DE10144948A1 - Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung bei optischer Verstärkung eines übertragenen Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signals - Google Patents

Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung bei optischer Verstärkung eines übertragenen Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signals

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Abstract

Es wird ein neues Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung eines Faserverstärkers beschrieben, mit der ein übertragenes Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signal durch wenigstens eine Aufteilung von Ausgangsleistungen mehrerer Pumpquellen zur Erzielung einer günstigen Rauschzahl des verstärkten WDM-Signals (S) bei einer variablen erforderlichen Gesamt-Pumpleistung verstärkt wird. Die Aufteilung der Ausgangsleistung wird mittels Aussteuerungskennlinien jeweils für die Pumpquellen in Abhängigkeit der zur Verstärkung erforderlichen Gesamt-Pumpleistung erfolgen. Durch die Aussteuerungskennlinien werden die jeweiligen Inversionen im Faserverstärker derart bestimmt, daß eine minimale Rauschzahl für alle Kanäle des WDM-Signals bei konstantem Gewinn erzielt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung für die optische Verstärkung eines übertragenen Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signals nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.
  • Für die Übertragung eines optischen WDM-Signals entlang langer Faserstrecken sind Verstärkermodule nach einzelnen Übertragungsabschnitten erforderlich. Eine wirkungsvolle Methode zur zusätzlichen Verstärkung eines Signals beruht auf der Verwendung von wenigstens einem Erbium dotierten Faserverstärker EDFA, der eine oder mehrere an einer Erbium dotierten Faser EDF angekoppelte Pumpquellen mit Wellenlängen von ca. 980 nm und/oder 1480 nm für eine Verstärkung des WDM- Signals im C- und L-Band (ca. 1525-1565 nm und ca. 1570-1610 nm) aufweist. Eine Realisierung eines Erbium dotierten Faserverstärkers ist aus US 5 140 456 bekannt. Dabei werden Pumpsignale aus den Pumpquellen in die Erbium dotierte Faser eingespeist und ermöglichen eine Inversion bzw. eine teilweise Besetzung eines höheren Energie-Niveaus durch Absorption, die je nach Inversionsgrad und je nach Wellenlängenbereich des WDM-Signals zu einem Gewinn bzw. Verlust führen kann. Aufgabe eines Erbium dotierten Faserverstärkers EDFA ist es hauptsächlich, einen flachen und hohen Gewinn bei einer niedrigen Rauschzahl zu gewährleisten. Ein Beispiel zur Realisierung eines solchen Faserverstärkers ist in "Optical Fiber Amplifier for WDM Optical Networks", Sun Y., Srivastava A. K., Zhou Jianhui, Sulhoff J. W. Beil Technical Journal, January- March 1999 ausführlich beschrieben. Zur Erzielung einer niedrigen Rauschzahl bei hohem Gewinn werden für einen zweistufigen Verstärker (siehe Fig. 2) in der ersten Stufe eine hohe Inversion und in der zweiten Stufe eine kleine Inversion eingestellt (siehe Seite 189, 1. Spalte).
  • Verfahren zur Kompensation einer Verkippung des Gewinns für alle Kanäle des WDM-Signals sind ebenfalls bekannt. Ein aktuelles Beispiel ist in "Active Gain-Slope Compensation of EDFA Using Thulium-Doped Fiber as saturable Absorber", Kitabayashi T., Aizawa T., Sakai T., Wada A., IEICE Transactions on Electronics, vol. E84-C, no. 5, pp. 605-609, May 2001 beschrieben. Hier werden bei Verwendung von kaskadierten Thuliumdotierten- und Erbium dotierten Fasern die positiven und negativen Verkippungen des Gewinns im C-Band kompensiert. Eine Verwendung der Thuliumdotierten Fasern im Sättigungsbereich bei einer Übertragung im C-Band ist dafür Voraussetzung.
  • Aus EP 1 045 535 A2 ist ferner eine Regelung zur Erhaltung eines flachen Gewinns für alle Kanäle eines übertragenen WDM- Signals, insbesondere bei Temperaturenänderungen, bekannt (siehe Abstract).
  • Die Regelung weist unter anderem eine Pumpeinrichtung mit zwei über eine Erbium dotierte Faser EDF verteilt angeordneten Pumpquellen zur Verstärkung eines übertragenen WDM- Signals auf, dessen Leistung am Übertragungsstreckenende durch eine Photodiode ermittelt und derart kontrolliert wird, daß mittels einer Kontrollschaltung entsprechende Ausgangsleistungen der Pumpquellen zur Erzielung eines Wellenlängenunabhängigen Gewinns für alle Kanäle des WDM-Signals am Übertragungsstreckenende geregelt werden. Zur Variation des Gewinns der übertragenen Kanäle sind zwei weitere Photodioden und ein von einem Kontroller gesteuertes variables optisches Dämpfungsglied vorgesehen.
