專利名稱：控制可變光衰減器的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用波分多路復(fù)用來發(fā)送波長多路復(fù)用的光信號(hào)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種控制光衰減器或光放大器的控制器，當(dāng)信道的數(shù)目變化時(shí)改變波長多路復(fù)用的光信號(hào)的功率電平。
波分多路復(fù)用被使用于光纖通信系統(tǒng)，來以高速傳遞相對大量的數(shù)據(jù)。


圖1是一個(gè)傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)的示意圖，它利用了波分多路復(fù)用來通過一條光纖發(fā)送例如四個(gè)信道。參見圖1，發(fā)送單元20-1，20-2，20-3和20-4分別發(fā)送具有波長λ1-λ4的載波。每個(gè)載波都被信息調(diào)制并代表一個(gè)具體的信道。不同的載波通過光多路復(fù)用器22被多路復(fù)用在一起，成為一個(gè)波長復(fù)用的光信號(hào)。波長復(fù)用的光信號(hào)通過光纖24被發(fā)送到光去復(fù)用器26。光去復(fù)用器26將波長復(fù)用光信號(hào)分支成四個(gè)分別具有波長λ1-λ4的獨(dú)立的光信號(hào)。四個(gè)分支的獨(dú)立的光信號(hào)然后分別被接收單元28-1，28-2，28-3和28-4檢測。
當(dāng)上述的光纖通信系統(tǒng)將四個(gè)載波多路復(fù)用在一起時(shí)，通常的做法是多路復(fù)用四個(gè)以上的載波。更具體地說，許多不同的載波可被多路復(fù)用在一起。以這種方式，通過一條光纖可以傳遞相對大量的數(shù)據(jù)。
光放大器(未示出)或者光中繼器(未示出)典型地是插在光多路復(fù)用器22和光去復(fù)用器26之間，放大通過光纖24的波長復(fù)用光信號(hào)。這種光放大器典型地是稀土摻雜的光纖放大器，它直接放大波長復(fù)用的光信號(hào)。即，稀土摻雜的光纖放大器放大波長復(fù)用光信號(hào)時(shí)不必將波長復(fù)用的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
不幸的是，當(dāng)波長復(fù)用的光信號(hào)中的信道的數(shù)目變化時(shí)，使用稀土摻雜的光纖放大器會(huì)產(chǎn)生若干問題。更具體地說，在變化過程中(即，信道的數(shù)目的變化完成之前)，每個(gè)信道的光功率也被不希望地改變了，從而引起波長復(fù)用的光信號(hào)的非線性劣化或S/N(信躁比)下降。
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種光放大器設(shè)備，當(dāng)信道數(shù)目變化時(shí)減小波長復(fù)用的光信號(hào)的非線性劣化或S/N(信躁比)下降。
本發(fā)明的其他的目的和優(yōu)點(diǎn)將見于下述的說明書或從本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中得出。
本發(fā)明的前述目的可通過下面的設(shè)備取得，該設(shè)備包括一個(gè)光放大器和控制器。該光放大器放大具有可變數(shù)目的信道的光信號(hào)。該控制器響應(yīng)于光信號(hào)中的信道的數(shù)目的變化控制放大的光信號(hào)的功率電平。
更具體地說，本發(fā)明的目的是通過提供一個(gè)控制器取得的，該控制器(a)在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之前和之后，以可變的光透射率通過放大的光信號(hào)，使得放大的光信號(hào)的功率電平按照光信號(hào)中信道的數(shù)目保持為接近恒定值，并且，(b)當(dāng)光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)，以恒定的光透射率通過放大的光信號(hào)。
本發(fā)明的目的也通過提供下面的設(shè)備獲得，該設(shè)備包括一個(gè)光放大器，一個(gè)控制器，一個(gè)去復(fù)用器和一個(gè)自動(dòng)電平控制單元。光放大器放大具有可變信道數(shù)的光信號(hào)?？刂破黜憫?yīng)于光信號(hào)中的信道的數(shù)目的變化控制放大的光信號(hào)。去復(fù)用器將受控的放大的光信號(hào)去復(fù)用為單獨(dú)的信號(hào)。自動(dòng)電平控制單元控制相應(yīng)的單獨(dú)的信號(hào)的功率電平，使得單獨(dú)的信號(hào)的功率電平保持為大約恒定。
本發(fā)明的目的也通過提供下面的設(shè)備取得，該設(shè)備包括一個(gè)自動(dòng)電平控制單元和一個(gè)光纖放大器。自動(dòng)電平控制單元保持光信號(hào)的功率電平大體為恒定值并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。光纖放大器將自動(dòng)電平控制單元的輸出信號(hào)以恒定的增益進(jìn)行放大。
本發(fā)明的目的也通過提供一個(gè)光放大器和控制器取得。光放大器放大一個(gè)具有可變信道數(shù)目的光信號(hào)。在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之前和之后，控制器按照光信號(hào)中信道的數(shù)目保持放大的光信號(hào)的功率電平接近恒定值。當(dāng)光信號(hào)的信道數(shù)目被改變時(shí)，控制器一個(gè)大約恒定的增益放大已放大的光信號(hào)。
此外，本發(fā)明的目的也通過提供下面的設(shè)備取得，該設(shè)備包括一個(gè)光放大器，一個(gè)光衰減器和控制器。光放大器放大具有可變數(shù)目的信道的光信號(hào)。光衰減器通過放大的光信號(hào)并具有一個(gè)可變的光透射率。在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之前，控制改變光衰減器的光透射率，使得放大的光信號(hào)的功率電平保持為一個(gè)大體的恒定值，該值取決于改變信道數(shù)目之前光信號(hào)中的信道數(shù)目。當(dāng)光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)，控制器保持光衰減器的光透射率為恒定值。在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之后，控制器改變光衰減器的光透射率使得放大的光信號(hào)的功率電平保持為大約為恒定值該值取決于在改變信道的數(shù)目之后的光信號(hào)中的信道數(shù)目。
本發(fā)明的目的也通過提供一種用于控制具有可變信道數(shù)目并由光放大器放大的光信號(hào)方法取得。該方法包括步驟(a)在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之前和之后，以可變的光透射率通過放大的光信號(hào)，使得放大的光信號(hào)的功率電平按照光信號(hào)中信道的數(shù)目保持為接近恒定值，并且，(b)當(dāng)光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)，以恒定的光透射率通過放大的光信號(hào)。
本發(fā)明的目的也通過提供一種用于控制具有可變信道數(shù)目并由光放大器放大的光信號(hào)方法取得，(a)在改變光信號(hào)中的信道的數(shù)目之前和之后，以可變的光透射率通過放大的光信號(hào)，使得放大的光信號(hào)的功率電平按照光信號(hào)中信道的數(shù)目保持為接近恒定值，并且，(b)當(dāng)光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)，以大約恒定的增益放大已放大的光信號(hào)。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明晰。
圖1(現(xiàn)有技術(shù))為顯示傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)的示意圖。
圖2(現(xiàn)有技術(shù))顯示了用于利用波分多路復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)的光放大設(shè)備的示意圖。
圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖4(A)和4(B)為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3的光放大設(shè)備的操作的曲線，其中光信號(hào)中的信道數(shù)目N被改變。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自動(dòng)增益控制電路的示意圖。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自動(dòng)電平控制電路的示意圖。
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖6中所示的自動(dòng)電平控制電路的轉(zhuǎn)換電路的示意圖。
