专利名称：一个对诸不同的输入功率有最佳增益偏移的光放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个对诸不同的输入功率显示最佳增益偏移的光放大器装置；本发明也涉及一个包括这样一个装置的传输系统，并涉及一种使一个光放大器和一个输入功率匹配的方法。
本发明涉及诸光放大器，更特别的是涉及设计得用在有波分复用(WDM)的诸光纤传输系统中的诸光放大器。将这些放大器用于诸规则的间隔中以便对诸线路损耗进行补偿。在一条完整的链路上的诸放大器优先地是相同的，对于给定的输入功率，在用于传输系统的整个波长带上提供尽可能平坦的增益。当安装诸光纤传输系统时遇到的诸问题之一是在诸不同的放大器之间的诸链路段上的诸线路损耗显示出诸不同的值；在这样一些情形中，诸放大器接收诸不同的功率，从而如果使每个放大器都和在它前面的光纤段的线路损耗匹配，就能够改善系统的性能，因此尽管在所加的输入功率中有诸多变化，也能保证增益是平坦的。
为了实施这种匹配，已经提出了许多建议，这些建议提出给予每个放大器大于理论上需要的增益，并使每个放大器都和一个可变的光衰减器相结合，该可变的光衰减器能使每个包括一个放大器加一个衰减器的组件的增益，作为在相关的光纤段中的诸线路损耗的函数，减小到需要的值。在这种解决办法中，使每个光衰减器的损耗能实现适配，从而使在相关的光纤段上的线路损耗加上衰减器中的损耗之和是常数。这种解决办法会使链路在噪声方面的性能降低，这是因为对每个放大器选择的增益值等于和在相关的光纤段上的可能的最大线路损耗相对应的值。
另一个用于使诸放大器匹配的解决办法在于有意改变掺杂光纤的长度，以便和诸不同的放大器的诸要求相匹配。这种解决办法实施起来很复杂而且也很昂贵。
于是，本发明的一个目的是提供一种解决办法，它能使一个光放大器的增益很容易地被适配，例如，作为在一个传输系统中位于放大器前面的光纤段上的诸线路损耗的函数进行适配，从而保证放大器有平坦的增益。本发明的另一个目的是作为这种匹配的一个结果，使损耗减至最小和使信噪比增至最大。
Kyo Inoue等人的题为“Tunable gain equalization using a MachZender optical fiber in multistage fiber amplifiers”，公布在IEEEPhotonics Technology Letters，Vol.3，No.8(1991)中的论文提出用一个马赫-曾德光滤波器，使在一个有29个信道的波分复用传输系统中的一个三级铒掺杂光纤放大器(EDFA)的增益适配。在该论文中，遇到的问题是在每个放大器中在复用的频带上增益中的诸变化或“增益不平衡”的问题。在每个放大器中能接受这种缺点，但是经过若干个增益级后，这种增益不平衡在复用的频带上变得不可接受了。为了减轻这个问题，已经提出了许多建议，这些建议提出通过三个EDFA级，用一个马赫-曾德滤波器的过滤系数斜率对在复用的频带上引起的增益中的诸变化进行补偿。
那篇论文提出一个和本发明不同的解决办法并将它用于一个不同的问题。那个发明的问题是对在滤波器的带宽内的积累的增益不平衡进行补偿，即，使在WDM上的增益均衡，以便对在WDM的诸不同信道上的积累的增益不平衡进行补偿。
提出的解决办法反映了这样一个问题。首先，提出的电路只有一个用于三个放大器级的滤波器目的是尽可能少地对均衡进行校正，只有当必要的时候，即当积累的增益不平衡很大时才对均衡进行校正；该论文说明诸现有技术对于“积累的增益不平衡的可调整的补偿”是不适用的。从这个观点来看，那篇论文中讲授的内容是和本发明的解决办法背道而驰的。
最后，提出的解决办法不能使放大器和它接收的功率相匹配，但是能最好地用于在一个单一的方向中使积累的增益均衡。这来自所用的马赫-曾德滤波器的调谐范围；滤波器不能在一个足以改变滤波器斜率的符号的波长带上进行调谐；此外，即便那是可能的，改变滤波器斜率的符号将使在复用的波长带上的增益不平衡增加。从这个观点来看，那篇论文中讲授的内容再次是和本发明的解决办法背道而驰的。