  • Die aktuellen Verstärker für WDM-Signale sind also so realisiert, daß sie optimale Rauschzahlen und/oder Wellenlängenabhängige und hohe Gewinne bei maximaler Kanalanzahl als Signalbelegung liefern. Bedingt durch hohe Kanalzahlen moderner WDM-Übertragungssysteme erfordert das Pumpen der Erbiumdotierten Faser(n) sehr hohe Pumpleistungen, die häufig nur zur Verfügung gestellt werden können, indem innerhalb einer Verstärkerstufe an mehreren Stellen Pumplicht in die Erbium dotierte Faser eingekoppelt wird.
  • Im allgemein sind bei Inbetriebnahme nur wenige Kanäle gleichzeitig aktiv oder das Übertragungssystem ist bereits so ausgelegt, daß es nur bis zu einer gewissen Kanalzahl ausgebaut werden kann. Durch die im Vergleich zum Vollausbau deutlich reduzierten Eingangs- und Ausgangsleistungen muß jedoch eine geringere Pumpleistung eingestellt werden. Reduziert man die Pumpleistungen nun jeweils um einen Anteil, kann es zu einem Anstieg der Rauschzahl kommen.
  • Die folgende Abbildung (Fig. 1) beschreibt eine optische Verstärkung nach dem Stand der Technik. Deren Eigenschaften werden erläutert und die Nachteile beschrieben, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden.
  • In Fig. 1 wird die Rauschzahl NF als Funktion der Eingangsleistung P des WDM-Signals dargestellt. Zur Verstärkung des WDM-Signals ist eine Pumpeinrichtung mit zwei über eine Erbium dotierte Faser angeordneten Pumpquellen vorgesehen. Die erste Pumpquelle hat eine Wellenlänge von 980 nm und die zweite Pumpquelle weist Wellenlängen von 980 nm (Kurve C1) bzw. 1480 nm (Kurve C2) auf. Angenommen wird, daß entsprechende Pumpsignale der untersuchten Pumpeinrichtung im Eingangsbereich bzw. in einem weiteren Bereich der Erbium dotierten Faser ko- bzw. kontradirektional eingespeist werden. Bei dieser Pumpeinrichtung werden die Pumpleistungen der Pumpquellen jeweils zu gleichen Anteilen je nach Änderung der Eingangsleistung des WDM-Signals, d. h. auch je nach Änderung der Anzahl der aktiven Kanäle, reduziert oder erhöht. Bei kleinen Eingangsleistungen steigt die Rauschzahl an.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Regelung von Pumpleistungen mehrerer Pumpquellen für eine variierende erforderliche Gesamt-Pumpleistung zur Verstärkung eines WDM-Signals bei minimaler Rauschzahl anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, das durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gekennzeichnet ist, gelöst.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ausgehend von einem Verfahren nach dem Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die ermittelte Ist-Leistung des WDM-Signals wird mit einer Soll-Leistung verglichen wird, und daß eine erforderliche Gesamt-Pumpleistung eingestellt wird und daß zur Erzielung einer optimalen Rauschzahl des WDM-Signals die Ausgangsleistungen der ersten und zweiten Pumpquellen in Abhängigkeit der erforderlichen Gesamt-Pumpleistung derart eingestellt werden, daß in dem Faserverstärker bei einer geringen Gesamt-Pumpleistung eine hohe Inversion am Eingang der Faser durch die erste Pumpquelle und eine kleine Inversion in weiterem Teil der Faser durch die zweite Pumpquelle bewirkt werden, und daß mit zunehmender erforderlicher Gesamt-Pumpleistung die Pumpleistung der ersten Pumpquelle zunächst stärker und anschließend schwächer zunimmt als die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle. Dadurch wird die Rauschzahl des Faserverstärkers niedrig gehalten.
  • Zur Einstellung der Inversionen im Faserverstärker werden erfindungsgemäße Aussteuerungskennlinien für die erste und zweite Pumpquelle für eine vorteilhafte Aufteilung der gesamten erforderlichen Pumpleistung auf die erste und zweite Pumpquelle ermittelt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufteilung der gesamten erforderlichen Pumpleistung auf die erste und zweite Pumpquellen nach Anteilsparametern erfolgt, die in Abhängigkeit der erforderlichen Gesamt-Pumpleistung nach entsprechenden Beziehungen errechnet und gespeichert werden und weiterhin aus einer oder mehreren gespeicherten Tabellen abrufbar sind.