圖8和9是顯示根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的自動(dòng)電平控制電路的示意圖。
圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，對圖16中所示的光放大設(shè)備的改進(jìn)示意圖。
圖18(A)顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備中的稀土摻雜的光纖(EDF)中增益相對波長特性的曲線。
圖18(B)是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備中的光纖的透射率的曲線。
圖18(C)顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖18(A)中的稀土摻雜的光纖(EDF)和圖18(B)中的光纖的總體增益的曲線。
圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖22是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖23是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖23中的光放大設(shè)備的部分的更詳細(xì)的視圖。
圖25是顯示采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的光纖通信系統(tǒng)的視圖。
圖26是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖25中的光放大設(shè)備的更詳細(xì)的視圖。
圖27是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用多個(gè)放大設(shè)備的傳輸線路的視圖。
圖28是顯示根據(jù)本發(fā)明的光放大設(shè)備的操作的時(shí)序圖。
圖29是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光通信系統(tǒng)的一部分的視圖。
下面詳細(xì)參見本發(fā)明的實(shí)施例，這些實(shí)施例被示于附圖中，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
圖2是顯示用于采用波分多路復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)光放大設(shè)備的示意圖，并且與這里引用的美國專利申請08/655,027中的設(shè)備相似。
現(xiàn)在參見圖2，該光放大設(shè)備包括一個(gè)第一部分1000(有時(shí)稱為“稀土摻雜光纖放大器部分”)和一個(gè)第二部分2000(有時(shí)稱為“電控光裝置部分”)。
第一部分1000包括一個(gè)稀土摻雜的光纖(BDF)34，光分支耦合器361和362，光隔離器381和382，光二極管401和402，光波長復(fù)用耦合器42，泵激光二極管(LD)44和自動(dòng)光增益控制電路(AGC)46。
第二部分2000包括光分支耦合器363，電控可變光衰減器(ATT)48，光二極管(PD)403，和一個(gè)自動(dòng)電平控制電路(ALC)50。光衰減器48由例如一個(gè)磁光元件構(gòu)成。但是，也可以采用不同類型的光衰減器。
波長復(fù)用光信號(hào)通過光分支耦合器361，光隔離器38和光波長復(fù)用耦合器42被送到稀土摻雜的光纖34。激勵(lì)光束由泵激光二極管44通過光波長復(fù)用耦合器42提供到稀土摻雜的光纖34。波長復(fù)用光信號(hào)由稀土摻雜的光纖34放大并通過光隔離器382和光分支耦合器362輸入到光衰減器48。
由光分支耦合器361分支的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分通過光二極管401轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被輸入到自動(dòng)光增益控制電路46。由光分支耦合器362分支的放大的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分由光二極管402轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被輸入到自動(dòng)光增益控制電路46。泵激光二極管44被控制使輸入波長復(fù)用光信號(hào)的電平和放大的波長復(fù)用光信號(hào)的電平之間的比值保持在一個(gè)預(yù)定值。
更具體地說，自動(dòng)光增益控制電路46控制泵激光二極管44使其將通過光二極管401轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸入波長復(fù)用光信號(hào)的電平和由光二極管402轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的放大的波長復(fù)用光信號(hào)的電平之間的比值保持為一個(gè)恒定值。這樣，第一部分1000通過將光增益控制為恒定值保持波長依賴性。
由光分支耦合器363分支的輸出波長復(fù)用光信號(hào)通過光二極管403被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被輸入到自動(dòng)電平控制電路50。光衰減器48被控制以便將波長復(fù)用光信號(hào)保持為恒定值。
更具體地說，自動(dòng)電平控制電路50利用由光二極管403從波長復(fù)用光信號(hào)得到的電信號(hào)控制光衰減器48，以便將波長復(fù)用光信號(hào)保持為恒定值。
不幸的是，當(dāng)如圖2所示的光放大設(shè)備被用于利用波分多路復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)時(shí)，波長復(fù)用的光信號(hào)中使用的信道數(shù)目的變化可產(chǎn)生很大的問題。
例如，對于每個(gè)波長(信道)，通常需要放大器具有預(yù)定的輸出光功率，以便在接收機(jī)中保證所需的信躁比(S/N)比。假定有N個(gè)信道，用于放大波長復(fù)用的光信號(hào)的稀土摻雜光纖放大器的總光輸出Pc被控制為N*P。在信道數(shù)目N存在+α到-α的變化的情況下，轉(zhuǎn)換控制被進(jìn)行使得總光功率為(N±α)P。由于轉(zhuǎn)換控制引起的每個(gè)具體的波長(信道)的光功率的變化，可能產(chǎn)生非線性的劣化或信躁比(S/N)的下降。
此外，在圖2中第一部分1000的光輸出通過第二部分2000被保持為恒定值。因此，當(dāng)?shù)谝徊糠?000的輸出超過預(yù)定的電平時(shí)，第二部分2000將該光輸出保持為恒定值。結(jié)果，光衰減器48的使用將需要通過第一部分32的額外的放大措施，并且用于保持光增益為恒定值的泵激光二極管44應(yīng)當(dāng)與輸入波長復(fù)用光信號(hào)的電平呈指數(shù)關(guān)系地被控制。因此，有必要提供一個(gè)相對地高性能的泵激光二極管44。
圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的視圖。該光放大設(shè)備包括一個(gè)第一部分1000和第二部分2000。第一部分1000包括一個(gè)稀土摻雜的光纖(EDF)521，光分支耦合器541和542，光隔離器551和552，光波長復(fù)用耦合器561，光二極管(PD)581和582，泵激光二極管591，自動(dòng)增益控制電路(AGC)601。第一部分1000在保持波長依賴性的同時(shí)放大波長復(fù)用光信號(hào)。
例如，波長復(fù)用光信號(hào)典型地處于1.5μm的頻帶中。鉺摻雜光纖是已知的用于放大該頻帶中光信號(hào)的，并因此用作稀土摻雜的光纖(EDF)521。此外，為了適當(dāng)?shù)胤糯笤阢s摻雜光纖中傳播的1.5μm的頻帶中的波長復(fù)用光信號(hào)，使用0.98μm或1.48μm激勵(lì)帶的激勵(lì)光是已知的。因此，泵激光二極管591提供0.98μm或1.48μm激勵(lì)帶的激勵(lì)光。
此外，圖3顯示了一個(gè)正向的激勵(lì)結(jié)構(gòu)，其中由泵激光二極管591發(fā)出的激勵(lì)光束以與波長復(fù)用光信號(hào)相同的方向通過稀土摻雜的光纖521。但是，也可以采用反向激勵(lì)結(jié)構(gòu)，其中激光二極管提供一個(gè)沿著與波長復(fù)用光信號(hào)相反的方向傳播經(jīng)過稀土摻雜的光纖521的激勵(lì)光束。此外，也可以采用雙向激勵(lì)結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)激光二極管提供沿著穿過稀土摻雜的光纖(EDF)521的兩個(gè)方向的在稀土摻雜的光纖(EDF)521中傳播的激勵(lì)光束。因此，本發(fā)明并不特定限定有向激勵(lì)的類型。
第二部分2000包括一個(gè)電控可變光衰減器(ATT)64，自動(dòng)電平控制電路66，光分支耦合器543和光二極管(PD)583。第二部分2000控制波長復(fù)用光信號(hào)的整個(gè)光輸出為恒定值，而不保持波長依賴性。更具體地說，自動(dòng)電平控制電路66改變光衰減器64的衰減或光透射率，使得波長復(fù)用光信號(hào)的功率(從第一部分1000輸出的)保持為對應(yīng)于波長復(fù)用光信號(hào)中的信道數(shù)目的一個(gè)恒定的功率電平。