澳大利亚新南威尔士Pagewood的Photonics Technologies公司在商标AmpFlat下提出一个使增益平坦的滤波器。该滤波器的目的是对一个EDFA的频带上的增益不平衡进行补偿；为了达到改善性能的目的，将该滤波器设计得能加到大多数的EDFA上。可以二种形式使用该滤波器一种“实验室”形式，在这种形式中能够调整滤波器的诸参数，例如，中心频率和消光；一种“固定的”形式，在这种形式中诸参数是固定的。已经指出“当很好地定义了滤波器需要的响应时”，在“一个环境稳定的小型化的变型中”，可以用固定的形式。该滤波器企图如上面提到的Kuy Inoue的论文那样解决同一个问题，它的讲授内容不是在现场调整一个滤波器。在任何情形中，如在上面说明的论文中那样，它建议用滤波器对复用的频带上的增益不平衡进行补偿，但是不将滤波器用于作为它接收的功率的一个函数和放大器进行匹配。
因此，本发明提出一个放大器装置，它能在放大器的整个工作带宽上提供和输入功率无关的平坦的增益；在将它用于一个波分复用传输系统时，本发明使得以简单的方式使放大器和在它前面的光纤段中的诸线路损耗相匹配，而没有在信噪比方面使性能变坏成为可能。
更精确地说，本发明提供一个工作在一个给定波长带中的光纤传输系统，该系统包括多个通过诸放大器装置互连的线路光纤段，该系统的特征在于每个放大器装置包括一个放大器和一个滤波器，该放大器有在所说的频带中对于和一个有平均损耗的前面的线路光纤段相应的输入功率是最佳的增益偏移，该滤波器有一个钟形的传递函数，其中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于减小放大器在所说的频带上对于由放大器接收的在所说的输入功率的每一侧的功率的增益偏移是足够的。
在一个实施例中，系统是一个波分复用传输系统，波长带是复用的波长带。
在一个实施例中，放大器是一个有单个光纤段的掺杂光放大器，将滤波器配置在所说的光纤段的后面。
在另一个实施例中，放大器是一个有多个光纤段的掺杂光纤放大器，将滤波器配置在最后一个光纤段的前面。
有利的是，中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于在所说的波长带上改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够。
优先地，滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
本发明也提供一个放大器装置，该放大器装置包括一个放大器和一个滤波器，该放大器对于给定的输入功率在一个给定的波长带中有最佳的增益偏移，该滤波器有一个钟形的传递函数，其中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于由放大器接收的在所说的输入功率的每一侧的功率，为了能够减小在所说的波长带上的放大器的增益偏移是足够的。
在一个实施例中，放大器是一个有单个光纤段的掺杂光纤放大器，将滤波器配置在所说的光纤段的后面。
在另一个实施例中，放大器是一个有多个光纤段的掺杂光纤放大器，滤波器配置在最后一个光纤段的前面。
有利的是，中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于在所说的波长带中改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够的。
优先地，滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
最后，本发明也提供一个使一个光放大器和一个输入功率匹配的方法，该方法包括下列诸步骤·选择一个放大器，它对于一个给定的输入功率有最佳的增益偏移；·将放大器和一个滤波器连接起来，该滤波器有一个钟形的传递函数，其中心波长是可调的；和·调谐滤波器的中心波长，以便作为由放大器接收的功率的一个函数，减小放大器在所说的波长带上的增益偏移。
有利的是，中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于能够在所说的波长带中改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够的。