  • Steigung und Krümmungsparameter der Aussteuerungskennlinien der Pumpquellen werden derart gewählt, daß zunächst die hohe Inversion am Anfang der Übertragungsstrecke und dann die kleine Inversion am Ende der Übertragungsstrecke je nach der gesamten erforderlichen Pumpleistung gewährleistet sind. Ein Betrieb der Pumpquellen unterhalb ihrer Schwellströme wird ebenso insbesondere bei kontradirektionalen Pumpen vermieden. Weiterhin werden Signalverzerrungen durch eine stetige Differenzierbarkeit der Aussteuerungskennlinien der Pumpquellen vermieden.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden alle Kanäle einen flachen Gewinn für unterschiedliche erforderliche Gesamt- Pumpleistungen am Ende des Faserverstärkers aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf mehr als zwei Pumpquellen erweitert werden. Weitere erfindungsgemäße Aussteuerungskennlinien der Ausgangsleistung von zusätzlichen Pumpquellen werden in Abhängigkeit der erforderlichen Gesamt- Pumpleistung definiert und gespeichert, so daß am Ende des Faserverstärkers eine minimale Rauschzahl des WDM-Signals durch eine optimale Einstellung der den Pumpquellen entsprechenden Inversionen erzielt wird.
  • Die Erweiterung auf mehr als zwei Pumpquellen im Faserverstärker dient dazu, die Ausgangsleistungen der ursprünglichen zwei Pumpquellen zu erhöhen, z. B. im Falle einer Inbetrieb- Kanalzahlerhöhung. Der Gewinn der alten Kanäle bleibt dadurch konstant und der notwendige Gewinn der neuen Kanäle wird ebenso korrekt angepaßt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
  • Fig. 2 das schematische Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahren für einen Faserverstärker mit zwei Pumpquellen,
  • Fig. 3 die erfindungsgemäßen Aussteuerungskennlinien zweier Pumpquellen für verschiedene Parameterwerte,
  • Fig. 4 den Vergleich der Rauschzahl nach dem Stand der Technik und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
  • Fig. 5 das schematische Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahren für einen Faserverstärker mit mehr als zwei Pumpquellen,
  • Fig. 6 die erfindungsgemäßen Aussteuerungskennlinien für eine Anordnung gemäß Fig. 5 mit drei Pumpquellen.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Faserverstärker EDFA mit einer Regeleinrichtung für eine an eine Erbium dotierten Faser EDF angeschlossene Pumpeinrichtung. Anstelle einer Erbium-dotierten Faser EDF könnten auch andere Varianten von Fasern wie z. B. eine Thulium-dotierte Faser verwendet werden. Zur Verstärkung eines übertragenen WDM-Signals S werden eine erste Pumpquelle 1, deren Pumpsignal im Eingangsbereich des Faserverstärkers EDFA wirkt, und eine zweite Pumpquelle 2, deren Pumpsignal im weiteren Bereich des Faserverstärkers EDFA wirkt, verwendet. Am Ausgang des Faserverstärkers EDFA wird eine Ist-Leistung IL des WDM-Signals S z. B. mittels einer Photodiode PD ermittelt und mit einer Soll-Leistung SL mittels eines Moduls M verglichen. Die Soll-Leistung SL wird entsprechend der Eigenschaften des WDM-Signals während der Übertragung vor dem Faserverstärker EDFA vorgegeben und eingestellt, d. h. beispielsweise bei Kanalzahländerungen so, daß neue Werte der Soll-Leistung SL zur Einstellung eines gewünschten Gewinns der aktiven Kanäle führt. Nach dem Vergleich der Ist-Leistung IL mit der Soll-Leistung SL wird eine erforderliche Gesamt-Pumpleistung Ptot eingestellt, die auf die Ausgangsleistungen P1 und P2 der Pumpquellen 1, 2 zur Erzielung einer minimalen Rauschzahl des verstärkten WDM- Signals S aufgeteilt wird. Die Aufteilung erfolgt in Abhängigkeit der Gesamt-Pumpleistung Ptot mittels eines Anteilsparameters f(Ptot) bzw. 1-f(Ptot), der im folgenden auch einfach als f bezeichnet wird. In der Praxis werden Signale zur Aussteuerung der Ausgangsleistungen P1, P2 bzw. der Inversionen N1, N2 der ersten und zweiten Pumpquellen 1, 2 mittels analogen Multiplikatoren oder digitalen Signalprozessoren M1, M2 mit dem Anteilsparameter f bzw. 1-f geregelt. Der Anteilsparameter f bzw. 1-f kann aus einer gespeicherten Tabelle je nach der erforderlichen Pumpleistung Ptot neu abgerufen werden.
