TW466809B - Pump power control for optical fiber amplifier - Google Patents

Description

4 6 6 8 0 9 a? 2 五、發明説明（/ ) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 發明領域： 本發明係關於具有光纖之光學放大器，以及特別是關 於可控制增益之光纖放大器以及控制放大器泵運功率之方 法。技術背景： 數據通訊系統已提高使用光纖作為資訊之傳送路徑。 光纖使用通常能夠以高速率傳送大量數據以作為長距離傳 送。與其他傳送介質例如電線比較，光纖較不易產生訊號 損耗，當傳送距離變為較長時在光纖中傳送訊號將產生衰 減。因此，通訊路徑中通常使用一個或多個光學放大器以 放大光學訊號。 已發展出各種形式之光學放大器以及使用來放大光學 訊號。特別是，摻雜餌光纖放大器（EDFA)為一項光學放大 器，其已知廣泛使用於放大光學訊號。摻雜铒光纖放大器 為摻雜稀土族元素铒之光學放大器，因而當泵運光線投射 進入光纖以及稀土族物質提昇至激發狀態，該輸入泵運光 線與輸入訊號分離使得訊號光線可由泵運能量放大。因而 ，放大器通常需要—個或多個泵運光源耦合至光纖。 目前，為了提高光學傳送路徑之容量，在不同波長下數 種光線訊號加以多工化以傳送通過單一光學傳送。在多波 長多工傳送系統中，一組多個頻道可由一條光纖傳送。不 過，虽頻道隨著命令加入及移出，或頻道無法運作時可使用 有效頻道之總數將變動。為一頻道為固定增益， 在系統中所g用光纖放太器.增_益诵當必^加_以担_^^5冑 ί-_^ 本紙張"^適用中國國家標準（CNS ) A4*yM 210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 6 6 80 9 ~—--五、發明説明（α)

經濟、那中央標準局®C工消費合作社印製 f效頻道數目之變化。因而在—條光纖中多工 固ί的通常_量越大，該能量必需保持每-頻道增益為 ，王U疋的整體增血，其存在—些缺點。傳統 兴访 頻=法畔地猶親料。在舰放大曰器; ，道數目變化導雜崎贼惡切及每—賴功率之變 t，是，掺雜多觀土族元素先賊Ail通常具 ί⑽7°件例如《姐細如，其通常縣-頻道較 ^訊號功率較為錄。藉由改變摻雜稀土族元素光纖之泵 運功率以達朗益或神之控射絲在制餘之衰減 ，特別是在總輸人功輕騎在放大器線圈輸人處向後放 大自勵發射(ASE)相當之情況·Ρ。胁該麵，f魏供可 t制駐光纖放大g，其將使由於放大器產生之噪訊減為 辱嗎。_ . , 發明大要： 、本發明提供一種可控制增益之光纖放大器以及控制增. 益之方法，其將使加入至光學訊號之噪訊減為最低以及每 —頻道侵入至放大器之功率減為最低。為了達成該優點以 及其他優點，本發明提供可控制增益之光纖放大器，其具有 一個入以接收光學訊號以及輸出作為提供放大之光學訊 號。第一增益階耦合於輸入與輸出之間以及包含第一光纖 以及第一泵。本發明另外一項係關於第二增益階串連地與 第一增益階扣合以及包含第二光纖以及第二泵。放大器包 請k, 閱 i 背 kj 之 注 意 Ψ 項 再 f 窝 ▲ 頁 訂 本紙張尺度適用中國國家標準.（CNS ) M規格（21(^2们公釐) 4 6 6 80 9 五、發明説明（3 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 含栗控制0以控崎1發φ功率輸出量祕_定之整 體增益。控制器減小每—泵之功率輸出為相對泵最小值之 函數使噪訊值減騎低而n撐放大自勵發射。 因而， 本發明有益地控制光纖放大器中所施加增益，其將使嗓訊 減為最低，否則其將加入至光纖。 本發明其他特性以及優點將由下列詳細說明揭示出， 其部份說明為熟知此技術者了㈣藉由實施本發明說明而 明白，该說明包含下列詳細說财請專利範圍錢附圖。 ^們了解先前一般性說明以及下列詳細說明只作為本 發明範例，以及提供整體架構以了解本發明原理及特性。 ，圖提供作為更進-步了解本發明，以及構成說明書之一 部份。附圖顯示出本發明多個實施例，以及隨同說明作為 說明本發明之原理及操作。 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為本發明可控制多泵之光纖放大器以及 控制系統構造示意圖以及方塊圖。 第二圖（圖2)為曲線圖，其顯示出控制兩個光線泵為最 小泵運功率值之泵運操作曲線。 .第二圖（圖3)為流程圖，其顯示出量測每一光線泵運之 最小泵運功率值。 第四圖（圖4)為流程圖，其顯示出本發明控制泵運功率 之方法。 附圖元件數字符號說明： 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS) Α4規格（21QX297公董.) {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

