專利名稱：光纖放大器的質(zhì)量監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于檢測光纖放大器的部件的老化效應(yīng)的方法和一種按照權(quán)利要求16和20的前序部分所述的所屬的監(jiān)控設(shè)備和數(shù)據(jù)載體。
背景技術(shù)：
摻鉺光纖放大器(EDFA＝erbium doped fiber amplifier)遭受不同的老化機(jī)制，這些老化機(jī)制導(dǎo)致“系統(tǒng)性能”的惡化，并且最終甚至導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)的故障。為了將故障時(shí)間和與之相連的接受故障保持的盡可能小，最重要的是，持續(xù)地監(jiān)控在系統(tǒng)中采用的放大器的質(zhì)量，并且必要時(shí)產(chǎn)生警報(bào)，以致能夠及時(shí)更換已老化的部件。
迄今應(yīng)用的方法僅僅監(jiān)控所應(yīng)用的光纖放大器的泵浦激光器；經(jīng)常甚至僅僅監(jiān)控該泵浦激光器的芯片?，F(xiàn)代放大器優(yōu)選地采用波長為980nm的泵源，其可靠性得到較大改善，以致其他部件、例如無源部件的故障變得重要。
圖1針對(duì)兩級(jí)光纖放大器示出放大器級(jí)的典型結(jié)構(gòu)，該兩級(jí)光纖放大器例如用于放大進(jìn)入的WDM信號(hào)S(WDM＝波分復(fù)用(WavelengthDivision Multip1ex))并且由放大器級(jí)的輸入和輸出上的功率測量裝置M_IN、M_OUT、泵源PQ(泵浦激光器)組成，該泵源PQ的泵頻信號(hào)利用耦合器CPL被輸入到在功率測量裝置M_IN、M_OUT之間連接的摻鉺光纖EDF(一般為放大光纖)中。在光纖放大器的輸入和耦合器CPL之間連接有第一隔離器IS01，以及在摻鉺光纖EDF1的輸出上連接有第二隔離器IS02。借助于隔離器IS01、IS02來抑制不期望的頻譜分量輸入耦合到摻鉺光纖EDF中，該不期望的頻譜分量例如因?yàn)楸闷稚渚€的反射引起。在第二隔離器IS02之后連接有增益平滑濾波器F，以便例如在光纖放大器的輸出上均衡WDM信號(hào)的多個(gè)通路的信號(hào)功率或調(diào)整所期望的輸出頻譜的倒相。
在放大器的故障主要?dú)w因于泵源(或泵)之后，研發(fā)出用于監(jiān)控該放大器的方法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)泵具有集成在泵浦模塊中的光電二極管，該光電二極管通常位于激光器芯片的、與光纖耦合相對(duì)的一側(cè)上。在這種情況下，該光電二極管也被稱為“背光”(“Backfacet”)二極管。為了進(jìn)行監(jiān)控，將那個(gè)為了達(dá)到標(biāo)稱功率所必需的電流與在光電二極管在開始工作時(shí)相應(yīng)的值進(jìn)行比較。如果在此出現(xiàn)的偏差超出某個(gè)值，則發(fā)送警報(bào)。
但是，這種解決方案具有嚴(yán)重的缺陷。一方面，集成在泵浦模塊中的監(jiān)視二極管僅僅十分不精確地工作，以致只能檢測到很劇烈的降級(jí)(Degradation)。因而部分地替代內(nèi)部的“背光”二極管，采用外部的由抽頭耦合器和光電二極管組成的監(jiān)視設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)，即除了芯片的降級(jí)之外還檢測光纖芯片耦合的降級(jí)。但是，不利的是較高的制造成本，以致這種解決方案只在“高性能”應(yīng)用中被采用?，F(xiàn)代放大器優(yōu)選地采用980nm泵，該980nm泵的芯片在全部故障之前能夠被識(shí)別出不再有性能下降，并且其可靠性已有較大改善。另一方面，在無源部件的數(shù)量增加之后，越來越重要的是，使得所有影響傳輸質(zhì)量的部件處于監(jiān)控之中。

發(fā)明內(nèi)容
因而，下面力求以最小的花費(fèi)來檢測光纖放大器的所有部件的影響系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的老化效應(yīng)。
這個(gè)任務(wù)的解決方案在其方法方面通過一種具有權(quán)利要求1的特征的方法來實(shí)現(xiàn)，而在其裝置方面則通過一種具有權(quán)利要求16和20的特征的監(jiān)控設(shè)備和數(shù)據(jù)載體來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中給出。