  • Die Inversionen N1 und N2 sind zusammen zu betrachten und bezeichnen eine gesamte mittlere Inversion am Fasereingang bzw. am weiteren Faserteil. Die mittlere Inversion sollte konstant bei dem vorliegenden Verfahren gehalten werden.
  • In Fig. 3 sind erfindungsgemäße Aussteuerungskennlinien A1, A2 der Ausgangsleistungen P1, P2 der zwei Pumpquellen 1, 2 dargestellt. Eingetragene Werte der Ausgangsleistungen P2, P2 als Funktion der Gesamt-Pumpleistung Ptot sowie die Gesamt-Pumpleistung Ptot sind auf die Nominalleistung der ersten Pumpquelle 1 normiert. Prinzipiell wird die Ausgangsleistung P1 der ersten Pumpquelle bevorzugt, bis diese nahe an ihrer maximalen Leistung ist, und dann nur wird die Ausgangsleistung P2 der zweiten Pumpquelle ebenfalls erhöht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren werden die Aussteuerungskennlinien A1, A2 durch eine erfindungsgemäße Einstellung der Steigung des Anteilsparameters f(Ptot) nicht linear definiert. Die Steigung von f(Ptot) ist bei einer kleinen Gesamtpumpleistung Ptot positiv, verläuft stetig, wird mit zunehmender Gesamtpumpleistung (Ptot) geringer und erreicht minimal den Wert Null. Dadurch wird die Ausgangleistung P2 der zweiten Pumpquelle 2 erst bei entsprechend genug großen Ausgangsleitungen P2 der ersten Pumpquelle 1 erhöht. Physikalisch bedeutet das, daß im Faserverstärker EDFA bei einer geringen Gesamt-Pumpleistung Ptot eine hohe Inversion N1 durch die erste Pumpquelle 1 und eine kleine Inversion N2 durch die zweite Pumpquelle 2 bewirkt werden und daß mit zunehmender Gesamt-Pumpleistung Ptot die Pumpleistung der ersten Pumpquelle 1 zunächst stärker und anschließend schwächer zunimmt als die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle 2. Dadurch wird die Rauschzahl NF minimal gehalten.
  • Die Aussteuerungskennlinien A1, A2 zur Einstellung der Ausgangsleistungen P1, P2 sind durch folgende Beziehung definiert:
    A1: P1 = f × Ptot
    A2: P2 = (1-f) × Ptot.
  • Der Anteilsparameter f ist dabei gemäß folgender Beziehung einstellbar:


    wobei A die Steigung beim Ansteuerungsnullpunkt der Aussteuerungskennlinie A1 der Pumpquelle 1 und α den Krümmungsparameter der Aussteuerungskennlinien A1, A2 der beiden Pumpquellen 1, 2 bedeuten.
  • In Fig. 3 sind drei mögliche Sätze von Aussteuerungskennlinien A1, A2 für verschiedene Parameter A, α dargestellt. Die Darstellung mit A = 1 und α = 1 zeigt das erfindungsgemäße Profil der Aussteuerungskennlinien A1, A2, damit die Inversionen N1, N2 korrekt bewirkt werden. Dies bedeutet, daß die Ausgangsleistungen P1, P2 der Pumpquellen 1, 2 nicht um den gleichen Anteil bei unterschiedlich erforderlichen Gesamt- Pumpleistungen Ptot reduziert oder erhöht werden, sondern entsprechend der ungleichen Anteilsparametern f, 1-f in Abhängigkeit der Gesamt-Pumpleistung Ptot eingestellt werden. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 mit A = 1 und α = 4 zeigt zwei Aussteuerungskennlinien A1, A2 mit starker Krümmung durch die Wahl eines großen Werts für den Krümmungsparameter α. Vorteilhaft ist dabei, daß die Inversion N2 viel kleiner ist als die Inversion N1 bei kleiner Gesamt-Pumpleistung Ptot. Die Rauschzahl wird dadurch erheblich kleiner. Bei einem hohen Wert des Krümmungsparameters α werden allerdings scharfe Knickstellen der Aussteuerungskennlinien A1, A2 bei einer Gesamt-Pumpleistung Ptot von ca. Ptot = P1 gebildet. Bei scharfen Knickstellen können Verzerrungen des WDM-Signals S durch Schwingungen der Regelung auftreten. Deshalb sollte auch der Wert des Krümmungsparameters α angemessen gewählt werden. Das letzte Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit A = 0,8 und α = 4 zeigt eine optimale erfindungsgemäße Einstellung der Aussteuerungskennlinien A1, A2 der beiden Pumpquellen 1, 2 in Abhängigkeit der Gesamt-Pumpleistung Ptot.