此外，當(dāng)波長復(fù)用光信號(hào)中的信道的數(shù)目被改變時(shí)，一個(gè)監(jiān)視信號(hào)處理電路70使光衰減器64的衰減或光透射率保持恒定。因此，監(jiān)視信號(hào)處理電路70暫時(shí)地“凍結(jié)”光衰減器64的操作。在信道數(shù)目被改變之后，監(jiān)視信號(hào)處理電路70允許光衰減器64的衰減，或光透射率被改變，使得波長復(fù)用光信號(hào)的功率按照新的信道數(shù)目保持為恒定值。
更具體地說，輸入到光放大設(shè)備的波長復(fù)用光信號(hào)由光分支耦合器681分支。被分支的部分被提供到光二極管(PD)584。光二極管(PD)584將該分支部分轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并將該電信號(hào)提供到監(jiān)視信號(hào)處理電路70。
提示波長復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中的信道的數(shù)目中的變化的控制信號(hào)，最好通過幅度調(diào)制處理被疊加到波長復(fù)用光信號(hào)作為一個(gè)低速信號(hào)。但是其他方法也可以用于疊加該控制信號(hào)。監(jiān)視信號(hào)處理電路70抽取并識(shí)別該控制信號(hào)。監(jiān)視信號(hào)處理電路70然后根據(jù)抽取的控制信號(hào)控制光衰減器64或自動(dòng)電平控制電路66。如果使用幅度調(diào)制，通過對由光二極管584得到的電信號(hào)解調(diào)抽取該控制信號(hào)是相對容易的。
另外，也可以通過一個(gè)專用的控制信道(波長)被發(fā)送到監(jiān)視信號(hào)處理電路70。如果采用專用的控制信道，由一個(gè)光分支濾波器(未示出)從波長復(fù)用光信號(hào)(由光分支耦合器681抽取的)中抽取出控制信號(hào)。例如，通過將由光分支濾波器抽取的光信號(hào)饋送到光二極管584，以便被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，也可以抽取該控制該信號(hào)。
因此，由光分支耦合器681分支的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分通過光二極管584被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被饋送到監(jiān)視信號(hào)處理電路70。當(dāng)提示信道數(shù)目變化的控制信號(hào)被抽取并識(shí)別時(shí)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70“凍結(jié)”光衰減器64的操作。
為了保證衰減的波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平與信道的數(shù)目匹配，監(jiān)視信號(hào)處理電路70使得一個(gè)設(shè)置電壓(基準(zhǔn)電壓)被選擇。該功率電平于是可被控制為對應(yīng)于該設(shè)置電壓的控制電平。
一般來說，有兩個(gè)方法用于監(jiān)視監(jiān)視信號(hào)處理電路70來控制光衰減器64。在一個(gè)方法當(dāng)中，光衰減器64由監(jiān)視信號(hào)處理電路70直接控制，如圖3中的控制信號(hào)69所示。在另一個(gè)方法，光衰減器64是由監(jiān)視信號(hào)處理電路70間接控制的，如圖3中的控制線71所示。
在信道的數(shù)目的提示(警告)之后，信道的數(shù)目實(shí)際上可以增加或者減少。在這種情況下，指示信道數(shù)目中的改變已經(jīng)完成的控制信號(hào)被疊加在波長復(fù)用光信號(hào)上。然后監(jiān)視信號(hào)處理電路70抽取該控制信號(hào)。另外，該控制信號(hào)可以在專用控制信道(波長)上傳送到監(jiān)視信號(hào)處理電路70。根據(jù)控制信號(hào)的抽取和識(shí)別，監(jiān)視信號(hào)處理電路70允許光衰減器64恢復(fù)其用于保持波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平為恒定值的控制。
另外，除了向監(jiān)視信號(hào)處理電路70提供指示信道數(shù)目改變完成的控制信號(hào)之外，這種完成也可以在經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間之后被假定。更具體地說，在信道數(shù)目改變的提示被給出預(yù)定的時(shí)間之后，信道的數(shù)目在實(shí)際上可被增加或減少。在這種情況下，在給出信道數(shù)目改變的提示的控制信號(hào)被由監(jiān)視信號(hào)處理電路70抽取和識(shí)別之后，一個(gè)計(jì)時(shí)器(未示出)被啟動(dòng)。當(dāng)預(yù)定的時(shí)間過后，光衰減器64再次被驅(qū)動(dòng)保持波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平為恒定值。
不論是一個(gè)控制信號(hào)或者一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期被用于指示信道數(shù)目的變化的完成，用于控制功率電平的設(shè)置電壓(基準(zhǔn)電壓)被按照有關(guān)多少個(gè)信道被增加或去除的信息從一個(gè)電平切換到另一個(gè)電平。該信息最好被包括在用于提示信道數(shù)目變化的控制信號(hào)中。因此，通過恢復(fù)用于保持總光輸出功率為恒定值的控制，光輸出被保持在與信道數(shù)目相匹配的恒定值。
因此，響應(yīng)于信道數(shù)目的改變，光衰減器64通過將其衰減凍結(jié)在一個(gè)恒定值防止了光輸出功率的過度的改變。此時(shí)，第二部分2000不在工作于保持波長復(fù)用光信號(hào)的功率為恒定值。在信道數(shù)目被改變之后，光衰減器64再次被控制去保持波長復(fù)用光信號(hào)的功率為恒定值。光衰減器64可逐漸地被驅(qū)動(dòng)，使得對應(yīng)于信道數(shù)目的總輸出功率被保持。利用這種安排，可以修改光輸出中的改變并避免非線性劣化和信躁比下降。
圖4(A)和4(B)為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3的光放大設(shè)備的操作的曲線，其中光信號(hào)中的信道數(shù)目N例如從四個(gè)信道被改變?yōu)榘藗€(gè)信道。現(xiàn)在參見圖4(A)和4(B)，光衰減器64具有一個(gè)可變的光透射率，或衰減，其由自動(dòng)電平控制電路66和監(jiān)視信號(hào)處理電路70控制。
在圖4(A)和4(B)中，在信道數(shù)目的改變的提示在時(shí)間t1被接收到時(shí)，在時(shí)間t2信道數(shù)目被增加。
在信道數(shù)目的改變的提示被接收之前(即在時(shí)間t1之前)，自動(dòng)電平控制電路66改變電控可變光衰減器64的光透射率以便在光衰減器64的輸出端提供一個(gè)基本恒定的光信號(hào)功率。因此，在時(shí)間t1之前，第二部分2000執(zhí)行自動(dòng)電平控制(ALC)。
當(dāng)在信道數(shù)目的改變的提示被接收時(shí)(即在時(shí)間t1)，自動(dòng)電平控制電路66保持電控可變光衰減器64的光透射率為一個(gè)恒定值。在該例中，光衰減器64的輸出可以被看到具有一個(gè)由例如第一部分1000或者由進(jìn)一步放大該信號(hào)的后級(未示出)提供的恒定的增益。因此，在時(shí)間t1之后，自動(dòng)增益控制(AGC)，而不是自動(dòng)電平控制(ALC)，被執(zhí)行。
在時(shí)間t3，在信道數(shù)目改變之后，自動(dòng)電平控制電路66改變電控可變光衰減器64的光透射率以便在光衰減器64的輸出端提供大體恒定的光信號(hào)功率。更具體地說，在時(shí)間t3之后，第二部分2000再次執(zhí)行自動(dòng)電平控制(ALC)。
如在圖4(A)和4(B)中可以看出，光衰減器64被控制以提供自動(dòng)電平控制ALC。但是，當(dāng)信道數(shù)目被改變時(shí)，自動(dòng)電平控制被停止。相反，當(dāng)信道數(shù)目被改變時(shí)，光衰減器64被控制以提供一個(gè)恒定的光透射率或衰減。當(dāng)在圖4(A)和4(B)中的時(shí)間t1和t3之間，信道數(shù)目被改變時(shí)，光衰減器64的操作可被描述為“凍結(jié)”。
如上所述，在時(shí)間t1和t3之間，光衰減器64的輸出具有一個(gè)由例如第一部分1000，或者進(jìn)一步放大該信號(hào)的后級(未示出)提供的恒定的增益。另一方面，如在下面的本發(fā)明的附加的實(shí)施例詳細(xì)描述中所述，第二部分2000可被修改使得它在信道數(shù)目被改變時(shí)可以提供一個(gè)恒定的增益(而不是提供自動(dòng)電平控制)。在這種情況下，第二部分2000可包括一個(gè)增益控制的放大器以便提供一個(gè)在時(shí)間t1和t3之間用于AGC的恒定的增益。