下面說明的方法的核心思想是，根據(jù)所測量的光纖放大器的放大器級(jí)的輸入功率和輸出功率，計(jì)算在開始工作時(shí)存在的條件下理論上需要的抽運(yùn)功率或相應(yīng)的泵的注入電流(也稱為泵流)，并且將所得的值與實(shí)際存在的抽運(yùn)功率或相應(yīng)的泵流進(jìn)行比較。該偏差是在光纖放大器中的部件老化的量度。在具有無源部件和任意的輸入側(cè)的功率分配的結(jié)構(gòu)中也可采用該方法，所述無源部件具有依賴于波長的衰減。
本方法以有利的方式擴(kuò)展到多個(gè)放大器級(jí)(分別具有放大光纖，在該放大光纖上可能耦合有共同的泵源)，以致，特別是如果例如放大器級(jí)之間的無源部件可是沒有在那的功率測量裝置，則盡管如此仍可能進(jìn)行放大器級(jí)之間的監(jiān)控。
由于本方法的可能的執(zhí)行以及借助于軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備，本發(fā)明不要求在光纖放大器中裝入附加的測量或控制部件，所述軟件例如作為網(wǎng)絡(luò)管理中的控制例行程序。換句話說，這種解決方案以最小的花費(fèi)適應(yīng)于當(dāng)前的光纖放大器。可是，能夠?qū)崿F(xiàn)具有物理控制模塊的、基于硬件的監(jiān)控設(shè)備，所述控制模塊被連接到在光纖放大器中已經(jīng)存在的測量設(shè)備的測量信號(hào)，并且所述監(jiān)控設(shè)備可以例如利用直接的顯示裝置來擴(kuò)展，該直接的顯示裝置用于可視化控制光纖放大器中所檢測的老化。
通常說明一種用于檢測光纖放大器的部件的老化效應(yīng)的方法，在該光纖放大器中借助于與至少一個(gè)放大光纖連接的泵源來放大寬帶信號(hào)。在第一放大光纖的輸入上和在最后的放大光纖的輸出上確定輸入功率和輸出功率或光子通量(Photonenfluss)。在這點(diǎn)上，確定表示，這些功率要么直接在相應(yīng)的位置上通過功率測量裝置來測量，要么從其他的被測量中推導(dǎo)出來。根據(jù)已知的輸入功率和輸出功率或光子通量，針對(duì)現(xiàn)存的工作狀態(tài)執(zhí)行光子結(jié)算(Photonenbilanz)，從該光子結(jié)算中在考慮光纖放大器的部件在開始工作時(shí)的特性的情況下算出泵源的有效抽運(yùn)功率。
根據(jù)在(例如由調(diào)節(jié)器)調(diào)整的抽運(yùn)功率或泵流與理論上計(jì)算的抽運(yùn)功率或泵流之間的偏差的類型，光纖放大器中的部件老化的結(jié)論是可能的。


下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
在此圖2示出在根據(jù)圖1的光纖放大器中在計(jì)算理論上需要的抽運(yùn)功率時(shí)出現(xiàn)的、作為輸入功率的函數(shù)的誤差，圖3示出用于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的、具有兩個(gè)放大器級(jí)的裝置。
具體實(shí)施例方式
在圖2中描述在根據(jù)圖1的傳統(tǒng)的單級(jí)光纖放大器中在計(jì)算理論上需要的抽運(yùn)功率時(shí)出現(xiàn)的、作為總輸入功率的函數(shù)的誤差。
為了更好地理解圖2中所描述的模擬的結(jié)果，初次詳細(xì)說明，為了解決本發(fā)明的任務(wù)哪些措施是必要的。
重要的方面在于摻鉺光纖EDF的依賴于波長的增益分布(Gewinnprofil)G1(λ)的正確建模。為此選擇以下列式G1(λ)＝[-α(λ)+β(λ)·X]其中，α和β是兩個(gè)依賴于波長的特征參數(shù)，這些特征參數(shù)在本領(lǐng)域技術(shù)人員方面能夠在測量技術(shù)上根據(jù)已知的測量方法來確定，并且直接依賴于發(fā)射和吸收的有效截面，也就是說，通過這些參數(shù)考慮到頻譜發(fā)射和色散的作用。而量X是未知數(shù)，該量X在工作過程中適于連續(xù)確定。此外，還可能已知在摻鉺光纖EDF的信號(hào)輸入上的依賴于波長的衰減ain以及在摻鉺光纖EDF1的信號(hào)輸出直到所述級(jí)的輸出上的依賴于波長的衰減aout(λ)，這些衰減的波長依賴性等可以通過增益平滑濾波器來確定。
此外假設(shè)，根據(jù)測量或基于估計(jì)已知光纖放大器的輸入上的頻譜功率分配Sin(λ)。因此在數(shù)學(xué)上能夠如下計(jì)算光纖放大器的放大器級(jí)的輸出上的功率分配Sout(λ)Sout(λ)＝Sin(λ)·αin·Gi(λ)·αout(λ)＝Sin(λ)·αin·αout(λ)·exp[-α(λ)+β(λ)·X]。