  • Desweiteren werden die Pumpquellen 1, 2 im laufendem Betrieb immer oberhalb Ihrer Schwellströme betrieben. Dies gilt insbesondere für kontradirektionales Pumpen.
  • Zur entsprechenden Einstellung der Pumpleistungen der ersten und zweiten Pumpquelle 1, 2 kann der Anteilsparameter f bzw. 1-f aus einer gespeicherten Tabelle abgerufen werden.
  • In Fig. 4 ist die Rauschzahl NF nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Kurven C3 und C4) als Funktion der Eingangsleistungen P des WDM-Signals im Vergleich zum Stand der Technik (siehe auch Fig. 1, Kurve C1 und C2) dargestellt. Die verwendete Pumpeinrichtung ist diejenige, die in Fig. 1 beschrieben wurde, wobei die Aussteuerungskennlinien A1, A2 dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 erfindungsgemäß entsprechen. Bei kleinen und höheren Eingangsleistungen P bleibt die Rauschzahl niedrig.
  • Fig. 5 zeigt das schematische Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer Pumpeinrichtung eines Faserverstärkers EDFA mit mehr als zwei Pumpquellen. Bei Bedarf, beispielweise bei Kanalzahlerhöhung, kann eine weitere Pumpquelle erforderlich sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für diese Erweiterung mit externen Pumpmodulen geeignet, die sukzessiv ohne Betriebsunterbrechung hinzugefügt werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine dritte Pumpquelle 3 zusätzlich zur ersten und zweiten Pumpquelle 1, 2 (siehe Fig. 2) zur Verstärkung eines übertragenen WDM-Signals S verwendet.
  • Ausgangsleistungen P1, P2, P3 der ersten Pumpquelle 1, deren Pumpsignal im Eingangsbereich des Faserverstärkers EDFA wirkt, der zweiten Pumpquelle 2, deren Pumpsignal im weiteren Bereich des Faserverstärkers EDFA wirkt, und der dritten Pumpquelle 3, deren Pumpsignal im Ausgangsbereich des Faserverstärkers EDFA wirkt, werden zur Erzielung einer minimalen Rauschzahl des verstärkten WDM-Signals S geregelt. Eine Ist- Leistung IL des WDM-Signals S wird am Ausgang des Faserverstärkers EDFA ermittelt und mit einer Soll-Leistung SL verglichen und daraus eine erforderliche Gesamt-Pumpleistung Ptot eingestellt. Zur Erzielung einer optimalen Rauschzahl des WDM-Signals S werden die Ausgangsleistungen P1, P2, P3 der Pumpquellen 1, 2, 3 in Abhängigkeit der Gesamt-Pumpleistung Ptot derart eingestellt, daß im Faserverstärker EDFA bei einer geringen Gesamt-Pumpleistung Ptot eine hohe Inversion N1 durch die erste Pumpquelle 1 und kleine Inversionen N2, N3 durch die zweite und dritte Pumpquelle 2, 3 bewirkt werden. Bei zunehmender mittlerer Gesamt-Pumpleistung Ptot nimmt die Pumpleistung P1 der ersten Pumpquelle 1 zunächst stärker und anschließend schwächer zu als die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle 2 bei niedriger Pumpleistung der dritten Pumpquelle 3, so daß hohe Inversionen N1, N2 durch die erste und zweite Pumpquelle 1, 2 und eine kleine Inversion N3 durch die dritte Pumpquelle 3 bewirkt werden. Schließlich nimmt bei zunehmender großer Gesamt-Pumpleistung Ptot die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle 2 zunächst stärker und anschließend schwächer zu als die Pumpleistung der dritten Pumpquelle 3.