因此，如圖4(A)和4(B)所示，光放大設(shè)備包括一個(gè)光放大器(例如第一部分1000)，它放大具有可變的信道數(shù)目的光信號(hào)。在改變光信號(hào)的信道的數(shù)目之前或之后，控制器(例如第二部分2000)以可變的光透射率通過放大的光信號(hào)，使得放大的光信號(hào)的功率電平按照光信號(hào)中的信道數(shù)目被保持在大體的恒定值。此外，在光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)，控制器通過以恒定的光透射率的放大的光信號(hào)。
圖5為顯示用于控制光增益為恒定值自動(dòng)增益控制電路601的示意圖?，F(xiàn)在參見圖5，自動(dòng)增益控制電路601包括一個(gè)除法器72，一個(gè)運(yùn)算放大器74，一個(gè)晶體管76和電阻R1-R6。Vcc為電源電壓，Vref為基準(zhǔn)電壓，G為地。
如圖5所示，光二極管(PD)581將波長復(fù)用光信號(hào)的一部分轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并提供到除法器72。光二極管(PD)582將波長復(fù)用光信號(hào)的一部分轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并提供到除法器72。這樣，除法器72獲得了稀土摻雜的光纖(EDF)521的輸入和輸出之間的比。由泵激光二極管591發(fā)射的激勵(lì)光束于是可被控制，產(chǎn)生一個(gè)恒定的比率，從而提供一個(gè)恒定的增益。在圖5中的自動(dòng)增益控制電路601的結(jié)構(gòu)只是用于自動(dòng)增益控制電路的許多可行的結(jié)構(gòu)中一個(gè)。
圖6是顯示用于控制光輸出為恒定值的自動(dòng)電平控制電路66的示意圖?，F(xiàn)在參見圖6，自動(dòng)電平控制電路66包括電阻器R7-R9，運(yùn)算放大器78，晶體管80，轉(zhuǎn)換電路(SWC)82和基準(zhǔn)電壓電路84。Vcc為電源電壓，Vref為基準(zhǔn)電壓，G為地，而cs1和cs2為由監(jiān)視信號(hào)處理電路70提供的控制信號(hào)?？刂圃?6為用于控制光衰減器64的光透射率的光衰減器64的控制元件。
例如，如果光衰減器64是通過磁光相應(yīng)操作的，控制元件86可以是一個(gè)用于施加磁場的線圈。此外，例如，如果光衰減器是通過光電相應(yīng)操作的，控制元件86可以是一個(gè)電極，其中加到電極上的電壓是受控的。如果半導(dǎo)體光放大器被采用取代光衰減器64，用于控制半導(dǎo)體光放大器的增益的偏壓可被控制。
從光衰減器64輸出的光信號(hào)的部分(見圖3)由光分支耦合器543分支并由光二極管(PD)583轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，在圖6中，運(yùn)算放大器78將電信號(hào)與由基準(zhǔn)電壓電路84按照控制信號(hào)cs1提供的基準(zhǔn)電壓(設(shè)置電壓)Vref比較。比較的差值結(jié)果被用來驅(qū)動(dòng)晶體管80。通過控制提供到控制元件86的電流，由光衰減器64提供的衰減被控制使得光輸出被保持在恒定值。
圖7為顯示轉(zhuǎn)換電路82的示意圖?，F(xiàn)在參見圖7，轉(zhuǎn)換電路82包括電容器C1和C2，它們是被控制信號(hào)CS2控制的開關(guān)SW具體選擇的。因此，轉(zhuǎn)換電路82控制自動(dòng)電平控制電路66的頻率特性。此外，轉(zhuǎn)換電路82通過伴隨波長復(fù)用光信號(hào)以預(yù)定的頻率特性控制晶體管80來控制光衰減器64。來自監(jiān)視信號(hào)處理電路70的控制信號(hào)cs2通過在轉(zhuǎn)換電路82的電容器C1和C2之間切換來改變頻率特性。控制信號(hào)cs1按照信道的數(shù)目在不同的基本電壓的電平之間切換。
更具體地說，轉(zhuǎn)換電路82，耦合有運(yùn)算放大器78(見圖6)和電阻器R7(見圖6)和R9(見圖6)，構(gòu)成一個(gè)初級低通濾波器。該初級低通濾波器的截止頻率fc為fc＝1/2(2πR9.Cswc9)其中Cswc是選擇的電容C1或C2。因此，通過增加電容值Cswc，圖6中所示的控制電路以較低的頻率工作。即，其響應(yīng)被降低。
因此，根據(jù)轉(zhuǎn)換電路82的選擇的電容C1或C2，濾波器在高頻區(qū)的截止頻率可被改變。
例如，一個(gè)較佳的設(shè)置是，在正常的自動(dòng)電平控制操作中10-100KHz數(shù)量級的截止頻率，在光衰減器64被控制以提供恒定的衰減(例如，從而當(dāng)信道被切換時(shí)提供恒定的增益)時(shí)，被切換為0.01Hz。理想的是，轉(zhuǎn)換電路82的控制逐漸地進(jìn)行，但是逐漸的控制需要轉(zhuǎn)換電路82由多個(gè)電容器構(gòu)成而不只是由兩個(gè)電容器構(gòu)成。
參見圖6，在信道改變的提示被接收之前的截止頻率是高的。當(dāng)提示信道數(shù)目改變的信號(hào)被接收時(shí)，轉(zhuǎn)換電路82被控制，使得截止頻率被降低。因此，由光衰減器64提供的衰減被固定在一個(gè)平均值。在信道改變完成之后，轉(zhuǎn)換電路82被控制使得截止頻率再次被轉(zhuǎn)換為高。
例如，當(dāng)監(jiān)視信號(hào)處理電路70抽取并識(shí)別提示信道數(shù)目改變的控制信號(hào)時(shí)，控制信號(hào)cs2被提供到轉(zhuǎn)換電路82使得自動(dòng)電平控制電路66的頻率特性被切換到低頻區(qū)。結(jié)果，在由光二極管(PD)583檢測的信號(hào)中的變化之后的伴隨的性能被降低。也就是說，光輸出的恒定值控制被暫時(shí)地凍結(jié)(例如，光衰減器64的光透射率保持恒定)。此外，控制信號(hào)cs1對應(yīng)于被包括在光信號(hào)中的信道的數(shù)目，監(jiān)視信號(hào)處理電路70將控制信號(hào)cs1提供到基準(zhǔn)電壓電路84?；鶞?zhǔn)電壓電路84然后提供一個(gè)對應(yīng)于信道數(shù)目的基準(zhǔn)電壓Vref。因此，總輸出功率在信道數(shù)目變化之后假定一個(gè)匹配于信道數(shù)目的電平。例如，基準(zhǔn)電壓Vref被改變使得，當(dāng)總數(shù)為α的信道被加到總數(shù)為N的原始信道時(shí)，總的光輸出變?yōu)?N+α)×P。
再次參見圖6和圖7，電容值Cswc可以足夠大以凍結(jié)光衰減器64的操作。一般來說，例如，如果截止頻率fc從10KHz降到0.01Hz，該目的可被取得，從而截止頻率fc中的下降為10,000-100,00的因數(shù)。這樣大的降落是很難實(shí)現(xiàn)的。
即，由光衰減器64提供的衰減隨著時(shí)刻的變化而改變以提供自動(dòng)電平控制ALC功能并補(bǔ)償偏振變化。因此，陡然地將光衰減器64的衰減固定為一定的值(例如當(dāng)信道數(shù)目被改變時(shí))可能引起問題。相反，衰減最好被保持在一個(gè)平均值。
更具體地說，圖8和圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的附加的實(shí)施例的自動(dòng)電平控制電路66的示意圖?，F(xiàn)在參見圖8，濾波器90用于截止高頻(fc-10KHz)并由電容器和電阻器構(gòu)成，并提供于開關(guān)92和晶體管80之間使得自動(dòng)電平控制的響應(yīng)變得適當(dāng)。例如，典型地為亞毫秒級的時(shí)間常數(shù)可改變?yōu)?0-100毫秒級的時(shí)間常數(shù)。
當(dāng)截止頻率fc被切換到高頻區(qū)時(shí)，濾波器的響應(yīng)變快使得相對比較高速的變化，例如偏振變化可被消除并且光衰減器64的輸出被保持恒定。
更具體地說，在圖8中，具有低通濾波器(fc-0.01Hz)的鎖存電路94存儲(chǔ)對應(yīng)于控制元件86中的電流的平均電平的電壓。在ALC操作中，發(fā)生控制環(huán)的切換使得用于控制驅(qū)動(dòng)電流為恒定值的控制環(huán)被初始化。即，當(dāng)控制環(huán)的切換產(chǎn)生時(shí)，對應(yīng)于該電流的平均電平被在鎖存電路94中鎖存，以便作為基準(zhǔn)電壓。術(shù)語“平均電平”被采用，因?yàn)樵撈骶哂幸粋€(gè)依賴時(shí)間的變化以便保持輸入到光二極管(PD)583的光束在一個(gè)恒定值。更具體地說，通過利用由通?？刂骗h(huán)的時(shí)間常數(shù)提供的更加延長的積分時(shí)間積分獲得的電壓被在鎖存電路94中鎖存。
鎖存電路94可以是用于通過A/D轉(zhuǎn)換器讀取驅(qū)動(dòng)電流值(由晶體管80提供)的電路，寄存讀取值并通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出該寄存值。
圖9是圖6和圖8的結(jié)合。現(xiàn)在參見圖9，電容Cswc由轉(zhuǎn)換電路82切換使得截止頻率fc被轉(zhuǎn)換到低頻區(qū)，從而降低濾波器響應(yīng)。由此，鎖存電路94根據(jù)監(jiān)視值控制衰減到平均值。
更具體地說，在圖9中，控制環(huán)在根據(jù)圖6所示的控制增加通?？刂骗h(huán)的時(shí)間常數(shù)之后被切換，以便降低因?yàn)榭刂骗h(huán)的切換在ALC特性中引起的影響。