在下一步中，現(xiàn)在借助于已知的數(shù)值方法來這樣確定未知數(shù)X的值，使得從在WDM信號(hào)S的信號(hào)頻帶內(nèi)的這個(gè)計(jì)算中得到的總輸出功率Pout對(duì)應(yīng)于在光纖放大器的輸出上測量的總功率。這種數(shù)值確定在方法的收斂性方面不是關(guān)鍵性的，因?yàn)楣饫w放大器的輸出上的功率分配Sout(λ)的總功率Pout隨著未知數(shù)X的值單調(diào)增加。在此，借助于功率測量裝置M_IN、M_OUT來測量光纖放大器的輸入和輸出上的功率分配Sin(λ)、Sout(λ)的總功率Pin、Pout。現(xiàn)在，量X可以作為光子結(jié)算的結(jié)果來觀察(根據(jù)Saleh[1]的模型)，也就是作為在摻鉺光纖EDF的輸入和輸出之間輸入耦合的光子和發(fā)出的光子的數(shù)量之差來觀察。由此得到以下方程式X＝(1-Gpump)·ppump+pin-pout-pASE，從該方程式中得到針對(duì)輸入耦合到光纖EDF中的泵浦光子的有效數(shù)量的確定方程式
ppump=X-pin+pout+pASE1-Gpump.]]>在此出現(xiàn)的量具有以下含義量pin說明每單位時(shí)間輸入耦合到光纖中的光子的總和(也稱為光子通量)，并且在WDM信號(hào)S的N個(gè)有效通路中根據(jù)以下規(guī)則來計(jì)算pin=Σk=1NSin(λk)·ain·λkh·c0,]]>其中λk(k＝1，...，n)表示單個(gè)通路的波長，并且在分?jǐn)?shù)的分母中包括普朗克常數(shù)h以及真空中的光速c0在內(nèi)。在非常好的近似中，輸入側(cè)的光子通量也可以按照以下計(jì)算規(guī)則從所測量的總輸入功率PTOTin中得到pin=PTOTin·ain·λ‾signalh·c0,]]>其中，分?jǐn)?shù)的分子中有在真空中所接入的通路的平均波長λsignal。
量pout表示從光纖中發(fā)出的光子的總和，并且在數(shù)學(xué)上按此得到pout=Σk=1NSin(λk)·ain·λkh·c0·exp[-α(λk)+β(λk)·X].]]>泵激光的增益Gpump(λpump)為Gpump(λpump)＝「α(λpump)+β(λpump)·X」，其中利用λpump表示泵激光的波長。
為了即使放大器級(jí)的輸入上的功率小時(shí)也要達(dá)到足夠的精度，在光子結(jié)算(在對(duì)Saleh[1]的模型的擴(kuò)展中)中引入另一項(xiàng)pASE作為出現(xiàn)的放大自發(fā)輻射ASE(ASE＝Amplified SpontaneousEmission)的ASE功率，該項(xiàng)pASE考慮到在輸入側(cè)和輸出側(cè)由于放大自發(fā)輻射而離開摻雜光纖的ASR光子。利用已介紹的根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)，不可能在測量技術(shù)上檢測放大自發(fā)輻射ASE，因?yàn)闆]有裝設(shè)相應(yīng)的設(shè)備。但是，放大自發(fā)輻射ASE近似地通過以下方式來考慮，即在補(bǔ)償組件時(shí)不將信號(hào)光輸入耦合到光纖中，并且將ASE功率pASE作為量X的函數(shù)記下。嚴(yán)格地說，所產(chǎn)生的ASE功率雖然不是僅僅依賴于量X，而是更準(zhǔn)確地說還依賴于沿著光纖軸的反相的變化過程，所述量X與在放大器光纖中的平均反相成正比。但是，這種依賴性在這點(diǎn)上可以忽略，因?yàn)檫@一項(xiàng)僅僅在輸入功率小時(shí)才有意義。
在制造具有光纖放大器的放大器卡之后，在所屬的補(bǔ)償方面必須既針對(duì)功率調(diào)節(jié)器又針對(duì)上述的監(jiān)控設(shè)備確定特征參數(shù)。ASE功率可以通過以下方式來確定，即在輸入光很微弱或消失時(shí)改變抽運(yùn)功率，以致得到量X的不同值。在精確已知開始工作時(shí)的實(shí)際抽運(yùn)功率之后，可以間接從結(jié)算方程式中計(jì)算量X，或?qū)⒃摿縓存儲(chǔ)在表中，以致不需要測量ASE功率。
通過將泵源發(fā)出的光子通量ppump乘以單個(gè)泵浦光子的能量，直接得到輸入耦合到放大光纖中的抽運(yùn)功率Ppump_eff。但是，這只描述有效抽運(yùn)功率，因?yàn)樵谏厦娴牧惺街形纯紤]非線性效應(yīng)、如泵激光的“受激吸收”。但是，這可以事后通過如下的校正計(jì)算進(jìn)行，Ppump_korr=P0·[exp{Ppump_effP0}-1]]]>其中，Ppump_korr是校正過的有效抽運(yùn)功率，而P0是針對(duì)所應(yīng)用的放大光纖的特征功率。通過乘以泵浦路徑中的損耗，從中得到實(shí)際由泵輸出的抽運(yùn)功率Ppump。