优先地，滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
本发明的其它诸特征和诸优点将在通过给出的诸例子和参照所附的诸图阅读下列的关于诸实施例的描述时显现出来，其中·
图1是一个传输系统的一部分的一个图，该传输系统包括本发明的一个放大器装置；·图2表示图1的滤波器的传递函数；·图3表示对于一个给定的输入功率，放大器的传递函数；·图4表示对于一个给定的输入功率，滤波器的传递函数；
·图5表示对于一个给定的输入功率，放大器装置的传递函数；·图6到图8和图3到图5相似，但是对于输入功率比给定的功率低的情形；·图9到图11和图3到图5相似，但是对于输入功率比给定的功率大的情形。
为了能使一个放大器和在一条链路的前面的一个光纤段中的线路损耗匹配，代替改变放大器的增益，本发明提出选择一个对于平均输入功率有最佳的增益偏移的放大器，并将放大器和一个能对诸不同的输入功率校正诸增益变化的滤波器连接起来。换句话说，放大器对于平均输入功率显示出尽可能平坦的或均衡的增益。滤波器是一个它的传递函数为钟形的滤波器，其中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围足够大，从而能对增益中的诸变化进行校正。换句话说，滤波器在一个足够大的频率范围内是可调谐的，从而保证在链路的波长带中，滤波器的传递函数的斜率能改变符号。这使得对由加到放大器上的输入功率中的诸变化引起的增益变化进行补偿成为可能。
图1是一个传输系统的一个图，该传输系统包括本发明的放大器装置。该图表示一段在二个放大器装置1和5之间延伸的线路光纤4。每个放大器装置都包括一个放大器2或6，典型地是一个EDFA，而且放大器分别和一个滤波器3或7连接。当放大器只有一个光纤段时，优先地将滤波器连接到光纤段的后面。如果放大器有多个光纤段，则优先地将滤波器放在最后一个光纤段的前面，因为从来自放大器的噪声和输出功率的观点来看这样做是有利的。作为一个例子，滤波器可以是一个干扰滤波器。
图2是一个表示图1的滤波器的传递函数的图。传递函数是钟形的换句话说，在传输系统的波长带内滤波器的频谱响应的斜率的平均值能够是负的，零，或正的，这如下面解释的那样与如何调谐滤波器的中心频率有关。有利的是，滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个下降函数，因为这使增加能被补偿的诸输入功率的范围成为可能。
在图2的例子中，滤波器有一个正斜率的左侧面8，一个基本上是零斜率的中心部分9，和一个负斜率的右侧面10。滤波器的带宽足以保证滤波器的每个侧面和中心部分都能复盖放大器装置的工作频带。当滤波器用在一个波分复用传输系统中时，工作频带和复用的波长带相对应。在图2的例子中，滤波器的半最大值带宽的全宽度(FWHM)为100nm，它合适于和一个其复用有一个32nm带宽的波分复用传输系统一起使用。
滤波器的频率或中心波长在一个波长范围内是可调谐的，该波长范围足够大，使得对于由放大器接收的在所说的输入功率的每一侧的诸功率，能够对放大器在所说的频带上的增益偏移进行校正，如下面在本描述中将要解释的那样。在图2的例子中，未调谐的滤波器的中心波长为1548nm，它的调谐范围对于诸较短的波长为34nm，对于诸较长的波长为64nm。
图1的装置工作如下。选择放大器，使它对于给定的假设将加到放大器装置的输入端的功率有平坦的增益。对于一个波分复用光纤传输系统，在前面一段光纤4上，即由前面的放大器装置1算起的诸平均损耗的基础上，对一个给定的放大器装置5，确定这个给定的波长。
在这些情况下，在放大器装置的输入端加入较大的功率引起放大器的过饱和，从而使得诸较长的波长被放大得较多。反之，加入较低的功率引起放大器的不饱和，从而使得诸较短的波长被放大得较多。