如上所述，監(jiān)視信號(hào)處理電路70可接收控制信號(hào)用于在它收到用于給出信道數(shù)目變化的提示之后報(bào)告信道數(shù)目變化的完成。但是，另外，當(dāng)信道數(shù)目變化被完成時(shí)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70也可不接收控制信號(hào)。在這種情況下，在用于給出信道數(shù)目變化提示的控制信號(hào)被抽取和識(shí)別后，一個(gè)計(jì)時(shí)器(未示出)將被啟動(dòng)。
在用于報(bào)告信道數(shù)目變化完成的控制信號(hào)被接收之后，或經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間之后，控制信號(hào)cs2將轉(zhuǎn)換電路82返回到原來的頻率特性。由此，恒定的光輸出控制被按照由基準(zhǔn)電壓電路84設(shè)置的新的基準(zhǔn)電壓Vref恢復(fù)。
用于保持總的光輸出為對應(yīng)于信道數(shù)目的恒定值的控制可以以逐漸的方式恢復(fù)。例如，光二極管(PD)583的輸出信號(hào)可通過時(shí)間常數(shù)電路96被輸入到運(yùn)算放大器78，或者基準(zhǔn)電壓Vref可被逐漸地改變，呈對應(yīng)于信道數(shù)目的電平。
當(dāng)上述的安排保證由于轉(zhuǎn)換電路82的控制的結(jié)果頻率特性被切換，使得光輸出的恒定值控制被凍結(jié)的同時(shí)，也可以當(dāng)用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)被抽取和識(shí)別時(shí)保持由光二極管(PD)583輸出的信號(hào)。在這種情況下，被保持的值被輸入到運(yùn)算放大器78，使得光輸出的恒定值控制被凍結(jié)。其他的用于凍結(jié)光輸出的恒定值控制的安排也可以被采用。當(dāng)假定電控光裝置部件是由光衰減器64構(gòu)成時(shí)，可采用半導(dǎo)體光放大器來代替光衰減器64。半導(dǎo)體光放大器應(yīng)當(dāng)具有較小的波長依賴性。通過控制半導(dǎo)體光放大器，總的光輸出可被控制在恒定值。
圖10為顯示根據(jù)本發(fā)明的附加的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖10，該光放大設(shè)備包括一個(gè)第一部分1000，第二部分2000，和第三部分3000。第三部分3000包括一個(gè)稀土摻雜的光纖(EDF)522，一個(gè)光分支耦合器544，一個(gè)波長復(fù)用耦合器562，一個(gè)光隔離器553和554，光二極管(PD)585，泵激光二極管(LD)592和一個(gè)自動(dòng)增益控制電路(AGC)602。第三部分3000也與第二部分2000共享光分支耦合器543和光二極管(PD)583。象第一部分1000那樣，第三部分3000控制光增益為恒定值。更具體地說，第二部分2000控制由第三部分3000接收的波長復(fù)用光信號(hào)為恒定值。結(jié)果，第三部分3000的光輸出功率電平也保持在恒定的功率電平。即使當(dāng)光信號(hào)電平被第二部分2000的光衰減器64衰減時(shí)，也可由第三部分3000提供放大保證獲得所需的總的光功率。
因此，第一部分1000的泵激光二極管591和第三部分3000的泵激光二極管592每個(gè)都可以具有一個(gè)相對小的容量，從而降低了成本和提高了放大設(shè)備的穩(wěn)定性。
盡管圖10顯示了第二部分2000和第三部分3000共享光分支耦合器543和光二極管(PD)583，也可以在第二部分2000和第三部分3000提供獨(dú)立的光分支耦合器和獨(dú)立的光二極管。
自動(dòng)增益控制電路601和602可具有相同的結(jié)構(gòu)。此外，有第一部分1000和第三部分3000提供的光增益可以是相同的。另外，增益也可以根據(jù)在第三部分3000中使用的傳輸光纖的特性改變。
在信道數(shù)目改變的情況下，由光衰減器64提供的光衰減直接由監(jiān)視信號(hào)處理電路70凍結(jié)，或者由控制自動(dòng)電平控制電路66的監(jiān)視信號(hào)處理電路70凍結(jié)。與圖3的實(shí)施例類似，響應(yīng)于信道數(shù)目的變化的光輸出的變化被限制，以降低非線性劣化和信躁比下降。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖11，光放大設(shè)備包括一個(gè)第一部分1000，第二部分2000和第三部分3000，與圖10中所示的相同。但是，圖11中的光放大設(shè)備也包括一個(gè)自動(dòng)電平控制(ALC)校正電路98，用于控制和校正第二部分2000的自動(dòng)電平控制電路66。
更具體地說，由光衰減器64輸出的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分由光分支耦合器543分支，由光二極管(PD)583轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸入到自動(dòng)電平控制電路66。自動(dòng)電平控制電路66控制光衰減器64使得波長復(fù)用光信號(hào)的總輸出功率保持在恒定值。但是，在第三部分3000的輸出波長復(fù)用光信號(hào)的光輸出功率不被饋送到自動(dòng)電平控制電路66。因此，它不能保證在第三部分3000中的總的光輸出保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。
相應(yīng)的，在第三部分3000中的輸出波長復(fù)用光信號(hào)的一部分通過光二極管(PD)585被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸入到ALC校正電路98以及自動(dòng)增益控制電路602。ALC校正電路98確定總的光輸出功率是否保持在預(yù)定范圍之內(nèi)。如果總的光輸出功率不在預(yù)定范圍之內(nèi)，ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66，自動(dòng)電平控制電路66反過來控制光衰減器64將總的光輸出功率保持在預(yù)定范圍之內(nèi)。如果半導(dǎo)體光放大器被用于替代光衰減器64，自動(dòng)電平控制電路66控制半導(dǎo)體光放大器的增益，使得在第三部分3000中的總的光輸出被保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖。圖12中的光放大器是圖10和圖11中的放大設(shè)備的結(jié)合。
現(xiàn)在參見圖12，在信道數(shù)目變化的情況下，監(jiān)視信號(hào)處理電路70暫時(shí)地凍結(jié)由第二部分2000用于控制光輸出進(jìn)行的控制，使得光輸出中的變化被減小。此外，ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66，以便將第三部分3000中的總的光輸出功率保持在恒定值。
圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖。圖13的光放大設(shè)備以前述的實(shí)施例相似的方式操作，而且，也包括一個(gè)光分支耦合器545，一個(gè)光隔離器(PD)586，一個(gè)離散補(bǔ)償光纖(DCF)100和離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102。光分支耦合器545和光隔離器(PD)586可被視為包括在第三部分3000中。
離散補(bǔ)償光纖100被連接在第二部分2000和第三部分3000之間。離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102控制自動(dòng)電平控制電路66。在長距離，高容量，波長復(fù)用光傳輸系統(tǒng)中，與傳輸光纖的離散電平和波長復(fù)用光信號(hào)相關(guān)的離散補(bǔ)償是必要的。由于這個(gè)原因，離散補(bǔ)償光纖100被提供。
但是，由于分配補(bǔ)償光纖引起的插入損失可產(chǎn)生問題。更具體地說，因分配補(bǔ)償光纖引起的損失的變化可引起包括波長復(fù)用光纖放大器的中繼器的光輸出的變化。
因此，通過測量由于離散補(bǔ)償光纖100引起的損失并設(shè)置自動(dòng)電平控制電路66，以便補(bǔ)償該損失，光衰減器64被控制以提供恒定的輸出。由離散補(bǔ)償光纖100引起的損失易于隨離散補(bǔ)償?shù)碾娖蕉淖?。相?yīng)地，即使由自動(dòng)電平控制電路66執(zhí)行恒定的光輸出控制，輸入到第三部分3000的波長復(fù)用光信號(hào)的電平也可變化。