由于背光二極管MD只能非常不精確地測量由泵源PQ輸出的抽運(yùn)功率Ppump，所以相比于基于功率的比較，更偏向基于泵流來比較理論上需要的值和實(shí)際的值。
泵浦二極管在輸出之前被測量。作為泵流的函數(shù)的輸出功率的文檔是標(biāo)準(zhǔn)。因而，以這個(gè)曲線(當(dāng)然再次僅僅在開始工作時(shí)存在的關(guān)系下(BOL＝壽命初期(Begin of life)))作為已知為前提。因此，以針對(duì)BOL條件需要計(jì)算的抽運(yùn)功率Ppump為出發(fā)點(diǎn)，計(jì)算針對(duì)現(xiàn)存的工作狀態(tài)在BOL條件下需要的泵流，并且將該泵流與所測量的值進(jìn)行比較。
通過上述方法檢測以下誤差機(jī)制降低的泵浦模塊的效率所有導(dǎo)致抽運(yùn)功率的效率降低的機(jī)制會(huì)導(dǎo)致在計(jì)算泵流時(shí)增加的電流，并且以高靈敏度來檢測。也就是說，如果當(dāng)前的泵流高于有效泵流，則確定泵源的效率降低。
增加的泵浦路徑中的損耗泵浦路徑中衰減的增加會(huì)導(dǎo)致需要的抽運(yùn)功率的線性增加，并且因此同樣以高靈敏度來檢測。也就是說，如果當(dāng)前抽運(yùn)功率相對(duì)有效抽運(yùn)功率線性增加，則確定泵浦路徑(例如在泵源和放大光纖之間)中的損耗。
增加的放大器輸出上的損耗摻鉺光纖的輸出功率在飽和工作時(shí)特別依賴于抽運(yùn)功率。輸出上的衰減的增加導(dǎo)致，必須在摻鉺光纖的末端調(diào)整較高的功率，以便達(dá)到預(yù)定的輸出功率。這種增加幾乎線性地傳染給需要的抽運(yùn)功率并且因此同樣以高靈敏度來檢測。也就是說，放大光纖的輸出上的損耗的增加導(dǎo)致必需的抽運(yùn)功率的增加，并且因此導(dǎo)致在所測量的值與針對(duì)BOL條件所計(jì)算的參考值(抽運(yùn)功率/泵流)之間的更大的偏差。
增加的放大器輸入上的損耗這個(gè)誤差機(jī)制是關(guān)鍵性的，因?yàn)樵撜`差機(jī)制僅僅在很小的程度上導(dǎo)致抽運(yùn)功率的增加，并且因此僅僅能夠檢測衰減的較大增加。盡管如此，當(dāng)頻譜分辯的功率表位于放大器輸出上時(shí)，能夠檢測到這個(gè)誤差，因?yàn)楣饫w放大器對(duì)此以倒相增益頻譜來做出反應(yīng)。
在闡述了這些方法方面之后，現(xiàn)在詳細(xì)說明圖2。
為了驗(yàn)證所述方法，借助于針對(duì)不同工作狀態(tài)和八個(gè)不同的固定的抽運(yùn)功率10、20、50、100、150、200、250、300mW的模擬，確定在放大器的輸出上得到的總功率PTOTout，其中在放大器級(jí)的輸入上調(diào)整的每個(gè)通路的功率在-45dBm和0dBm之間變化，以及通路數(shù)量在1和80之間變化。因此考慮到很大數(shù)量的可能的工作狀態(tài)。由于所有相關(guān)的摻鉺光纖中的效應(yīng)借助于為此應(yīng)用的模擬工具被考慮到，所以這個(gè)行為近似等效于通過實(shí)驗(yàn)確定輸出功率。
借助于上述的方法，針對(duì)這些工作狀態(tài)中的每一個(gè)，按照上述方法計(jì)算需要的抽運(yùn)功率Ppump_eff。在理想情況下，在此應(yīng)得到在模擬中調(diào)整的抽運(yùn)功率值，因?yàn)槲闯霈F(xiàn)老化。但是，在本模型中某些近似導(dǎo)致在實(shí)際抽運(yùn)功率和借助于所述方法計(jì)算的功率值之間的偏差，這些偏差在圖2中作為總輸入功率PTOTin(單位為dBm)的函數(shù)來描述。所疊加的曲線連接工作點(diǎn)的結(jié)果，該工作點(diǎn)的同一抽運(yùn)功率以及相同的通路數(shù)量是共同的。
根據(jù)圖2，在所有考察的放大器級(jí)的輸入上的總功率范圍內(nèi)，相對(duì)偏差DEV小于11％。針對(duì)大于-10dBm的輸入功率PTOTin，相對(duì)偏差DEV甚至最大為5％。此外，在輸入功率很大和很小時(shí)，偏差顯而易見地小。在典型的工作點(diǎn)中，監(jiān)控方法的誤差DEV因此小于5％。