466809 A7 B7 五、發明説明（斗） /.

泵光纖放大器1〇;傳送工作站12;接收工作站丨4;輸 入端埠16;輸出端埠18;增益階2〇A，2()B;摻雜铒光纖22A ,223;耦合器·24Α，24Β;光線泵26A，26B;隔離器28;控制 器30;記憶體32;輸出端埠34;光纖36;分離器38;曲線 40,42 〇 ， 詳細說明： 參考圖1，多個泵光纖放大器1〇耦合於傳送工作站12以 及接收工作站14之間以放大傳送於光纖36間之光學訊號。 傳送工作站12通常包含一組多個訊號頻道，例如頻道1至頻 道N，其為獨特頻率波長區分多工化以及傳送於單一光纖中 。因而，一組多個不同波長光線訊號多工化以傳送通過光 纖36以及光纖放大器1〇至接收工作站14。接收工作站14產 生波長區分多工性，其分割由光纖放大器1 〇以及光纖之 放大訊號成為相對應頻道1至頻道N。本發明多個泵之光纖 放大器10放大光學訊號傳送以及控制放大增益以保持每頻 道固定增益而具有最小噪訊。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 光纖放大器10包含輸入端埠16以接收傳送於光纖上波 長區分多工化光學訊號，以及輸出端埠34以藉由光纖36提 供放大之光學訊遗至接收工作站14。光纖放大器1〇具有第 一增益階20A以及第二增益階20B串連地耦合於輸入端埠16 與輸出端埠18之間。第一光學隔離器28耦合於第一及第二 增益階20A及20B之間。使用第三分離器18, 28,及38以防止 摻雜光纖避免成為不穩定情況例如為振盪,其由於放大器 增益階20A及20B輸入或輸出側之反射所致。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央榡準局員Η消費合作社印製 466809 __. _B7 _ 五、發明説明（f) ， 第一增益階20A包含掺雜斜光纖22A，以及可變光線泵 26A，其顯示為泵A。搞合器24A搞合泵26A光線輸出至光纖 22A在輸入端埠16放大光線訊號之強度。因而，泵26A藉由 耦合器24A提供光源至光纖22A，其光線數量可加以控制以 放大光學訊號。泵26A傳統地包含驅動器（並未顯示出）,其 接收控制器30發出之控制訊號以控制驅動電流，以及泵運 功率。... 第二增益階20B同樣地包含摻雜铒光纖22B，以及可變 化光線栗26B如录B所示。輕合器24B柄合果26B之光線輸出 至光纖22B以放大光學訊號強度。因而，泵26B藉由耦合器 24Β.^ζ供光源至光纖22B，控制光線數量以更進一步放大光 學訊號。泵26Β同樣地包含傳統的驅動器（並未顯示），其接 收控制器30發出之控制訊號以控制驅動電流，以及泵運功 率。光線泵26Α及26Β均為可變化之功率頻帶泵，其可操作 於1480nm及/或980nm波長下。 本發明多次泵運光纖放大器1〇包含摻雜稀土族元素之 光纖22A及22B，其優先地使用鋼:作為稀土族元素。放大器. 10通常具有内部元件例如為色散補償光纖，其對每一頻道 高訊號功率較為靈敏，特別是對摻雜餌光纖改變泵運功率 作增益控制之情況。本發明優先地控制光線泵運功率以 使加入至光纖内之噪訊減為最低，否則其受到噪訊而使性 月巨惡化，其至少部份由内部元件所產生，以及使其中功率 .減小。 控制器30包食傳統商業化可利用之龜產生 本紙用中國國家榡準（（^4^(21〇x297公楚） % II---_1·^ic------訂I—I—I- {靖先閲讀背面之注意事項再填寫未耳} A7 B7 4 S G 8 Ο 9 ~~~~-—~~：—-_ 五、發明説明（& 泵運控制輸出訊號以控制光線泵26A以及26B。