因此，由離散補(bǔ)償光纖100輸出的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分由光分支耦合器545分支并由光隔離器(PD)586轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)被輸入到離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102以及自動(dòng)增益控制電路602。離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102確定由離散補(bǔ)償光纖100輸出的波長復(fù)用光信號(hào)的電平是否在預(yù)定范圍之內(nèi)。如果該電平處于在預(yù)定范圍之外，離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102向自動(dòng)電平控制電路66提供一個(gè)校正信號(hào)。例如，用于光輸出的恒定控制的基準(zhǔn)電壓(設(shè)置電壓)被校正使得光輸出功率處于預(yù)定范圍之內(nèi)。因此，在離散補(bǔ)償光纖100補(bǔ)償在傳輸光纖中的離散的結(jié)構(gòu)中構(gòu)成的插入損失的變化被校正，放大的波長復(fù)用光信號(hào)的預(yù)定的輸出電平被獲得。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)附加的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖14，當(dāng)70抽取并識(shí)別一個(gè)用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)時(shí)，光衰減器64的操作被凍結(jié)(即，透射率或衰減保持恒定)，使得光信號(hào)電平的迅速變化被限制。離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102控制自動(dòng)電平控制電路66，以便校正根據(jù)離散補(bǔ)償光纖100提供的離散補(bǔ)償?shù)碾娖阶兓膿p失。因此，輸入到第三部分3000的波長復(fù)用光信號(hào)的電平被保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
圖15為顯示根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的光放大設(shè)備的顯示圖?，F(xiàn)在參見圖15，離散補(bǔ)償光纖100補(bǔ)償傳輸光纖中的離散，離散補(bǔ)償光纖(DCF)損失校正電路102校正根據(jù)離散補(bǔ)償光纖100提供的補(bǔ)償?shù)碾娖阶兓膿p失，ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66以便將第三部分3000中的輸出波長復(fù)用光信號(hào)的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)。因此，在波長復(fù)用光光傳輸系統(tǒng)中的波長復(fù)用光信號(hào)被以穩(wěn)定的方式放大，中轉(zhuǎn)并傳輸。
圖16為顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖16，監(jiān)視信號(hào)處理電路70根據(jù)抽取和識(shí)別一個(gè)用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)，控制光衰減器64或者自動(dòng)電平控制電路66，以便凍結(jié)光輸出的恒定值控制。以這種方式，光輸出電平的快速變化被限制。
此外，DCF損失校正電路102控制自動(dòng)電平控制電路66以便校正取決于由離散補(bǔ)償光纖100提供的離散電平的損失中的變化。ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66以便保持第三部分3000中的輸出波長復(fù)用光信號(hào)在預(yù)定的范圍內(nèi)。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖16中所示的光放大設(shè)備的改進(jìn)。更具體地說，在圖17中，光濾波器A1被提供于在光二極管(PD)582的輸入處的光隔離器552的輸出和光分支耦合器542之間。光濾波器A2被提供于在光二極管(PD)585的輸入處的光隔離器554的輸出和光分支耦合器544之間。光濾波器A1和A2與這里引用的美國專利申請08/655,027中公開的相同，用于校正增益的波長依賴性。
圖18(A)是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖17中的稀土摻雜的光纖(EDF)522的增益與波長特性之間的關(guān)系曲線，圖18(B)是圖17中的光濾波器A2的透射率相對波長的關(guān)系曲線，圖18(C)是圖17中的稀土摻雜的光纖(EDF)522的總體增益和光濾波器A2的曲線。
例如，如果稀土摻雜的光纖(EDF)522具有如圖18(A)所示的波長依賴增益特性，其中在長波長范圍增益較高，在光二極管(PD)585的輸入處提供一個(gè)增益校正光濾波器A2保證了放大器具有一個(gè)相對波長的平坦的增益。提供光濾波器A2保證了光二極管(PD)585接收校正的多波長信號(hào)使得不希望的敏感特性(信號(hào)敏感度在短波長范圍較低而在長波長范圍較高)被校正。根據(jù)稀土摻雜的光纖(EDF)521和稀土摻雜的光纖(EDF)522的使用，也可不提供光濾波器A1和/或A2。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖19，第一部分1000和第二部分2000的位置被交換了。因此，由第二部分2000對波長復(fù)用光信號(hào)進(jìn)行控制使其具有恒定的功率電平，然后由第一部分1000控制使具有恒定的增益。
更具體地說，一個(gè)輸入的波長復(fù)用光信號(hào)被傳送到光衰減器64。從光衰減器64輸出的波長復(fù)用光信號(hào)通過光隔離器551和光波長復(fù)用耦合器561被傳送到稀土摻雜的光纖(EDF)521。放大的波長復(fù)用光信號(hào)通過光隔離器552和光分支耦合器542被輸出。
由光分支耦合器541分支的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分通過光二極管(PD)581轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并饋送到自動(dòng)電平控制電路66和自動(dòng)增益控制電路601。自動(dòng)電平控制電路66控制光衰減器64提供的光衰減使得波長復(fù)用光信號(hào)的電平被控制在預(yù)定的范圍內(nèi)并然后被發(fā)送到第一部分1000。
由光分支耦合器542分支的波長復(fù)用光信號(hào)的一部分通過光二極管(PD)582轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被發(fā)送到自動(dòng)增益控制電路601。自動(dòng)增益控制電路601控制泵激光二極管591使得輸入到稀土摻雜的光纖(EDF)521和從稀土摻雜的光纖(EDF)521輸出的波長復(fù)用光信號(hào)的電平之間的比值被保持在恒定值。
因此，第二部分2000使得即使當(dāng)通過傳輸光纖輸入的信號(hào)變化較大時(shí)，波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平也被保持恒定。結(jié)果，具有恒定值的波長復(fù)用光信號(hào)被輸入到第一部分1000。因此，自動(dòng)增益控制電路601可具有一個(gè)較小的控制區(qū)和相對簡單的結(jié)構(gòu)。此外，由于輸入到稀土摻雜的光纖(EDF)521的光信號(hào)的功率電平被防止超出預(yù)定電平，所以沒有必要升高由泵激光二極管591提供的激勵(lì)光束的電平。即，泵激光二極管591可具有較小的容量。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的附加的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖。圖20所示的光放大設(shè)備與圖19中所示的相類似，也包括光分支耦合器543，光二極管(PD)583，和監(jiān)視信號(hào)處理電路70。
現(xiàn)在參見圖20，通過傳輸光纖提供的波長復(fù)用光信號(hào)被輸入到光衰減器64，并且由光分支耦合器543分支的部分被光二極管(PD)583轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸入到監(jiān)視信號(hào)處理電路70。
用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)可通過幅度調(diào)制被疊加在波長復(fù)用光信號(hào)上或者在專用控制信道上被傳送。根據(jù)抽取和識(shí)別該用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70控制自動(dòng)電平控制電路66并保持由光衰減器64提供的光衰減在當(dāng)前值(從而凍結(jié)光衰減器64的操作)使得光輸出功率不再保持在恒定值。
當(dāng)信道數(shù)目改變完成時(shí)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70允許光衰減器64恢復(fù)其用于保持光輸出功率為恒定值的控制。利用這種安排，可以降低或消除光信號(hào)中的功率電平的快速變化。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖。圖21所示的光放大設(shè)備與圖19中所示的相類似，只是還包括ALC校正電路98。
