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung (I) für die zugehörige Pumpeinrichtung (11) berechnet wird, und die neue Pumpleistung (I) an der Pumpeinrichtung (11) eingestellt wird, noch bevor der Leistungssprung (20) am Eingang der zweiten Stufe (6) anliegt.

Description

Beschreibung
Kompensation von Gewinnschwankungen eines mehrstufigen opti¬ schen Verstärkers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Ge¬ winnschwankungen eines mehrstufigen optischen Verstärkers ge¬ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie einen ent¬ sprechend eingerichteten optischen Verstärker gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruches 5.
Im Bereich der optischen Übertragungstechnik werden optische Verstärker dazu eingesetzt, die in einem optischen Netz über¬ tragenen optische Signale zu verstärken. Die optischen Signa- Ie laufen vielfach über lange Strecken von mehreren hundert
Kilometern und mehr in einer optischen Faser und werden dabei gedämpft. Es ist daher erforderlich, die optischen Signale nach einer Übertragung über lange Strecken zu verstärken.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen optischen Übertragungsstrecke bzw. eines Teils eines Übertra¬ gungsnetzes mit einem Sender 1 (TX) und einem Empfänger 9 (RX), sowie zwei Verstärkern 3. Ein vom Sender 1 emittiertes optisches Signal läuft dabei über mehrere Abschnitte einer optischen Faser 2 zum Empfänger 9 und wird jeweils nach einer vorgegebenen Strecke von einem Verstärker 3 verstärkt bzw. aufgefrischt.
Derartige optische Strecken und Netze nutzen häufig die WeI- lenlängen-Multiplextechnik (WDM-Technik) , bei der mehrere Ka¬ näle - in der Regel 40 oder 80 - gleichzeitig in einer opti¬ schen Faser 2 übertragen werden. Die Information ist dabei auf einer Träger-Wellenlänge des jeweiligen Kanals z. B. mit 10 Gbps aufmoduliert. Die WDM-Technik bietet darüber hinaus die Möglichkeit, verteilt angeordnete Sender und Empfänger direkt über optische Pfade zu verbinden, ohne an den Knoten- stellen eine optisch-elektrische Wandlung vornehmen zu müs¬ sen.
Ein bekannter Typ von optischen Verstärkern arbeitet mit ei- ner Erbium-dotierten Faser, in die das Licht einer optischen Pumpe, z. B. einer Laserdiode, eingekoppelt wird. Das in der dotierten Faser geführte optische Signal wird dabei durch stimulierte Emission von Photonen verstärkt. Neben den Erbi¬ um-dotierten Fasern werden z. B. auch Verstärkerstufen, deren Fasern mit anderen Seltenerden-Ionen dotiert sind, Halblei¬ terverstärker oder Raman-Verstärker verwendet .
Figur 2 zeigt eine typische Verstärkerstufe 4 eines optischen Verstärkers 3, der eine Erbium-dotierte Faser 14 verwendet. Die Verstärkerstufe umfasst ferner einen WDM-Koppler 10 und eine optische Pumpe 11, deren Licht über den WDM-Koppler 10 in die dotierte Faser 14 eingekoppelt wird. Das in der opti¬ schen Faser 2 geführte WDM-Signal (z.B. aus 80 Kanälen) wird in der dotierten Faser 14 durch spontane Emission verstärkt. Der Verstärkergewinn ist abhängig von der Pumpleistung der
Pumpe 11 und wird von einem Steuergerät (nicht gezeigt) nach Wunsch eingestellt.
Durch das Zu- und Abschalten oder das Ein- und Auskoppeln einzelner Kanäle des auf der Faser 2 übertragenen WDM-Signals kommt es am Eingang des Verstärkers 3 zu Leistungssprüngen. Die Pumpleistung der Pumpe 11 muss an unterschiedliche Ein¬ gangsleistungen schnell angepasst werden. Andernfalls würde sich der Verstärkergewinn (definiert als Ausgangsleis- tung/Eingangsleistung) verändern und die Ausgangsleistung ü- berproportional zu- oder abnehmen, wodurch es am Empfänger 4 zu Bit-Fehlern kommen kann. Insbesondere bei mehrstufigen Verstärkern können sich die Gewinnabweichungen der einzelnen Stufen akkumulieren, so dass es besonders leicht zu Bit- Fehlern kommen kann. Ein kritischer Punkt bei der Entwicklung eines optischen Verstärkers ist daher die Einhaltung eines möglichst konstanten Verstärkergewinns auch bei großen Leis¬ tungssprüngen am Verstärkereingang.