本发明是根据这样一个令人惊奇的事实，即只要通过一个钟形的滤波器就能对在增益平坦中的这些变化进行补偿。当加到放大器输入端的功率基本上等于增益是平坦的功率时，滤波器的中心波长被调整，使得传输系统的波长带位在滤波器的中间部分。作为结果，滤波器对放大器装置的增益的形状，如果毕竟有所改变的话，这种改变也是非常小的。进一步，滤波器没有加入什么损耗，而进入滤波器的插入损耗常规地是相当小的，即1分贝左右。这显示在图3到图5中。图3表示放大器的传递函数的形状，其中横轴画的是波长以nm为单位，纵轴画的是增益以dBm为单位。图4表示当将滤波器调谐到中心波长时，滤波器的传递函数的形状，其中纵轴画的是损耗以dBm为单位，横轴画的是波长以nm为单位。图5表示放大器装置的总的传递函数，其中纵轴画的是增益以dBm为单位，横轴画的是波长以nm为单位。我们能够看到滤波器的存在实际上对增益的形状没有什么影响，增益的形状继续保持平坦。由滤波器加入的损耗是很有限的，实际上为零。
当加到放大器装置的功率比给定的功率低(即，诸线路损耗比诸平均的线路损耗大)时，放大器的增益不再是平坦的，而是在诸较长的波长处下降，所以需要如此地调谐滤波器的中心波长，使得传输系统的波长带位在滤波器的左侧边。于是，滤波器的斜率对放大器中的增益变化进行补偿，放大器装置作为一个整体显示出平坦的增益。图6表示在输入功率中有一个5dB的变化的这些情形中EDFA的增益的形状，所用的诸坐标轴和图3的相同。图7表示当如此地调谐滤波器，使得工作波长的中心，例如，在1550nm上，出现在滤波器的左侧面时滤波器的诸损耗的形状。所用的诸坐标轴和图4的相同。图7和将滤波器的中心波长调整了+62nm的情形相对应。图8表示放大器装置的增益，即图6和图7的诸传递函数的乘积，所用的诸坐标轴和图5的相同。我们能够看到增益在复用的频带中再次是相当平坦的，而且由滤波器产生的的衰减大约为3dBm。
相反地，当加到放大器装置的功率比给定的功率大，即当诸线路损耗比诸平均的损耗低小时，放大器的增益不再是平坦的，而是在诸较短的波长处下降，所以需要如此地调谐滤波器的中心波长，使得传输系统的波长带移到滤波器的右侧面。于是，滤波器的斜率对放大器的增益中的变化进行补偿，整个放大器装置再次显示出平坦的增益。图9到11是和图6到8类似的诸图，它们有相同的诸坐标轴。图9表示EDFA的增益的形状。对于输入功率中有一个5dB的变化的情形，这个增益随波长的增加而增加。图10表示当如此地调谐滤波器，使得工作波长的中心，在这个例子中，在1550nm上，位在滤波器的右侧边，即滤波器的中心波长被调整了-34nm时，诸滤波器损耗的形状。图11表示放大器装置的增益我们能够再次看到增益在复用的频带中是相当平坦的，而由滤波器产生的的衰减有3dBm的量级。
于是本发明使得作为可能加到诸放大器装置的输入功率的一个函数，简单地和有效地对诸放大器装置的增益进行适配成为可能。
和上面描述的诸现有技术的装置不同，本发明不寻求在EDFA的诸工作条件下使增益均衡对与给定的功率，这个功率和诸平均线路损耗相对应，放大器显示出最佳的和平坦的增益。相反地，本发明确实提出对于和期望的理论功率不同的诸功率，对增益斜率中的诸变化进行补偿。本发明的基础是那个令人惊奇的观测结果，即，一个简单的滤波器不管诸增益变化的形状，都能够实施这种补偿。
此外，和已知的诸装置不同，本发明通过适当地选择滤波器的中心波长能够在其上变化的频率范围，使得对无论哪个方向的诸增益变化进行补偿成为可能。当滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数时，滤波器的中心波长中的变化越大，则能够被校正的诸输入功率的范围就越大。
自然地，本发明并不限于已经描述和表示的诸例子和诸实施例，而且熟练的技术人员能够通过许多方法对本发明进行改变。于是，能将本发明用于一个和诸波分复用传输系统不同的方面，并且相当普遍地本发明能提供一个在诸输入功率的一个宽频带上有平坦的增益的放大器。滤波器的钟形不限于图2所示的形状例如，能够从诸直线段建立起滤波器的传递函数。
权利要求