ALC校正電路98確定輸出波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平是否處于預(yù)定范圍內(nèi)。如果功率電平不在預(yù)定范圍內(nèi)，ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66使得由光衰減器64提供的光衰減使輸出波長復(fù)用光信號(hào)具有預(yù)定范圍的功率電平。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖。圖22所示的光放大設(shè)備是圖20和21中所示的光放大設(shè)備的結(jié)合。
現(xiàn)在參見圖22，ALC校正電路98控制自動(dòng)電平控制電路66，使得輸出波長復(fù)用光信號(hào)的功率電平處于預(yù)定范圍內(nèi)。根據(jù)抽取和識(shí)別該用于給出信道數(shù)目變化的提示的控制信號(hào)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70凍結(jié)控制自動(dòng)電平控制功能使得光輸出功率不再保持在恒定值。
圖23是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的示意圖?，F(xiàn)在參見圖23，當(dāng)信道數(shù)目被改變時(shí)，不是控制(凍結(jié))光衰減器64以便提供一個(gè)恒定的衰減，而是當(dāng)信道數(shù)目改變時(shí)光放大器作為一個(gè)整體被改變到AGC模式。這種改變可以通過控制光衰減器64的輸入和輸出的比為恒定值而取得。該操作相當(dāng)于保持光衰減器64的增益G(0≤G≤1)或光衰減器64的光透射率為恒定值。
因此，在圖23中，開關(guān)104由監(jiān)視信號(hào)處理電路70控制，在由自動(dòng)電平控制電路66提供的自動(dòng)電平控制和由自動(dòng)增益控制603提供的自動(dòng)增益控制之間切換。更具體地說，例如，如圖4(A)所示，監(jiān)視信號(hào)處理電路70使開關(guān)104在信道變化之前和之后選擇自動(dòng)電平控制電路66。當(dāng)信道數(shù)目被改變時(shí)，監(jiān)視信號(hào)處理電路70使開關(guān)104選擇自動(dòng)增益控制603。
圖23也示出了一個(gè)激光二極管(LD)105，它由監(jiān)視信號(hào)處理電路70控制向下游光部件例如下游光中繼器發(fā)送信息。例如，如下面所詳細(xì)描述，激光二極管(LD)105可被監(jiān)視信號(hào)處理電路70使用以向下游光部件發(fā)送信息。
圖24為圖23中的光放大設(shè)備的更詳細(xì)的視圖。現(xiàn)在參見圖24，其操作如下(1)通常(即，當(dāng)信道數(shù)目未被改變時(shí))，開關(guān)104自動(dòng)電平控制電路66使得光衰減器64的光輸出功率電平被監(jiān)視并被保持在恒定值。
(2)當(dāng)監(jiān)視信號(hào)處理電路70接收到信道數(shù)目改變的提示信號(hào)時(shí)，自動(dòng)增益控制603的增益監(jiān)視信號(hào)107被讀出，使得相對于10-100ms級的時(shí)間常數(shù)的平均增益(衰減)被確定。
(3)對應(yīng)于在(2)中確定的平均增益的基準(zhǔn)電壓VAGC從監(jiān)視信號(hào)處理電路70被輸出到自動(dòng)增益控制603。
(4)然后開關(guān)104選擇自動(dòng)增益控制603。
(5)監(jiān)視信號(hào)處理電路70接收指示被包括在波長復(fù)用光信號(hào)中的信道的新的數(shù)目的信息。
(6)監(jiān)視信號(hào)處理電路70向自動(dòng)電平控制電路66提供一個(gè)對應(yīng)于信道的新的數(shù)目的基準(zhǔn)電壓VAGC.。
(7)監(jiān)視信號(hào)處理電路70接收指示信道數(shù)目變化完成的信號(hào)?；蛘?，從提示信道數(shù)目變化的信號(hào)的接收開關(guān)經(jīng)過預(yù)定的一段時(shí)間。
(8)開關(guān)104選擇自動(dòng)電平控制電路66。
由光衰減器64提供的衰減和由晶體管80提供的控制元件86的驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系可取決于一定的參數(shù)，例如工作溫度，但一般是一對一的關(guān)系。因此，(2)可被一個(gè)過程替代，從而驅(qū)動(dòng)電流被監(jiān)視(相對于相對于10-100ms級的時(shí)間常數(shù))，以便根據(jù)監(jiān)視的驅(qū)動(dòng)電流確定平均增益(衰減)。驅(qū)動(dòng)電流可被控制使得其平均電平被保持恒定。
圖25為采用根據(jù)本發(fā)明的光放大設(shè)備的光纖通信系統(tǒng)的示意圖?，F(xiàn)在參見圖25，發(fā)送機(jī)(Tx)108和發(fā)送一個(gè)SV光束到接收機(jī)(Rx)110，其中SV光束是與主信號(hào)波長復(fù)用的光。主信號(hào)被用來發(fā)送下游信息。光放大器(O-AMP)112放大SV光束。主信號(hào)控制114和監(jiān)視信號(hào)處理116被執(zhí)行。
圖26是光放大設(shè)備的更詳細(xì)的示意圖，它包括圖25中的光放大器112，主信號(hào)控制114和監(jiān)視信號(hào)處理116。圖26的光放大設(shè)備與圖3中的光放大設(shè)備相似，但是包括一個(gè)激光二極管(LD)105用于向下游發(fā)送SV光束。
更具體地說，監(jiān)視信號(hào)處理電路70在SV光束中插入指示當(dāng)光衰減器64的衰減或光透射率將被保持恒定，或“被凍結(jié)”的信息。載有該信息的SV光束由激光二極管(LD)105被發(fā)送到傳輸線。
圖27是顯示利用多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光放大設(shè)備的傳輸線的示意圖?，F(xiàn)在參見圖27，波長復(fù)用光通信系統(tǒng)包括發(fā)送器Tx120，波長復(fù)用光纖放大器/中繼器OAMP 122和接收機(jī)Rx 124。當(dāng)信道數(shù)目變化被處理時(shí)，在系統(tǒng)中的上游(或下游)線路中的所有的OAMP 122被設(shè)置為恒定光增益控制。
可在每個(gè)發(fā)送器Tx 120中提供的波長復(fù)用光后放大器(未示出)和可被提供在每個(gè)接收器Rx 124中的波長復(fù)用光預(yù)放大器(未示出)也被設(shè)置為恒定增益控制。當(dāng)所有的OAMP 122處于恒定增益控制狀態(tài)時(shí)，饋送到接收器Rx 124中的光接收元件的光信號(hào)可被改變。在具有圖25-27中所示的光放大設(shè)備的傳輸線中，可以確定是否由傳輸線上的接收端(Rx)管理的路徑中的所有的光纖放大器的衰減被固定及其光增益保持在恒定值。一旦確定所有的光纖放大器的光增益保持在恒定值，指示相同內(nèi)容的信息通過一個(gè)向后的路徑被送到傳輸端(Tx)，從而信道數(shù)目的變化可被開始。
下面是如圖25-27所示具有光放大設(shè)備的傳輸線中的操作流程的示例，用于處理信道數(shù)目的變化。
(1)提示信道數(shù)目變化的信號(hào)被從上游SV發(fā)送端(SVTx)。
(2)每個(gè)OAMP的監(jiān)視信號(hào)處理電路70接收提示信道數(shù)目變化的信號(hào)。
(3)每個(gè)OAMP開始“凍結(jié)”相關(guān)的光衰減器的操作。
(4)每個(gè)OAMP完成相關(guān)的光衰減器的凍結(jié)操作并通過在監(jiān)視信號(hào)上承載該信息來發(fā)送指示恒定的光增益控制被開始的下游信息(用于識(shí)別具體的OAMP的識(shí)別號(hào)也被插入在監(jiān)視信號(hào)上)。
(5)上游SV接收端(SVRx)確認(rèn)所有的上游OAMP處于恒定光增益狀態(tài)。
(6)下游SV發(fā)送端(SVTx)宣布所有的上游OAMP處于恒定光增益狀態(tài)。
(7)下游SV接收端(SVRx)確認(rèn)所有的上游OAMP處于恒定光增益狀態(tài)。
(8)上游發(fā)送端(Tx)實(shí)際改變信道數(shù)目。
(9)上游SV發(fā)送端(SVTx)發(fā)出指示信道數(shù)目的變化被完成的信息。
(10)在每個(gè)OAMP中的監(jiān)視信號(hào)處理電路70接收指示信號(hào)數(shù)目的變化被完成的信息。
(11)每個(gè)OAMP取消用于凍結(jié)相關(guān)的光衰減器的操作的凍結(jié)操作并進(jìn)至恒定光輸出控制。
(12)每個(gè)OAMP以監(jiān)視信號(hào)的形式發(fā)送指示向恒定光輸出控制的轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成的下游信息(識(shí)別具體的OAMP的識(shí)別信號(hào)也被發(fā)出)。
(13)上游SV接收端(SVRx)接收指示所有的OAMP已經(jīng)處理了信道數(shù)目變化的信息。
(14)指示所有的OAMP已經(jīng)處理了信道數(shù)目變化的信息被送到發(fā)送端。
圖28是顯示上述操作流程的時(shí)序圖。因此，在信道數(shù)目的變化的處理過程中，波長復(fù)用光纖放大器被從執(zhí)行自動(dòng)電平控制功能中暫時(shí)停止，并且，相反執(zhí)行恒定增益控制功能，或者使光放大設(shè)備，從整體上，執(zhí)行恒定增益功能。