為了達(dá)到抽運(yùn)功率計(jì)算的最大精度，在光纖放大器的輸入上的輸入功率頻譜應(yīng)是已知的。當(dāng)頻譜分辯的功率表位于前述的放大器單元的輸出上時(shí)，能夠相對(duì)精確地確定所述輸入功率頻譜。因此，可以建立在前述的放大器單元的輸出上的輸出頻譜，在該輸出頻譜上進(jìn)行針對(duì)后面的放大器級(jí)(如圖1所示)的計(jì)算。如果不存在關(guān)于前述的頻譜的功率分配的數(shù)據(jù)，則例如針對(duì)每個(gè)有效通路(該通路覆蓋在OSC通路(光監(jiān)控通路(Optical Supervisory Channel))上可能已知)采用輸入上的功率，并且這個(gè)值應(yīng)如此選擇，以致得到所測量的總輸入功率。
如果光纖放大器由多個(gè)具有在其輸入和輸出上確定功率的可能性的級(jí)組成，則可以針對(duì)每一級(jí)分開應(yīng)用這種方法。但是，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)級(jí)使用共同的泵并且缺少功率說明時(shí)，出現(xiàn)附加的困難。下面說明針對(duì)這種情況的解決方案。
圖3示出通過以下方式對(duì)圖1的擴(kuò)展，即替代圖1中的單級(jí)光纖放大器，將本發(fā)明用于兩級(jí)光纖放大器。這個(gè)光纖放大器的特殊之處在于，兩個(gè)級(jí)分享同一個(gè)泵。以圖1為出發(fā)點(diǎn)，在圖3中兩個(gè)放大器級(jí)V1、V2與可變的衰減器ATT串聯(lián)。根據(jù)圖1，第一放大器級(jí)V1具有輸入功率測量裝置M_IN、借助于第一泵頻信號(hào)PS1與泵源PQ的連接和兩個(gè)隔離器IS01、IS02，所述第一泵頻信號(hào)PS1經(jīng)由第一耦合器CPL1進(jìn)入第一放大光纖EDF1。根據(jù)圖1的濾波器F在這里通過衰減器ATT來替代，該衰減器ATT作為總的光纖放大器V1+V2的無源部件使得在第二放大器級(jí)V2上傳輸還要放大的信號(hào)S成為可能。圖3中的放大器級(jí)V2相對(duì)于圖1不具有輸入功率測量裝置M_IN，可是具有輸出功率測量裝置M_OUT、借助于第二泵頻信號(hào)PS2與泵源PQ的連接、兩個(gè)隔離器IS03、IS04和連接在輸出功率測量裝置M_OUT之前的平滑濾波器F，所述第二泵頻信號(hào)經(jīng)由第二耦合器CPL2進(jìn)入第二放大光纖EDF2。在此，兩個(gè)放大光纖EDF1、EDF2具有相同的類型，并且借助于唯一的泵源PQ的光電二極管輻射裝置來抽運(yùn)。為了產(chǎn)生兩個(gè)泵頻信號(hào)PS1、PS2，在泵源PQ的輸出和各自的耦合器CPL1、CPL2的輸入之間連接分束器(Strahlteiler)BS。在這里，對(duì)此需要注意的是，在兩個(gè)放大器級(jí)V1、V2之間不存在功率表，盡管如此可能進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。
下面描述的方法的核心思想是，根據(jù)在第一放大器級(jí)V1的輸入上和在第二放大器級(jí)V2的輸出上測量的輸入功率和輸出功率，計(jì)算在開始工作時(shí)存在的條件下(理論上)需要的抽運(yùn)功率或相應(yīng)的用于產(chǎn)生泵頻信號(hào)PS1、PS2的泵源PQ的注入電流，并且將這樣所獲得的值與實(shí)際存在的泵流進(jìn)行比較。該偏差是在光纖放大器中的部件老化的量度。本方法即使在具有無源部件和任意的輸入側(cè)的功率分配的結(jié)構(gòu)中也是可采用的，所述無源部件具有依賴于波長的衰減。
在第一步中，類似于已經(jīng)提及的單級(jí)光纖放大器中說明的方法來確定量X，該量X借助于光子通量pin、pout、ppump描述光子結(jié)算。但是在本情況下，現(xiàn)在這種光子結(jié)算包括兩個(gè)耦合的放大器級(jí)V1、V2。在此，衰減器ATT的已知的衰減同樣如已經(jīng)引用的無源損耗那樣來處理。重要的前提是，在兩級(jí)中均采用同一類型的摻鉺光纖。
抽運(yùn)功率Ppump按照固定的劃分比例被劃分在兩個(gè)放大器級(jí)V1、V2上。因此，關(guān)于光子通量pin、pout、ppump得到以下方程式X＝(1-Gpump)·ppump+pin-pout+pin·G1·(α-1)，其中，a表示包括在兩個(gè)級(jí)V1、V2之間的衰減器ATT的無源部件的傳輸，而G1表示所估計(jì)的第一放大器級(jí)V1的平均增益，以及為了明確本發(fā)明的主題的緣故而在該方程式中忽略放大自發(fā)輻射ASE的量。因此，可以從相應(yīng)的如下的光子通量ppump中推導(dǎo)出有效抽運(yùn)功率Ppump-effppump=X-pin+pout-pin·G1·(a-1)1-Gpump.]]>在監(jiān)控兩個(gè)具有共同的泵的放大器級(jí)時(shí)，由此得到困難，即表示第一放大器級(jí)V1的平均增益的增益G1的量是未知的。其他的量在已經(jīng)提及的發(fā)明報(bào)告中是已定義的。