Aus dem Stand der Technik sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, mit denen der Verstärkergewinn bei einer Änderung der Eingangsleistung im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Ein bekanntes Verfahren misst z. B. die Änderung der Eingangsleistung und berechnet in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung, die unmittelbar danach an der Pumpe einge- stellt wird. Die Schwierigkeit hierbei liegt vor allem darin, die neue Pumpleistung richtig zu berechnen, so dass der Ver¬ stärkergewinn im wesentlichen konstant bleibt. Die Pumpleis¬ tung ist nicht nur von der Eingangsleistung des Verstärkers, sondern auch von der Wellenlänge der verbleibenden Kanäle nach dem Schaltvorgang und weiterer Einflussgrößen abhängig. Die Berechnung der neu einzustellenden Pumpleistung allein aufgrund der Leistungsänderung am Eingang ist daher relativ ungenau.
Andere bekannte Verfahren regeln den Verstärkergewinn bzw. die Verstärker-Ausgangsleistung in einem geschlossenen Regel¬ kreis, wobei die optische Pumpe das Stellglied der Regelung bildet. Während der Einschwingzeit der Regelung kommt es auch hier zu unerwünschten Transienten im Verstärkergewinn, die zu Übertragungsfehlern führen können.
Aber auch bei einer optimalen Anpassung der Pumpleistung an eine geänderte Eingangsleistung (d.h. die Pumpleistung wird in einem Schritt auf den richtigen Wert geändert) kommt es nach einem Schaltvorgang zu Schwankungen (Überschwingern oder Unterschwingern) im Verstärkergewinn. Diese Schwankungen be¬ ruhen auf der Speicherwirkung des Dotier-Elements der Faser 14. Durch optisches Pumpen werden die Elektronen des Dotier- Elements (z. B. Erbium) zunächst auf ein erstes höheres Ener- gieniveau angehoben, von dem sie in einem nicht-strahlenden Übergang auf ein zweites, niedrigeres Energieniveau fallen. Der strahlende Übergang findet dann erst von dem zweiten E- nergieniveau auf ein drittes Energieniveau statt. Bei einer sprungartigen Senkung der Pumpleistung befinden sich immer noch viele Elektronen auf diesem ersten Niveau, die dann spä¬ ter zu einer (ungewollten) kurzfristigen Erhöhung der Signal- leistung bzw. des Verstärkergewinns beitragen. Diese Erhöhung ist als ein Überschwinger in der Ausgangsleistung bzw. im Verstärkergewinn zu erkennen, der insbesondere bei mehrstufi¬ gen Verstärkern durch Akkumulation zu Bit-Fehlern am Empfän¬ ger führen kann.
Figur 3 zeigt den Überschwinger 23 nach einem Schaltvorgang im Ausgangssignal Psig,Out und im Gewinn G einer Verstärkerstu¬ fe 4. Dabei zeigt der obere Graph den Verlauf der Summenein¬ gangsleistung Psig,in eines optischen Signals mit z. B. 80 Ka- nälen, das am Eingang der Verstärkerstufe anliegt. Von den 80 Kanälen werden z. B. 40 vor dem Verstärker ausgekoppelt, wo¬ durch die Leistung am Eingang sprungartig fällt. Der Leis¬ tungssprung 20 liegt zum Zeitpunkt t0 am Eingang der Verstär¬ kerstufe 4 an.
Der zweite Graph zeigt den Verlauf der Pumpleistung Pp. Wie zu erkennen ist, wird die Pumpleistung Pp kurz nach dem Zeit¬ punkt to in Reaktion auf den Leistungssprung 20 ebenfalls sprungartig reduziert. Der dritte Graph zeigt die Ausgangs- leistung Psig,Out der Verstärkerstufe, die ebenfalls etwa zum Zeitpunkt t0 einen Sprung 22 aufweist. Der unterste Graph zeigt den Gewinn G der Verstärkerstufe 4, der den Überschwin¬ ger 23 ebenfalls enthält. (Bei einer Zuschaltung von Kanälen würde ein entsprechender Unterschwinger entstehen) .