除此，非依 電性記憶體32提供作為儲存程式常式以量測以及儲存各種 泵運功率控制設定點值，以及其他資訊，以及泵控制程式以 控制系運功率。當優先實施例使麟處理料主之控制器 30以及記憶體32,人們了解本發明泵運控制能夠同樣地實 施於其他可程式化之線路而並不會脫離本發明之範圍。 本發明控制光纖放大器1()中泵運功率分佈以控制每一 頻道實質上為固定輸出增益，同時將加入至光學訊號之噪 訊減為最低。當一個或多個訊號頻道加入或移除負載時， 泵運功率控制器30優先地藉由調整泵運功率以控制一組多 俩光學泵以改變各別泵之泵運功率，而足以保持每—頻道 功率輸出為固定的。當在放大器輸入端埠處總輸入功率變 為相當小而相當於向後放大自勵發射(ASE)時控制光線泵 26A及26B使得泵運功率無法降低而低於最小值以避免噪訊 形式之惡化。當顯示兩個光線泵26A以及26B時，人們了解 本發明泵運控制包含兩個或多個光線泵，以及更進一步適 用於控制單一光線泵。 參考圖2,曲線圖顯示出每一泵26A及26B最小泵運功率 規格之對數泵運功率操作曲線，其分別地顯示為曲線40及 42。當總輸入功率相當於存在於相對放大階輸入端部處向 後放大自勵發射時輸出功率曲線40以及42對每一相對泵提 供最小泵運功率值以防止噪訊形式之惡化。每一各別光線 泵26A及26B輸出功率曲線4〇及42表示如圖所示泵運功率輸 出。可加以變化，泵運功率驅動電流能夠使用來保持總訊 本紙張尺度適用中國_準（咖）城格（2、赠〉 I I ,1 .ΐτ線C. (旖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 466809 五、發明説明（rj ) 號輸出功率值如圖所示。輸出功率曲線可由經驗性地決定 出，或可計算出。泵26A具有泵運輸出曲線4〇,其對於1〇毫 瓦或更小訊號輸出功率保持平穩約為1. 〇毫瓦之最小可接 受功率值。另外一方面泵26B具有泵運功率輸出曲線42,其 對於〇· 2毫瓦或更小訊號輸出功率保持平穩約為〇. 2毫瓦之 最小可接受功率值。因而只有低於1·〇毫瓦訊號輸出功率 泵26B增益可加以調整以及其低限制值為〇. 2毫瓦。所顯示 以及所說明之曲線顯示出最小泵運功率之一個範例，其能、 夠使用於兩個已知栗以決定出最小值，低於該最小值各別 泵運可不加以控制以避免不想要噪訊加入至光學訊號。 因而，當總共輸出功率高於1.0毫瓦時，泵26A及泵26B 優先地加以控制以彼此成比例地增加及減小訊號放大以保 持每一頻道固定訊號輸出。不過當泵運功率或驅動電流降 低至1. 0毫瓦而低於相對應例如泵26A情況之最小值或泵2βΒ 之最小值例如為〇. 2毫瓦以及防止更進一步減小以避免將 °呆讯加入至光學訊號。當總訊號輸出功率提高高於曲線40 及42之最小值〇. 2及1· 〇毫瓦，相對泵運功率一旦加以提高 符合咼於1. 〇毫瓦功率曲線4〇及42所需要情況。 ^圖3顯示出一種量測每一光線泵許可輸出功率或驅動 電流許可最小值。方法50包含在某一時間選擇泵26A或泵 細乍為量測程序之步卿。E運功率藉由使耗測光線 之光電二極體或其他適合耦合至泵運輸出之傳統量測裝置 。-旦所選擇Φ將制之光線泵，其餘光躲以及相對增 .益階由傳送4徑f多除而不影響光學訊號，以及最大輸入訊 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