可是，第一放大器級(jí)V1的平均增益可以通過以下方式迭代地確定，即應(yīng)用在[2]中給出的用于對(duì)摻鉺光纖放大器的級(jí)進(jìn)行建模的方法之一，并且針對(duì)抽運(yùn)功率應(yīng)用估計(jì)值，該估計(jì)值從激光器二極管電流或者但是監(jiān)視二極管信號(hào)中導(dǎo)出。然后，在應(yīng)用上面給出的公式的情況下計(jì)算改進(jìn)的抽運(yùn)功率的估計(jì)值。利用這個(gè)新值，再次估計(jì)量G1，這接著導(dǎo)致改進(jìn)的抽運(yùn)功率的估計(jì)值。現(xiàn)在，這種方法可以迭代地繼續(xù)進(jìn)行，直到滿足預(yù)定的收斂標(biāo)準(zhǔn)。
最后，還必須將例如pin的光子通量換算成例如Pin的功率，并且可能地通過校正計(jì)算來考慮泵激光的“受激吸收”的效應(yīng)。其他的行為對(duì)應(yīng)于單個(gè)放大器級(jí)的情況。
在裝置方面，為了執(zhí)行已經(jīng)說明的方法，可以將一種針對(duì)寬帶信號(hào)S的光纖放大器的監(jiān)控設(shè)備連接到該光纖放大器，所述光纖放大器具有與至少一個(gè)泵源PQ相連接的至少一個(gè)放大光纖EDF1、EDF2、...、EDFn，其中功率測量裝置M_IN、M_OUT至少被連接到第一放大光纖EDF1的輸入和最后的放大光纖EDFn的輸出。
如已經(jīng)提及的那樣，替代硬件部件，所述監(jiān)控設(shè)備也可以完全借助于軟件來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，所述監(jiān)控設(shè)備可以作為控制例行程序在網(wǎng)絡(luò)管理中實(shí)施，其中在光纖放大器中已經(jīng)存在的測量信號(hào)(如來自功率測量裝置M_IN、M_OUT)用作軟件的輸入?yún)?shù)。在所檢測到的老化效應(yīng)中，所述控制例行程序再度直接通過計(jì)算機(jī)的屏幕或者借助于匹配的顯示裝置、如光電二極管或聲學(xué)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。功率測量裝置M_IN、M_OUT的輸出信號(hào)Sin、Sout和當(dāng)前抽運(yùn)功率Ppump、必要時(shí)當(dāng)前泵流的分析信號(hào)Spump被輸送給控制模塊CTRL的輸入。該(基于軟件或硬件的)控制模塊CTRL具有這樣的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)用于根據(jù)光纖放大器的部件在開始工作時(shí)的特性來確定理論上的抽運(yùn)功率Ppump_eff、必要時(shí)確定有效泵流。為了形成關(guān)于光纖放大器的部件老化的結(jié)論，所述控制模塊CTRL具有決策器，該決策器的主要輸入?yún)?shù)是當(dāng)前抽運(yùn)功率Ppump和有效抽運(yùn)功率Ppump_eff、必要時(shí)是當(dāng)前泵流和有效泵流。在決策器之后可以連接部件的老化狀態(tài)的(例如可視化的)顯示裝置，因此操作人員能夠清楚地識(shí)別出，哪些部件已老化。
此外，在軟件支持的控制模塊CTRL中，可以應(yīng)用具有程序的數(shù)據(jù)載體，該程序可被加載到控制模塊CTRL中，其中當(dāng)執(zhí)行所提到的程序時(shí)，控制模塊CTRL執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。因此，對(duì)于技術(shù)人員來說，更容易實(shí)施軟件的可能的擴(kuò)展或更新、例如在網(wǎng)絡(luò)管理中以及在本地可攜帶的監(jiān)控設(shè)備中。
參考文獻(xiàn)[1]Saleh et al.，″Modeling of gain in erbium-doped fiberamplifier″，IEEE Photonics Technology Letter，Vol.2，pp.714-717(1990)[2]E.Desurvire，D.Bayart，B.Desthieux，S.BigoERBIUM-DOPED FIBER AMPLIFIERS，Device and System Developments，JohnWiley，New York，2002，pp.11-61.