  • Aussteuerungskennlinien der drei Pumpquellen 1, 2, 3 stellen die Inversionen N1, N2, N3 durch zwei Aufteilungen V1, V2 der Gesamt-Pumpleistung Ptot auf die Pumpquellen 1, 2, 3 ein, wobei die erste Aufteilung V1 der Gesamt-Pumpleistung Ptot auf die erste Pumpquelle 1 und auf die weiteren Pumpquellen 2, 3 nach einstellbaren Anteilsparametern f(Ptot), 1-f(Ptot) derart erfolgt, daß die Steigung von f(Ptot) bei einer kleinen Gesamtpumpleistung Ptot positiv ist, stetig verläuft, mit zunehmender Gesamtpumpleistung Ptot geringer wird und minimal den Wert Null erreicht.
  • Die zweite Aufteilung V2 teilt die eine der beiden vorher aufgeteilten Pumpleistung [1-f(Ptot)] × Ptot auf die Pumpquelle 2 und auf die Pumpquelle 3 nach einstellbaren Anteilsparametern g(Ptot), 1-g(Ptot) auf, wobei die Steigung von g(Ptot) positiv ist und zuerst bei einer kleinen Gesamtpumpleistung Ptot größer als die Steigung von f(Ptot) gewählt werden kann, stetig verläuft, mit zunehmender Gesamtpumpleistung (Ptot) geringer wird und minimal den Wert Null erreicht.
  • Zur entsprechenden Einstellung der Pumpleistungen der ersten, zweiten und dritten Pumpquelle 1, 2, 3 können die Anteilsparameter f, g bzw. 1-f, 1-g aus gespeicherten Tabellen abgerufen werden.
  • In der dritten Pumpquelle 3 werden mehrere Laserdioden LD3k mit k > 0 betrieben, deren Ausgangsleistungen L3k jeweils nach einer dritten Aufteilung auf die für die dritte Pumpquelle 3 vorgesehene Pumpleistung [1-g(Ptot)] × [1-f(Ptot)] × Ptot geregelt sind. Eine Einstellung der Ausgangsleistungen L3k der einzelnen Laserdioden LD3k erfolgt nach weiteren Aufteilungsfaktoren h1, h2, h3, h4 derart, daß je nach Einstellung des Aufteilungsfaktors h1 die dritte Aufteilung der Pumpleistung [1-g(Ptot)] × [1-f(Ptot] × Ptot einerseits zurück auf die zweite Pumpquelle 2 anderseits auf die Laserdioden LD3k der dritten Pumpquelle 3 erfolgt.
  • Die Regelung der Pumpleistungen P1, P2, P3 nach erfindungsgemäßen Aussteuerungskennlinien A1, A2, A3 folgt in Abhängigkeit von Anteilsparametern f(Ptot) und g(Ptot) gemäß folgender Beziehungen:
    A1: P1 = f × Ptot
    A2: P2 = (1-f) × [g + h1 × (1-g)] × Ptot
    A3: P3 = (1-f) × [(1-h1) × (1-g)] × Ptot.
  • Aus Gründen der einfacheren Darstellung wurden die Anteilsparameter f(Ptot) und g(Ptot) mit f und g bezeichnet.
  • Jede Laserdiode LD3k der dritten Pumpquelle 3 liefert eine Ausgangsleistung P3k bei h1 = 0, die wie folgt definiert ist:
    LD3k: P3k = hk+1 × P3 mit k > 0.
  • Bei der Einstellung h1 = 1 ist die Pumpquelle 3 praktisch ausgeschaltet, d. h. P3 = P3k = 0 für k > 0. Das Verfahren gilt hier also für dasjenige von Fig. 2 nur mit den zwei Pumpquellen 1, 2.
  • Die Verwendung des Aufteilungsfaktors h1 ( = 1 oder 0) ermöglicht also eine Ein- oder Ausschaltung der Pumpquelle 3.
  • In Fig. 6 sind erfindungsgemäße Aussteuerungskennlinien A1, A2, A3 für die Regelung der Ausgangsleistungen P1, P2, P3 der drei Pumpquellen 1, 2, 3 von Fig. 5 dargestellt. Drei Bereiche B1, B2, B3 bei steigender Gesamt-Pumpleistung Ptot zeigen die sukzessiven Pumpleistungserhöhungen der Pumpquellen 1, 2, 3, damit die gewünschten Bedingungen für die respektiven Inversionen N1, N2, N3 zur Minimierung der Rauschzahl NF des WDM-Signals S bei unterschiedlichen Gesamt-Pumpleistungen Ptot erfüllt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich durch Anpassung der Aussteuerungskennlinien für Pumpeinrichtungen, deren Pumpquellen 1, 2, 3, . . . ihre Pumpsignale jeweils ko- und/oder kontradirektional in die Faser EDF anspeisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für ein WDM- Übertragungssystem mit Polarisation-Multiplex-Technik durch Erweiterung der gespeicherten Tabellen zur neuen Einstellung der Anteilsparametern f und g in Abhängigkeit der erforderlichen Gesamt-Pumpleistung Ptot anwendbar.