Im Falle von optischen Verstärkern mit mehreren seriell hin¬ tereinander geschalteten Verstärkerstufen kommt es zur Addi¬ tion der Überschwinger 23 bzw. Unterschwinger, wodurch es am Ausgang des optischen Verstärkers zu relativ starken Leis- tungsschwankungen kommen kann, die wiederum zu Bit-Fehlern am Empfänger führen können. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derarti¬ ge Schwankungen im Gewinn eines optischen Verstärkers, insbe¬ sondere nach einem Schaltvorgang auftretende Überschwinger oder Unterschwinger, zu kompensieren oder wenigstens be- trächtlich zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 6 angegebenen Merk¬ male. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine im Verstärkergewinn einer ersten Verstärkerstufe auftretende Schwankung (Überschwinger oder Unterschwinger) , die einem Leistungssprung im Eingangssignal der Verstärkerstufe folgt, wenigstens teilweise dadurch zu kompensieren, dass die Pump¬ leistung einer nachfolgenden zweiten Stufe bereits verändert wird, noch bevor der Leistungssprung am Eingang der zweiten Stufe anliegt. Die Änderung der Pumpleistung an der zweiten Stufe geschieht dabei so frühzeitig, dass die Schwankung (z. B. ein Überschwinger) im Eingangssignal der zweiten Stufe durch eine gegensinnige Schwankung (z. B. einen Unterschwin¬ ger, der ansonsten im Gewinn der zweiten Stufe entstehen wür¬ de) kompensiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Ge- winn eines mehrstufigen optischen Verstärkers nach einem
Schaltvorgang im wesentlichen konstant zu halten und Gewinn¬ schwankungen zu kompensieren.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es erforderlich, ei- nerseits die Höhe des an der zweiten Verstärkerstufe zu er¬ wartenden Leistungssprungs zu ermitteln und andererseits den Zeitpunkt zu kennen, an dem der Leistungssprung am Eingang der zweiten Stufe anliegen wird. Die neue Pumpleistung der zweiten Stufe wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der zu- künftigen Eingangsleistung bzw. der Änderung der Eingangs¬ leistung berechnet und eine vorgegebene Zeitdauer (Vorhalt¬ zeit) vor dem Eintreffen der Leistungsänderung am Eingang der zweiten Stufe eingestellt. Die optimale Vorhaltzeit wird da¬ bei vom Aufbau des Verstärkers bestimmt und kann z. B. durch Tests oder Simulation ermittelt werden.
Die Einstellung der neuen Pumpleistung an der zweiten Ver¬ stärkerstufe erfolgt vorzugsweise im Rahmen einer Steuerung. Eine Regelung der Ausgangsleistung bzw. des Gewinns ist nicht vorgesehen, kann gegebenenfalls aber auch realisiert werden.
Um den Verstärkergewinn der ersten Verstärkerstufe nach einem Schaltvorgang (d. h. dem Zu- oder Abschalten von Kanälen) konstant zu halten, muss, wie eingangs erwähnt, die zugehöri¬ ge Pumpleistung angepasst werden. Hierzu gibt es eine Viel¬ zahl bekannter Verfahren. Gemäß der Erfindung wird die Pump- leistung der ersten Stufe vorzugsweise mittels eines Verfah¬ rens eingestellt, bei dem die Ausgangsleistung der ersten Stufe vor und nach dem Leistungssprung gemessen und daraus die neue Pumpleistung gemäß einem vorgegebenen Algorithmus berechnet wird. Dieses Verfahren ist bereits in einer frühe- ren Patentanmeldung der Firma Siemens AG mit der Bezeichnung „Verbesserte Feed Forward Regelung von Erbium dotierten Fa¬ ser-Verstärkern zur Unterdrückung von Transienten" beschrie¬ ben worden. Auf diese Weise kann die neue Pumpleistung so ge¬ nau berechnet werden, dass der Gewinn der ersten Verstärker- stufe (bis auf den nachfolgenden Überschwinger oder Unter¬ schwinger) im wesentlichen konstant bleibt. Die Berechnung beruht auf der Erkenntnis, dass der Gewinn einer Verstärker¬ stufe auch bei unveränderter Pumpleistung in den ersten Mik- rosekunden nach einem Schaltvorgang im wesentlichen konstant bleibt. Die unmittelbar nach einem Schaltvorgang gemessene
Ausgangsleistung stellt somit eine Soll-Ausgangsleistung dar, an die die Pumpleistung angepasst werden muss. Die neue Pump¬ leistung kann somit auf Basis der unmittelbar nach einem Schaltvorgang gemessenen Ausgangsleistung mit hoher Genauig- keit berechnet werden. Die Berechnung berücksichtigt eine
Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung. Dadurch ist uner¬ heblich, welche Kanäle zu- oder abgeschaltet werden. Die an der zweiten Verstärkerstufe neu einzustellende Pump¬ leistung wird, wie erwähnt, in Abhängigkeit von der Höhe der am Eingang der zweiten Verstärkerstufe zu erwartenden Leis- tungsänderung berechnet. Der zu erwartende Leistungssprung kann z. B. aus der gemessenen Leistungsänderung am Ausgang der ersten Stufe, unter Berücksichtigung der Dämpfung zwi¬ schen den beiden Stufen bestimmt werden.