但是，在光通信系統(tǒng)中，通常有必要保持提供到光接收元件的光信號(hào)的功率為恒定值。盡管在常規(guī)情況下發(fā)生因?yàn)槠褡兓鸬妮斎牍β实淖兓糜诒３止饫w放大器的光增益為恒定值的控制使得提供到光接收元件的光信號(hào)的功率發(fā)生變化。
該問題可通過將光信號(hào)去復(fù)用為獨(dú)立的信道，并控制各個(gè)去復(fù)用的信道的功率電平來克服。
更具體地說，圖29是一個(gè)顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光通信系統(tǒng)的一部分的示意圖?，F(xiàn)在參見圖29，去復(fù)用器(DEMUX)125將波長復(fù)用光信號(hào)去復(fù)用為獨(dú)立的信道，由獨(dú)立的接收器126接收。光預(yù)放大器127和自動(dòng)電平控制單元128被提供用于每個(gè)信道，使得相關(guān)的接收器126接收恒定功率電平的光信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，光衰減器或光放大器可以被控制，當(dāng)波長復(fù)用光信號(hào)中的信道數(shù)目被改變時(shí)提供恒定的增益。這樣，增益G可以處于范圍(0≤G≤1)。因此，光衰減器可被控制，通過保持光衰減器的輸入和輸出之比為恒定值提供恒定的增益。
根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，在光放大器中使用的稀土摻雜的光纖中摻雜劑為鉺(Er)。但是本發(fā)明并不限于鉺摻雜光纖。相反，其他稀土摻雜光纖，例如釹(Nd)摻雜光纖或者鐠(Pr)摻雜光纖，根據(jù)所涉及的波長，也可被采用。此外，例如，這里公開的各種光二極管可由光晶體管替代。
根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例公開了具體的自動(dòng)增益控制電路和自動(dòng)電平控制電路。但是，本發(fā)明并不限于這些特定的電路結(jié)構(gòu)，或這里公開的其他的電路結(jié)構(gòu)。相反也可以采用其他的不同的電路結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，光衰減器被用于提供可變的衰減。有許多不同的已知的類型的光衰減器，本發(fā)明并不限于任何特定的類型的光衰減器。
盡管上述描述本發(fā)明的一些最佳實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對這些實(shí)施例作出許多改變而并不脫離后附的權(quán)利要求書或等同物所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)放大設(shè)備，包括一個(gè)第一光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第一輸入端輸入的一個(gè)光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第一輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)第二光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第二輸入端輸入的該第一光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第二輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)光學(xué)設(shè)備，它光學(xué)地耦合在所述第一光學(xué)放大部分的所述第一輸出端與所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端之間，用于把來自所述第一光學(xué)放大部分的該第一光信號(hào)輸入到所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端；以及補(bǔ)償裝置，用于對在所述光學(xué)設(shè)備所進(jìn)行的一個(gè)處理中在該第一光信號(hào)中發(fā)生的損耗進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)放大設(shè)備，其中所述光學(xué)設(shè)備包括用于對在第一光信號(hào)中發(fā)生的散布進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊桓饫w。
3.一種光學(xué)放大設(shè)備，包括一個(gè)第一光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第一輸入端輸入的一個(gè)光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第一輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)第二光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第二輸入端輸入的該第一光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第二輸出端輸出該第一光信號(hào)；散布補(bǔ)償裝置，它光學(xué)地耦合在所述第一光學(xué)放大部分的所述第一輸出端與所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端之間，用于對發(fā)生在來自所述第一光學(xué)放大部分的該第一光信號(hào)中的散布進(jìn)行補(bǔ)償并將其輸入到所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端；以及補(bǔ)償裝置，用于對在所述散布補(bǔ)償裝置中進(jìn)行的一個(gè)處理中在該第一光信號(hào)中發(fā)生的一種損耗進(jìn)行補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的光學(xué)放大設(shè)備，其中所述補(bǔ)償裝置包括光學(xué)可變衰減裝置，該光學(xué)可變衰減裝置具有受到適當(dāng)控制的衰減量從而使輸入到所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端的該第一光信號(hào)具有一個(gè)預(yù)定的電平。
5.一種光學(xué)放大設(shè)備，包括一個(gè)第一光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第一輸入端輸入的一個(gè)光信號(hào)進(jìn)行放大并經(jīng)過一個(gè)光學(xué)隔離器從一個(gè)第一輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)第二光學(xué)放大部分，用于對經(jīng)過所述光學(xué)隔離器而輸入到一個(gè)第二輸入端的該第一光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第二輸出端輸出第二光信號(hào)；以及一個(gè)光學(xué)設(shè)備，它光學(xué)地耦合在所述第一光學(xué)放大部分的所述第一輸出端與所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端之間、對來自所述第一光學(xué)放大部分的該第一光信號(hào)進(jìn)行處理并將其輸入到所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光學(xué)放大設(shè)備，其中所述光學(xué)設(shè)備對在該第一光信號(hào)中發(fā)生的一種損耗進(jìn)行補(bǔ)償。
全文摘要
一種光學(xué)放大設(shè)備，包括一個(gè)第一光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第一輸入端輸入的一個(gè)光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第一輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)第二光學(xué)放大部分，用于對從一個(gè)第二輸入端輸入的該第一光信號(hào)進(jìn)行放大，并用于從一個(gè)第二輸出端輸出該第一光信號(hào)；一個(gè)光學(xué)設(shè)備，它光學(xué)地耦合在所述第一光學(xué)放大部分的所述第一輸出端與所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端之間，用于把來自所述第一光學(xué)放大部分的該第一光信號(hào)輸入到所述第二光學(xué)放大部分的所述第二輸入端；以及，補(bǔ)償裝置，用于對在所述光學(xué)設(shè)備所進(jìn)行的一個(gè)處理中在該第一光信號(hào)中發(fā)生的損耗進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H04B10/18GK1406017SQ0212324
公開日2003年3月26日 申請日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者菅谷靖, 木下進(jìn) 申請人:富士通株式會(huì)社