權(quán)利要求
1.用于檢測光纖放大器的部件的老化效應(yīng)的方法，在所述光纖放大器中借助于與至少一個(gè)放大光纖(EDF1、EDF2、...、EDFn)連接的泵源(PQ)來放大寬帶信號(hào)(S)，其中n≥1，按照所述方法確定第一放大光纖(EDF1)的輸入上和最后的放大光纖(EDFn)的輸出上的輸入和輸出功率(PIN、POUT)，其特征在于，根據(jù)所述輸入和輸出功率(PIN、POUT)或其光子通量并且在所述泵源(PQ)的當(dāng)前抽運(yùn)功率(PPUMP)中執(zhí)行光子結(jié)算，從所述光子結(jié)算中在考慮所述光纖放大器的部件在開始工作時(shí)的特性的情況下算出所述泵源(PQ)的理論上需要的抽運(yùn)功率(PPUMP_EFF)，根據(jù)在所述當(dāng)前和理論上需要的抽運(yùn)功率(PPUMP、PPUMP_EFF)之間的偏差的類型，得到所述光纖放大器的部件老化的結(jié)論。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，借助于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算為了保持在開始工作時(shí)存在的工作狀態(tài)在理論上需要的抽運(yùn)功率或相應(yīng)的泵流，并且將該抽運(yùn)功率或相應(yīng)的泵流與實(shí)際調(diào)整過的值進(jìn)行比較。
3.按照權(quán)利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，針對(duì)包含所述放大光纖(EDF1、EDF2、...)之一的放大器級(jí)(V1、V2、...)，如下對(duì)依賴于波長的增益分布(G1(λ)、G2(λ)、...)進(jìn)行建模Gi(λ)＝[-α(λ)+β(λ)·X]其中i＝1，2，...其中(α(λ)，β(λ))是依賴于波長的參數(shù)，所述參數(shù)在測量技術(shù)上已被確定并且通過所述參數(shù)考慮頻譜發(fā)射和吸收的作用，并且其中量(X)被確定為在放大器光纖(EDF1、EDF2、...)的輸入和輸出之間輸入耦合和發(fā)出的光子的數(shù)量的差。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在單個(gè)放大器級(jí)(V1)中，如在下列方程式中那樣來計(jì)算所述量(X)X＝(1-Gpump)·ppump+pin-pout-pASE其中(pIN、pOUT、ppump)表示輸入光子通量、輸出光子通量、泵浦光子通量，而(pASE)表示放大自發(fā)輻射的光子通量部分，以及其中(Gpump)在泵浦波長(λpump)上如下來定義
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在兩級(jí)光纖放大器(V1、V2)中，如在下列方程式中那樣來計(jì)算所述量(X)X＝(1-Gpump)·ppump+pin-pout+pin·G1·(a-1)其中(pIN、pOUT、ppump、a、G1)表示輸入光子通量、輸出光子通量、泵浦光子通量、如在所述兩個(gè)放大器級(jí)(V1、V2)之間的衰減的傳輸系數(shù)和迭代確定的第一放大器級(jí)(V1)的平均增益值，以及其中泵浦增益(Gpump)在泵浦波長(λpump)中如下定義
6.按照權(quán)利要求1和5所述的方法，其特征在于，兩個(gè)串聯(lián)的放大器級(jí)(V1、V2)包含相同的放大器光纖(EDF1、EDF2)，以及所述泵源(PQ)的抽運(yùn)功率(Ppump)被分配在所述兩個(gè)放大器級(jí)(V1、V2)上。
7.按照權(quán)利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，這樣確定所述未知的量(X)，使得基于在所述WDM信號(hào)(S)信號(hào)頻帶內(nèi)的數(shù)學(xué)計(jì)算出現(xiàn)的所述光纖放大器的輸出上的總功率對(duì)應(yīng)于所測量的功率，并且從中確定所述在開始工作時(shí)理論上需要的抽運(yùn)功率。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第一放大光纖(EDF1)的輸入上測量所述頻譜功率分配(Sin(λ))，以及在所述最后的放大光纖(EDFn)的輸出上如在以下方程式中那樣計(jì)算頻譜功率分配(Sout(λ))Sout(λ)＝Sin(λ)·ain·Gi(λ)·aout(λ)＝Sin(λ)·ain·aout(λ)·exp[-α(λ)+β(λ)·X]其中(ain、aout(λ))是已知的不依賴于波長或依賴于波長的、在放大光纖的輸入上和輸出上的衰減。
9.按照權(quán)利要求3至8之一所述的方法，其特征在于，通過了解所述量(X)，借助于特征化的光纖數(shù)據(jù)對(duì)所述光纖放大器的單級(jí)的增益進(jìn)行建模。
10.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述量(X)被視為光子結(jié)算，并且從中確定所述在開始工作時(shí)理論上需要的抽運(yùn)功率。