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung eines Faserverstärkers (EDFA) zur Verstärkung eines übertragenen Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signals (S) mit einer ersten Pumpquelle (1), deren Pumpsignal im Eingangsbereich des Faserverstärkers (EDFA) wirkt, und mit einer zweiten Pumpquelle (2), deren Pumpsignal im weiteren Bereich des Faserverstärkers (ED- FA) wirkt, bei dem eine Ist-Leistung (IL) des WDM-Signals (S) am Ausgang des Faserverstärkers (EDFA) ermittelt wird und die Ausgangsleistungen (P1) und (P2) der Pumpquellen (1) und (2) zur Erzielung einer günstigen Rauschzahl des verstärkten WDM- Signals (S) geregelt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die ermittelte Ist-Leistung (IL) des WDM-Signals (S) mit einer Soll-Leistung (SL) verglichen wird,
daß eine erforderliche Gesamt-Pumpleistung (Ptot) eingestellt wird und
zur Erzielung einer optimalen Rauschzahl des WDM-Signals (S) die Ausgangsleistungen (P1) und (P2) der Pumpquellen (1) und (2) in Abhängigkeit von der Gesamt-Pumpleistung (Ptot) derart eingestellt werden, daß in dem Faserverstärker (EDFA) bei einer geringen Gesamt-Pumpleistung (Ptot) eine hohe Inversion (N1) durch die erste Pumpquelle (1) und eine kleine Inversion (N2) durch die zweite Pumpquelle (2) bewirkt werden und daß mit zunehmender Gesamt-Pumpleistung (Ptot) die Pumpleistung der ersten Pumpquelle (1) zunächst stärker und anschließend schwächer zunimmt als die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass Aussteuerungskennlinien (A1, A2) zur Einstellung der Inversionen (N1, N2) bzw. der Ausgangsleistungen (P1, P2) durch Aufteilung der Gesamt-Pumpleistung (Ptot) auf die beiden Pumpquellen (1, 2) ermittelt werden,
wobei die Aufteilung der Gesamt-Pumpleistung (Ptot) auf die beiden Pumpquellen (1, 2) nach einstellbaren Anteilsparametern f(Ptot), 1-f(Ptot) erfolgt,
wobei die Steigung von f(Ptot) bei einer kleinen Gesamtpumpleistung (Ptot) positiv ist, stetig verläuft, mit zunehmender Gesamtpumpleistung (Ptot) geringer wird und minimal den Wert Null erreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Anteilsparameter f gilt:


wobei (A) die Steigung bei Ansteuerungsnullpunkt der Aussteuerungskennlinie (A1) der Pumpquelle (1) und a der Krümmungsparameter der Aussteuerungskennlinien (A1, A2) ist.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteilsparameter (f) bzw. (1-f) zur entsprechenden Einstellung der Pumpleistungen der ersten und zweiten Pumpquelle (1, 2) aus einer gespeicherten Tabelle abgerufen wird.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass in eine Erbium dotierte Faser (EDF) des Faserverstärkers (EDFA) Pumpsignale der Pumpquelle (1, 2) ko- und/oder kontradirektional eingespeist werden,
daß für die erste Pumpquelle (1) eine Pumpwellenlänge von ca. 980 nm und/oder 1480 nm und für die zweite Pumpquelle (2) Pumpwellenlängen von ca. 980 nm und/oder 1480 nm verwendet werden.