Der Zeitpunkt, zu dem die Pumpleistung geändert wird, ist ab¬ hängig von der Höhe der Schwankung im Ausgangssignal der ers¬ ten Verstärkerstufe und vom Aufbau des Verstärkers selbst. Die optimale Vorhaltzeit kann z. B. durch Tests oder Simula¬ tion ermittelt werden. Wahlweise könnte die Höhe des Über- schwingers (oder Unterschwingers) beispielsweise auch gemes¬ sen und die Vorhaltzeit in Abhängigkeit von dessen Höhe be¬ rechnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pumpleistung der zweiten Stufe bei einem Schaltvorgang nicht nur einmal, sondern wenigstens zweimal geändert. In einem ersten Schritt wird die Pumpleistung, wie erwähnt, eine vorgegebene Zeitdau¬ er vor dem Eintreffen des Leistungssprungs geändert und in einem zweiten Schritt vorzugsweise unmittelbar nach dem Ein- treffen des Leistungssprungs am Eingang der zweiten Verstär¬ kerstufe korrigiert. Die zweite Anpassung bzw. Korrektur der Pumpleistung erfolgt vorzugsweise basierend auf der gemesse¬ nen Ausgangsleistung vor und nach dem Leistungssprung, wie vorstehend bezüglich der ersten Verstärkerstufe beschrieben wurde. Dadurch kann wiederum die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung berücksichtigt und der Gewinn der Verstärkerstufe konstant gehalten werden.
Ein mehrstufiger optischer Verstärker, der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens entsprechend einge¬ richtet ist, umfasst wenigstens eine erste und eine zweite Verstärkerstufe mit jeweils wenigstens einer optischen Pumpe. An den Ein- und/oder Ausgängen der Verstärkerstufen sind vor¬ zugsweise Sensoren, wie z. B. optische Dioden, zur Bestimmung der Eingangs- und/oder Ausgangsleistung vorgesehen. Die Leis¬ tungssensoren und die Pumpeinrichtungen sind mit einem Steu- ergerät verbunden, das zur Kompensation von Schwankungen im Verstärkergewinn (Überschwinger oder Unterschwinger) , die ei¬ nem Leistungssprung am Eingang nachfolgen, eingerichtet ist und einen entsprechenden Algorithmus enthält. Bei einem Leis¬ tungssprung am Eingang des Verstärkers ermittelt das Steuer- gerät die am Eingang der zweiten Verstärkerstufe zu erwarten¬ de Leistungsänderung und berechnet in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung für die zweite Stufe. Die neue Pumpleistung wird dabei bereits an der zugehörigen Pumpe eingestellt, noch bevor der Leistungssprung am Eingang der zweiten Stufe an- liegt.
Das Steuergerät berechnet vorzugsweise außerdem einen zwei¬ ten, korrigierten Wert für die Pumpleistung der zweiten Stu¬ fe, der an der zugehörigen Pumpe eingestellt wird, unmittel- bar nachdem der Leistungssprung am Eingang der zweiten Stufe angekommen ist. Der korrigierte Wert wird vorzugsweise in Ab¬ hängigkeit von der Ausgangsleistung der zweiten Stufe nach dem Leistungssprung berechnet.
Zwischen den beiden Verstärkerstufen ist vorzugsweise ein Laufzeit-behaftetes Element, wie z. B. eine Dispersions¬ kompensierende Faser (DCF-Faser) angeordnet. Die Laufzeitver¬ zögerung des Elements ermöglich es, die neue Pumpleistung der zweiten Stufe rechtzeitig berechnen zu können, bevor der Leistungssprung am Eingang der zweiten Stufe angekommen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeich¬ nungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines einfachen opti¬ schen Systems bzw. Teil eines optischen Netzes mit mehreren Verstärkern; Figur 2 eine schematische Ansicht einer Verstärkerstufe eines optischen Verstärkers mit einer Erbium-dotierten Faser;
Figur 3 einen Schaltvorgang an einer Verstärkerstufe eines optischen Verstärkers;
Figur 4 eine Ausführungsform eines dreistufigen optischen Verstärkers;
Figur 5 eine Detailansicht von zwei Verstärkerstufen des Ver¬ stärkers von Figur 4;
Figur 6 den Verlauf der Eingangs-, Ausgangs- und Pumpleistung an einer ersten und einer zweiten Verstärkerstufe; und
Figur 7 die Gewinnabweichung eines Verstärkers bei unter¬ schiedlichen Vorhaltzeiten.
Bezüglich der Erläuterung der Figuren 1 bis 3 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Figur 4 zeigt einen dreistufigen optischen Verstärker 3 mit den Verstärkerstufen 4, 5 und 6. Zwischen den Verstärkerstu- fen 4 und 5 ist ein variables Dämpfungsglied 7 angeordnet, mit dem der Gewinn des Verstärkers 3 variiert werden kann.