11.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將單個(gè)泵源的所述抽運(yùn)功率分配到多個(gè)相繼的放大光纖上，在所述放大光纖之間測量或者推導(dǎo)出信號(hào)功率。
12.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了確定所述泵源的效率下降，所述當(dāng)前泵流高于所述有效泵流。
13.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了確定泵浦路徑中的損耗、也就是在泵源和放大光纖之間的損耗，相對(duì)于所述有效抽運(yùn)功率，線性地提高所述當(dāng)前抽運(yùn)功率。
14.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了確定放大光纖的輸出上的損耗，必要時(shí)基于所述放大光纖的輸出上的衰減增加，相對(duì)于所述有效抽運(yùn)功率，線性地提高所述在那的當(dāng)前抽運(yùn)功率。
15.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了確定放大光纖的輸入上的損耗，相對(duì)于所述有效抽運(yùn)功率，略微提高所述在那的當(dāng)前抽運(yùn)功率，將測量所述在那里的信號(hào)的功率頻譜的倒相用作其他的輔助裝置。
16.針對(duì)寬帶信號(hào)的光纖放大器的監(jiān)控設(shè)備，所述光纖放大器具有與泵源(PQ)連接的至少一個(gè)放大光纖(EDF1、EDF2、...、EDFn)，其中在該第一放大光纖(EDF1)的輸入上和在該最后的放大光纖(EDFn)的輸出上連接有功率測量裝置(M_IN、M_OUT)，其特征在于，將所述功率測量裝置(M_IN、M_OUT)的輸出信號(hào)(Sin、Sout)和所述當(dāng)前抽運(yùn)功率(Ppump)、必要時(shí)所述當(dāng)前泵流的分析信號(hào)(Spump)輸送給控制模塊(CTRL)的輸入，所述控制模塊(CTRL)具有計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)所述光纖放大器的部件在開始工作時(shí)的特性來確定有效抽運(yùn)功率(Ppump_eff)、必要時(shí)有效泵流，以及為了形成在所述光纖放大器的部件老化方面的結(jié)論，所述控制模塊(CTRL)具有決策器，所述決策器的主要輸入?yún)?shù)是所述當(dāng)前抽運(yùn)功率和所述有效抽運(yùn)功率(Ppump、Ppump_eff)、必要時(shí)所述當(dāng)前泵流和所述有效泵流。
17.按照權(quán)利要求16所述的監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述控制模塊(CTRL)、也就是所述計(jì)算機(jī)和所述決策器被實(shí)現(xiàn)為基于軟件的平臺(tái)，該平臺(tái)由網(wǎng)絡(luò)管理來控制，并且該平臺(tái)的作用是報(bào)告基于所述光纖放大器中的老化的技術(shù)缺陷。
18.按照權(quán)利要求16所述的監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述控制模塊(CTRL)至少被裝設(shè)為可攜帶的監(jiān)控單元的部分。
19.按照權(quán)利要求16至18之一所述的監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，在所述決策器之后連接有部件的老化狀態(tài)的顯示裝置。
20.具有程序的數(shù)據(jù)載體，該程序能夠被加載到控制模塊(CTRL)中，其中，當(dāng)執(zhí)行所提及的程序時(shí)，該控制模塊(CTRL)執(zhí)行按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法。
全文摘要
描述一種用于檢測光纖放大器的部件的老化效應(yīng)的方法，在該光纖放大器中借助于與至少一個(gè)放大光纖連接的泵源來放大寬帶信號(hào)。在第一放大光纖的輸入上和在最后的放大光纖的輸出上確定輸入功率和輸出功率或光子通量。根據(jù)該輸入功率和輸出功率或光子通量，在現(xiàn)存的工作狀態(tài)中執(zhí)行光子結(jié)算，從光子結(jié)算中在考慮光纖放大器的部件在開始工作時(shí)的特性的情況下計(jì)算泵源的有效抽運(yùn)功率。按照在當(dāng)前抽運(yùn)功率和有效抽運(yùn)功率之間的偏差的類型，光纖放大器中的部件老化的結(jié)論是可能的。為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，描述一種所屬的監(jiān)控設(shè)備。
文檔編號(hào)H04B10/291GK1756133SQ20051010872
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者L·拉普 申請(qǐng)人:西門子公司