1.一个工作在一个给定波长带中的光纤传输系统，该系统包括多个通过诸放大器装置互连的线路光纤段，该系统的特征在于每个放大器装置都包括一个放大器(1)和一个滤波器(2)，放大器(1)有一个增益偏移，该增益偏移对于和有平均损耗的一个前面的线路光纤段相对应的输入功率在所说的频带上是最佳的，滤波器(2)显示一个钟形的传递函数，其中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于由放大器接收的在所说的输入功率的每一侧的功率，为减小放大器在所说的频带上的增益偏移是足够的。
2.一个根据权利要求1的系统，它的特征在于系统是一个波分复用传输系统，它的特征还在于波长带是复用的波长带。
3.一个根据权利要求1或2的系统，它的特征在于放大器是一个有单个光纤段的掺杂的光放大器，它的特征还在于将滤波器配置在所说的光纤段的后面。
4.一个根据权利要求1或2的系统，它的特征在于放大器是一个有多个光纤段的掺杂的光纤放大器，它的特征还在于将滤波器配置在最后一个光纤段的前面。
5.一个根据权利要求1到4中任何一个的系统，它的特征在于中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于在所说的波长带上改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够的。
6.一个根据权利要求1到5中任何一个的系统，它的特征在于滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
7.一种放大器装置，包括一个放大器(1)和一个滤波器(2)，放大器(1)有一个增益偏移，该增益偏移对于给定的输入功率在一个给定的波长带中是最佳的，滤波器(2)有一个钟形的传递函数，其中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于由放大器接收的在所说的输入功率的每一侧的功率，为能减小放大器在所说的波长带上的增益偏移是足够的。
8.一个根据权利要求7的装置，它的特征在于放大器是一个有单个光纤段的掺杂的光纤放大器，它的特征还在于将滤波器配置在所说的光纤段的后面。
9.一个根据权利要求7的装置，它的特征在于放大器是一个有多个光纤段的掺杂的光纤放大器，它的特征还在于将滤波器配置在最后一个光纤段的前面。
10.一个根据权利要求7，8或9的装置，它的特征在于中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于在所说的波长带上改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够的。
11.一个根据权利要求7到10中任何一个的系统，它的特征在于滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
12.一个使光放大器(1)和一个输入功率匹配的方法，该方法包括下列诸步骤·选择一个放大器，它对于一个给定的输入功率有最佳的增益偏移；·将放大器和一个滤波器(2)连接起来，该滤波器有一个钟形的传递函数，该滤波器的中心波长是可调的；和·调谐滤波器的中心波长，以便作为由放大器接收的功率的一个函数，减小放大器在所说的波长带上的增益偏移。
13.一个根据权利要求12的方法，它的特征在于中心波长在一个频率范围内是可调的，该频率范围对于能够在所说的波长带中改变滤波器的传递函数的平均斜率的符号是足够的。
14.一个根据权利要求12或13的方法，它的特征在于滤波器的频谱响应的斜率是波长的一个单调下降函数。
全文摘要
本发明涉及一个光纤装置,该装置包括一个放大器和一个滤波器,放大器有一个对于给定的输入功率在一个给定的波长带上是最佳的增益偏移,滤波器有一个钟形的传递函数,滤波器的中心波长在一个频率范围内是可调的,该频率范围对于当由放大器接收的功率和所说的给定的输入功率不同时,为能够减小放大器在所说的波长带上的增益偏移是足够的。本发明能使诸放大器装置和诸线路损耗相匹配而同时使总的损耗减至最小。
文档编号H04B10/02GK1230041SQ9910101
公开日1999年9月29日 申请日期1999年1月7日 优先权日1998年1月8日
发明者多米奎·贝阿特, 伯特兰·德斯修 申请人:阿尔卡塔尔公司