Zwischen den Stufen 5 und 6 ist eine dispersionskompensieren- de Faser 8 (DCF) angeschlossen, die dazu dient, eine Disper- sion, d.h. die Variation der Gruppengeschwindigkeit in Abhän¬ gigkeit von der Frequenz, einzelner Kanäle zu kompensieren. Solche Fasern sind üblicherweise mehrere Kilometer lang und zu einem Paket aufgewickelt, das zwischen zwei Verstärkerstu¬ fen angeschlossen wird. Wegen ihrer Länge bewirkt die DCF- Faser eine gewisse Signalverzögerung, die hier von Bedeutung ist. Am Eingang und Ausgang des optischen Verstärkers 3 ist eine optische Faser 2 angeschlossen, auf der ein optisches WDM- Signal mit z.B. 80 Kanälen geführt wird. Die einzelnen Ver¬ stärkerstufen 4-6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils entsprechend Figur 2 aufgebaut und arbeiten mit einer Erbium-dotierten Faser 14, die von einer optischen Pumpe 11 angeregt wird.
Figur 5 zeigt eine Detailansicht der Verstärkerstufen 5 und 6 des mehrstufigen optischen Verstärkers von Figur 4. Die Ver¬ stärkerstufen 5 und 6 umfassen jeweils eine Erbium-dotierte Faser 14, die im Falle der Verstärkerstufe 5 von einer und im Falle der Verstärkerstufe 6 von zwei Pumpeinrichtungen 11, wie z. B. Pumpdioden, angeregt wird. Das von den Pumpeinrich- tungen 11 erzeugte Licht wird in bekannter Weise über WDM- Koppler 10 in die EDF-Faser 14 eingekoppelt. Dort kommt es dann zu einer stimulierten Emission von Lichtquanten und so¬ mit zu einer Verstärkung des in der Faser 2 geführten opti¬ schen WDM-Signals.
Die beiden Verstärkerstufen 5 und 6 umfassen außerdem jeweils einen am Eingang und Ausgang der Stufen angeordneten Sensor, wie z. B. eine Photodiode, zum Messen der Eingangs- bzw. Aus¬ gangsleistung der Stufen 5 und 6. Jeder der Sensoren 12 ist über ein Koppelglied 16 an der Hauptfaser 2 angeschlossen, mit dem ein Teil des auf der Faser 2 geführten Lichtsignals ausgekoppelt wird. Die Sensoren 12 sind mit einer Steuerein¬ heit 13 verbunden und führen dieser die aktuellen Leistungs¬ werte zu. Die erste Verstärkerstufe 5 umfasst außerdem ein der EDF-Faser 14 nachgeordnetes Glättungsfilter 15 zur Glät¬ tung des Verstärkergewinns G über die einzelnen Kanäle.
Die Pumpeinrichtungen 11 sind ebenfalls mit der Steuereinheit 13 verbunden. Im Falle eines Schaltvorgangs im optischen Sig- nal wird die Pumpenleistung Pp entsprechend geändert, um sie an die Leistungsänderung anzupassen und somit den Gewinn des Verstärkers 3 im wesentlichen konstant zu halten. Die Anpas- sung der Pumpleistungen Pp erfolgt dabei durch eine Steuerung (hier ist keine Regelung vorgesehen) .
Um den Verstärkergewinn G nach einem Schaltvorgang im wesent- liehen konstant halten zu können, wird die Pumpleistung Pp in spezieller Art und Weise gesteuert. Dies wird im folgenden anhand von Figur 6 näher erläutert:
Figur 6 zeigt den Verlauf der Eingangs- Psig,in bzw. Ausgangs- leistungen PsigfOUtr sowie die Pumpleistungen Pp für die erste und zweite Verstärkerstufe 5, 6 für einen beispielhaften Schaltvorgang, bei dem von ursprünglich z. B. 80 Kanälen 40 ausgeschaltet werden. (Die Verstärkerstufen 5 und 6 bilden eigentlich die zweite und dritte Verstärkerstufe des mehrstu- figen optischen Verstärkers 3 von Figur 4, werden hier aber als erste und zweite Verstärkerstufe 5, 6 bezeichnet, ebenso wie in den Patentansprüchen. Ebenso muss die Verstärkerstufe 6 die in den Verstärkerstufen 4 und 5 entstehenden Über¬ schwinger kompensieren. Der Einfachheit halber wird hier aber der Einfluss der Stufe 4 vernachlässigt. Die Erweiterung zur Berücksichtigung dieser Stufe ergibt sich in naheliegender Art und Weise aus der folgenden Beschreibung.)