4 66 80 9 A7 1 一——- _ B7五、發明説明（客) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ，施加於放大n，如步觀所提供。在㈣56㈣用施加 最大輸入訊號’所選擇光線果以固定增益模進行操作。固 定增益模為鹄出34處㈣練泵轉翻定之輪出補 ，、同時輸入功率在步驟58中逐漸地減小。當輸入訊號功率 減小時，在步驟60中量測所選擇泵之最小泵運功率或最小 栗一運驅動電流以決定出最小值。對於泵26Α，最小值約為i· 〇聋瓦如囷2曲線40所示、在步驟6〇中決定之最小在驟 62中儲存於記憶體中。 -旦s測所選擇光線泵之最小值以及儲存於記憶體中 ，決曰冬模組檢核查看是輯有級紅被量測，如果存在尚 未里測則回到步觀以：f複量測每-其餘泵之最小泉運值 。了旦所有光線驗定出最小值，方法5()進行至步驟66為 借妥狀況，其中放大器可立即依據果控制程式控制放大。 ，圖4系控制方法7〇包含量測總放大器增益&步驟72。· 總增益GHi先地在輸ώ端部34錢_輸㈣率，減小放 大器所加人任何噪誠及分離輸人端·處所量測總輸入 功率而量測出。輸出及輸入功率能夠使用傳統量測裝置量 ，出。進行至決定方額，雜制方法顺核是否增益GT 是否改變與i後量測增益值不同，假如不是，_步驟72。 假如增益Gt已改變，例如頻道加入或移除之決定方塊76檢 核增並疋否增加。假如增益並無提高，泵26A以及泵26β功 率比例地以某一選擇數值逐漸地提高，以及方法70回到步 驟72。假如增益已提高，方法7〇進行至步驟8〇以由每一光 線系記憶體取出最小值。 (請先閲讀背面之注^|6^項再填寫本頁) '-----.I # -1 a 1^1 ml tiii5i'(CNS ) A4M^ ( 210X297^* )

Claims (1)

1. 4 66 80 9 Α8 Β8 C8 D8 六'申請專利範圍 1. 一種可控制增益多個泵之光纖放大器，其包含 輸入端以接收光學訊號； ’' 輪出端以提供放大之光學訊號； 第增益p皆搞合於輸入端與輸出端之間以及包含第 纖以及第一泵；. 疋 第二增益階耦合於輸入端與輪出端之間以及包含第二 纖以及第二泵；以及 —几 栗運控制器，其麵合至第一以及第二增益階以調整第— 與第二系發出之功率輪出以保持固定之增益，其中控制器 限制第-及第二泵發出較低功率輸出高於最小值使噪訊減 為最低^ 2·,據申請專利範圍第1項之放大器，其中最小值由相對泵 之最小值所構成以維持向後放大之自勵發射。 3.依據申請專利範圍第2項之放大器，其、 運輸出功率所構成。 則泵 4·依據申請專利範圍第2項之放大器，其中最小值由最小泵 運驅動電流所構成。 1 ' 經濟部令央襟率局負工消费合作社中製 5.依據申請專利範圍第1項之放大器，其中決定最小值係藉 由施加高輸入訊號至第一及第二泵其中之—栗，同時操作a 於固定增益模，以及逐漸地減小輸入訊號持續到感測出預 先決定值之放大自勵發射以決定一個泵之最小值。、 6. 依據申請專利範圍第〗項之放大器，其中第一及第二光纖 由摻雜餌光纖所構成。 '' 7. 依據申請專利範圍第丨項之放大器，其中控制器更進一步 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（n〇><297公釐〉 6 6 80 9

   2 申請專利範圍 8依據”直 為料輸出總功率輸人之函數。 8· « f —專利範圍第]項之放大 組多個訊號頻道I中㈣勃曰m、甲先予减包含― 第-及第，/、1數目可加以改變，該控制器控制 弟及弟—泵以保持每一頻道固定之增益。 9.—種可控制增益之光纖放大器，其包含： 輸入端以接收光學訊號； 輸出端以提供放大之光學訊號； 纖耗合於輸入端與輸出端之間以及包含第—光 2運控難，以_第-系以及難第—紐出之 别出以保持為固定之增益，其中控制器減小第一果發出之 功率輸出騎小值之函數㈣訊減'為最低。 1〇·依據申請專利範圍第9項之放大器，其中最小值由第_ 泵之最小值輸出所構成以保持向後放大之自勵發射。 a---ΓΙ._ »_— .，-------- ..,ν.. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂----- 跋濟部令央摇率局員工消費合作衽印製

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