Durch das Abschalten oder Auskoppeln der 40 Kanäle ergibt sich ein Sprung 20 in der Eingangsleistung Ps ∑ x in , der zum
Zeitpunkt ti am Eingang der ersten Verstärkerstufe 5 anliegt.
Die Signal- und Pumpleistungen vor dem Schaltereignis sind durch den hochgestellten Index "vor" und nach dem Schalter- eignis durch den hochgestellten Index "nach" gekennzeichnet.
Die Pumpleistung Pp der ersten Verstärkerstufe 5 wird kurz nach dem Schaltereignis 20 an die geringere Eingangsleistung Pg191n angepasst, um den Gewinn der ersten Verstärkerstufe 5 nicht zu verändern. Hierzu sind eine ganze Reihe von Steuer¬ oder Regelverfahren bekannt. Eine besonders genaue Anpassung der Pumpleistung P^ kann jedoch mit einem Verfahren erzielt werden, bei dem die Ausgangsleistung PsTg C out unmittelbar nach dem Schaltereignis 22 gemessen und auf Grundlage dieser Aus¬ gangsleistung die neu einzustellende Pumpleistung p^ach>1 be¬ rechnet wird. Die neue Pumpleistung p"ach>1 ergibt sich aus ei¬ ner effektiven Pumpleistung Pe n f a f c , für die gilt:
p nach _ p vor nach, I -p nach, I _ p vor,I vor.I I reff — Jreff s ig, out s ig, in si g, out ; d l
wobei
P3Tg 0 QUt die Summenausgangsleistung nach dem Schaltereignis,
die Summeneingangsleistung nach dem Schaltereignis,
P3^oUt die Summenausgangsleistung vor dem Schaltvorgang, und
P s Vi°g?in d;i-e Summeneingangsleistung vor dem Schaltvorgang be¬ zeichnet.
Für die effektive Pumpleistung vor dem Schaltereignis 20 gilt dabei:
P^=P0-
Die einzelnen Summenleistungen werden mittels der Sensoren 12 gemessen. Die beiden Wellenlängen λsig und λP stehen für die mittlere Signalwellenlänge nach dem Schaltvorgang bzw. die Pumpwellenlänge.
Die neue Pumpleistung p^ach>1 ergibt sich schließlich aus der effektiven Pumpleistung P^f a f ch>1 zu:
p , nnaacchn,.I1 wobei P0 eine Konstante ist.
Dieses Berechnungs-Modell geht davon aus, dass sich der Ge- winn der Verstärkerstufe in den ersten Mikrosekunden nach dem Schaltereignis 20 auch bei gleichbleibender Pumpleistung Pp nicht ändert. Die sich unmittelbar nach dem Schaltereignis einstellende Ausgangsleistung P^19out ist somit diejenige Aus¬ gangsleistung, nach der die neue Pumpleistung p^ach>1 einzu- stellen ist.
Unabhängig davon, welche Methode zur Anpassung der Pumpleis¬ tung Pp der ersten Stufe 5 gewählt wurde, entstehen nach ei¬ nem Schaltereignis 20 üblicherweise Schwankungen (Überschwin- ger 23 oder entsprechende Unterschwinger) im Ausgangssignal PSig,out bzw. Gewinn G der Verstärkerstufe 5, die zu Bit- Fehlern am Empfänger 4 führen können. Diese Schwankungen sind auch bei einer sehr schnellen und optimalen Einstellung der neuen Pumpleistung p^ach>1 nicht eliminierbar, da sie durch den eingangs beschriebenen Speichereffekt im Dotiermaterial der dotierten Faser 14 physikalisch bedingt sind. Mittels einer vorzeitigen Reduktion der Pumpleistung an der zweiten Ver¬ stärkerstufe 6 können sie aber kompensiert oder wesentlich reduziert werden. Die Anpassung der Pumpleistung Pp 1der zwei- ten Stufe läuft dabei vorzugsweise wie folgt ab:
Nach einem Schaltereignis 20 an der ersten Stufe 5 wird in einem ersten Schritt zunächst die am Eingang der zweiten Stu¬ fe 6 zu erwartende Leistungsänderung berechnet. Diese Leis- tungsänderung ergibt sich aus der am Ausgang der ersten Stufe 5 gemessenen Leistungsänderung PsTg°out 11^t einem Dämpfungsfaktor icra/1° der DCF-Faser 8 multipliziert wird.
Danach wird eine neue effektive Pumpleistung P^f a f c ' berech- net, für die gilt: p vor ,11 -i p nach ,11 p vor ,11 , sig ^7 norm _ Jp nach ,1 p vor ,1 > 1 H ( Λ \
^ef f ~~ eff ~" I ~ F sig ,out ^ sig ,out J " L U ^ 4 ' p norm
wobei Gnorm ein Normparameter für den Gewinn und G™^'11 der Ge¬ winn der zweiten Stufe 6 vor dem Schaltereignis 20 am Eingang der zweiten Stufe 6 ist. Daraus wird dann wiederum die neue Pumpleistung p^chi11 entsprechend Gleichung (3) berechnet.
Die neue Pumpleistung p^chi11 wird im Gegensatz zur ersten
Stufe 5 nicht erst nach dem Eintreffen eines Schaltereignis- ses 20, sondern bereits eine vorgegebene Zeit (Vorhaltzeit τ) vor dem Eintreffen des Schaltereignisses 20 am Eingang der zweiten Stufe 6 eingestellt. Die Vorhaltzeit τ ist dabei so gewählt, dass der Überschwinger 23 (durch einen im Ausgangs¬ signal Ps^outder zweiten Stufe 6 ansonsten enthaltenen Unter- schwinger) im wesentlichen kompensiert wird. Während der Vor¬ haltzeit ändert sich die Ausgangsleistung P3Yg10Ut und somit auch der Gewinn der Verstärkerstufe nur unwesentlich.
Die Länge der Vorhaltzeit τ ist abhängig von der Höhe des Ü- berschwingers 23. Sofern in der Eingangsleistung P3191n stets nur gleiche Überschwinger 23 bzw. Unterschwinger auftreten, kann die optimale Vorhaltzeit τ z.B. durch Tests ermittelt werden. Andernfalls könnte die optimale Vorhaltzeit z. B. auch durch Messung ermittelt und an den jeweiligen Fall ange- passt werden
Die Pumpleistung P" ist üblicherweise nicht nur von der Ein¬ gangsleistung P3191n, sondern auch in gewissem Rahmen von der
Wellenlänge der übertragenen Kanäle abhängig. So macht es für den Gewinn der Stufe 5,6 beispielsweise einen Unterschied, ob die zehn Kanäle mit der höchsten Frequenz oder die zehn Kanä¬ le mit der niedrigsten Frequenz abgeschaltet werden. Um diese Wellenlängenabhängigkeit des Gewinns zu berücksichtigen, wird die Pumpleistung P^1 nach dem Eintreffen der Leistungsände- rung 20 am Eingang der zweiten Stufe 6 vorzugsweise noch kor- rigiert. Die korrigierte Pumpleistung p^chi11 kann z. B. wie¬ derum auf der Grundlage der Änderung der Ausgangsleistung PSig,out berechnet werden, wie dies vorstehend bezüglich der ersten Sufe 5 beschrieben wurde. Für die korrigierte effekti¬ ve Pumpleistung P^ϊJ'11 kann beispielsweise folgende Beziehung angesetzt werden:
Λ p nach ,11 -i p nach ,11 p vor ,11 , sig ^1 norm _ ip nach ,1 p vor ,1 > 1 f) ~a ^ 10 / c; \
*- eff ,2 — *- ef f """ » ' ' ψ sig ,out ^sig ,out J ' X U ^ ° ' p norm
mit
^~, trans.nach
G nach,I I = G vor ^ig ( g ) sig s ig trans.vor V ' sig
Dabei sind G^g ns>vor und G^g 113'113011 die Gewinnwerte der zweiten Stufe 6 vor und nach der Leistungsänderung 20. Durch den Ge¬ winnwert G^g 11'11 wird berücksichtigt, dass sich der Gewinn vom
Zeitpunkt t2 der Reduktion der Pumpleistung P^1 an bereits verändert hat. Aus der korrigierten effektiven Pumpleistung ^eff^'11 kann wiederum die tatsächlich einzustellende korri- gierte Pumpleistung p^chi11 berechnet werden.
Sofern sich im Ausgangssignal Ε>l±gtOUt der ersten Stufe 5 an¬ stelle eines Überschwingers 23 z.B. ein Unterschwinger (nicht gezeigt) einstellt, wie er z.B. beim Zuschalten mehrerer Ka- näle auftreten kann, gilt für die Anpassung der Pumpleistung an der zweiten Stufe 6 vorstehend gesagtes, mit dem Unter¬ schied, dass die Pumpleistung P^1 der zweiten Stufe 6 vorzei¬ tig erhöht wird.
Die Korrektur der Pumpleistung p^chi11 zum Zeitpunkt t3 kann, muss aber nicht unbedingt durchgeführt werden.
Figur 7 zeigt die Gewinnabweichung in dB des Verstärkers 3 bei unterschiedlichen Vorhaltzeiten τ. Dabei ist zu erkennen, dass sich der Gewinn bei Vorhaltzeiten zwischen -3,5 μs und 6 μs am wenigsten verändert, wobei nur minimale Unterschwinger auftreten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kompensation von Schwankungen im Gewinn (G) eines optischen Verstärkers (3) zum Verstärken eines opti- sehen Wellenlängen-Multiplexsignals (WDM) , der mehrere in
Reihe geschaltete Verstärkerstufen (4-6) mit wenigstens zwei Pumpeinrichtungen (11) umfasst, deren Pumpleistung (Pp) bei einem Sprung (20) in der Eingangsleistung (Psig,in) entspre¬ chend angepasst wird, um den Verstärkergewinn (G) möglichst konstant zu halten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Pumpleistung (Pp) einer ersten Verstärkerstufe (5) bei einem Leistungssprung (20) der Eingangsleistung (Ps191n) angepasst wird, die an einer nachfolgenden zweiten Verstär- kerstufe (6) zu erwartende Änderung der Eingangsleistung
(P3 1^1n) ermittelt und in Abhängigkeit davon eine neue Pump¬ leistung (P ■p",^i 1-11) für die zugehörige Pumpeinrichtung (11) be¬ rechnet wird, wobei die neue Pumpleistung (P ■p",^i011'11) eine vor- gegebene Vorhaltzeit (τ) vor dem Eintreffen des Leistungs- sprungs (20) am Eingang der zweiten Stufe (6) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die an der zweiten Verstärkerstufe (6) neu eingestellte Pumpleistung (p^011-11) nachträglich korrigiert wird, wobei un¬ mittelbar nach dem Eintreffen des Leistungssprungs (20) am Eingang der zweiten Verstärkerstufe (6) die Ausgangsleistung (p sig,out) der zweiten Stufe (6) ermittelt und in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung (Pp 1!,011'11 ) der zugehörigen Pumpein¬ richtung (11) berechnet und an der Pumpeinrichtung (11) ein¬ gestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass unmittelbar nach dem Eintreffen eines Leistungssprungs (20) am Eingang der ersten Stufe (5) die Ausgangsleistung (PSig,out) der ersten Stufe (5) ermittelt und in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung (p^3011-1) für die zugehörige Pump¬ einrichtung (11) berechnet und an der Pumpeinrichtung (11) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anpassung der Pumpleistung (Pp 1) der zweiten Stufe
(6) im Rahmen einer Steuerung durchgeführt wird.
5. Mehrstufiger optischer Verstärker (3) zum Verstärken eines optischen Wellenlängen-Multiplexsignals (WDM) , umfassend meh¬ rere in Reihe geschaltete Verstärkerstufen (4-6) mit wenigs¬ tens zwei Pumpeinrichtungen (11), einen Sensor (12) zum Er¬ mitteln der Eingangs- und/oder Ausgangsleistung der Verstär- kerstufen (4-6) , sowie eine Steuereinheit (13) , die die Sig¬ nalleistung (PSig,in,Psig,out) des WDM-Signals überwacht und die Pumpleistung (Pp) wenigstens einer der Pumpeinrichtungen (11) bei einem Leistungssprung (20) in der Eingangsleistung (Psig,m) anpasst, um den Verstärkergewinn (G) möglichst kon- stant zu halten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinheit (13) die Pumpleistung (Pp) einer ers¬ ten Verstärkerstufe (5) bei einem Leistungssprung (20) än¬ dert, den am Eingang der zweiten Verstärkerstufe (6) zu er- wartenden Leistungssprung (20) ermittelt und in Abhängigkeit davon eine neue Pumpleistung (p^ch-i:[) für die zugehörige
Pumpeinrichtung (11) der zweiten Stufe (6) berechnet, und die neue Pumpleistung (Pp *ch'i:E) eine vorgegebene Vorhaltzeit (τ) vor dem Eintreffen des Leistungssprungs (20) am Eingang der zweiten Stufe (6) an der Pumpeinrichtung (11) einstellt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jede der Verstärkerstufen (5,
6) eine Erbium-dotierte Faser (14) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen der ersten (5) und der zweiten Verstärkerstufe (6) ein Laufzeit behaftetes Element, wie z. B. eine dispersi- onskompensierende Faser (8) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steuergerät (13) eine Steuerung der Pumpleistung (Pp) durchführt und der Verstärker (3) keinen Regelkreis zur Regelung des Verstärkergewinns aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der mehrstufige optische Verstärker (3) drei Verstärker¬ stufen (4-6) umfasst.
EP05801348A 2004-11-02 2005-10-12 Kompensation von gewinnschwankungen eines mehrstufigen optischen verstärkers Withdrawn EP1815619A1 (de)

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