6. Verfahren zur Regelung einer Pumpeinrichtung eines Faserverstärkers (EDFA) zur Verstärkung eines übertragenen Wellenlängen-Multiplex(-WDM)-Signals (S) mit einer ersten Pumpquelle (1), deren Pumpsignal im Eingangsbereich des Faserverstärkers (EDFA) wirkt, mit einer zweiten Pumpquelle (2), deren Pumpsignal im weiteren Bereich des Faserverstärkers (EDFA) wirkt, und mit wenigstens einer dritten Pumpquelle (3), deren Pumpsignal im Ausgangsbereich des Faserverstärkers (EDFA) wirkt, bei dem eine Ist-Leistung (IL) des WDM-Signals (S) am Ausgang des Faserverstärkers (EDFA) ermittelt wird und die Ausgangsleistungen (P1, P2, P3) der Pumpquellen (1, 2, 3) zur Erzielung einer günstigen Rauschzahl des verstärkten WDM- Signals (S) geregelt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die ermittelte Ist-Leistung (IL) des WDM-Signals (S) mit einer Soll-Leistung (SL) verglichen wird,
daß eine erforderliche Gesamt-Pumpleistung (Ptot) eingestellt wird und
dass zur Erzielung einer optimalen Rauschzahl des WDM- Signals (S) die Ausgangsleistungen (P1, P2, P3) der Pumpquellen (1, 2, 3) in Abhängigkeit von der Gesamt-Pumpleistung (Ptot) derart eingestellt werden,
dass in dem Faserverstärker (EDFA) bei einer geringen Gesamt- Pumpleistung (Ptot) eine hohe Inversion (N1) durch die erste Pumpquelle (1) und kleine Inversionen (N2, N3) durch die zweite und dritte Pumpquellen (2, 3) bewirkt werden und
dass mit zunehmender Gesamt-Pumpleistung (Ptot) die Pumpleistung der ersten Pumpquelle (1) zunächst stärker und anschließend schwächer zunimmt als die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle (2), wobei die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle stärker zunimmt als die Pumpleistung der dritten Pumpquelle (3), so daß hohe Inversionen (N1, N2) durch die erste und zweite Pumpquelle (1, 2) und eine kleine Inversion (N3) durch die dritte Pumpquelle (3) bewirkt werden
und daß mit weiter zunehmender Gesamt-Pumpleistung (Ptot) die Pumpleistung der zweiten Pumpquelle (2) zunächst stärker und anschließend schwächer zunimmt als die Pumpleistung der dritten Pumpquelle (3).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass Aussteuerungskennlinien (A1, A2, A3) zur Einstellung der Inversionen (N1, N2, N3) bzw. der Ausgangsleistungen (P1, P2, P3) durch zwei Aufteilungen (V1, V2) der Gesamt- Pumpleistung (Ptot) auf die Pumpquellen (1, 2, 3) derart ermittelt werden,
dass die erste Aufteilung (V1) der Gesamt-Pumpleistung (Ptot) auf die erste Pumpquelle (1) und auf die weiteren Pumpquellen (2, 3) nach einstellbaren Anteilsparametern f(Ptot), 1-f(Ptot) erfolgt, wobei die Steigung von f(Ptot) bei einer kleinen Gesamtpumpleistung (Ptot) positiv ist, stetig verläuft, mit zunehmender Gesamtpumpleistung (Ptot) geringer wird und minimal den Wert Null erreicht,
und daß die zweite Aufteilung (V2) der einen der beiden vorher aufgeteilten Pumpleistungen [1-f(Ptot)] × Ptot auf die zweite Pumpquelle (2) und auf die dritte Pumpquelle (3) nach einstellbaren Anteilsparametern g(Ptot), 1-g(Ptot) erfolgt, wobei die Steigung von g(Ptot) positiv ist, stetig verläuft, mit zunehmender Gesamtpumpleistung (Ptot) geringer wird und minimal den Wert Null erreicht.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anteilsparameter f und g gilt:


wobei (A) die Steigung bei Ansteuerungsnullpunkt der Aussteuerungskennlinie (A1) der Pumpquelle (1) und a der Krümmungsparameter der Aussteuerungskennlinien (A1, A2) ist, und
wobei (B) den Faktor zur gewichteten Verteilung der erst durch die erste Aufteilung (V1) aufgeteilten Pumpleistung [1- f(Ptot)] × Ptot zwischen den Ausgangsleistungen der zweiten, dritten und gegebenenfalls weiteren Pumpquellen (2, 3, . . .),
(β) den Krümmungsparameter der Aussteuerungskennlinie (A2) der Pumpquelle (2) und
(δ) den Quotienten aus den Nominalleistungen der ersten und zweiten Pumpquellen (1, 2) bedeuten.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteilsparameter (f, g) bzw. (1-f, 1-g) zur entsprechenden Einstellung der Ausgangsleistungen der ersten, zweiten und dritten Pumpquelle (1, 2, 3) aus gespeicherten Tabellen abgerufen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass in der dritten Pumpquelle (3) mehrere Laserdioden (LD3k) (k>0) betrieben werden, deren Ausgangsleistungen (L3k) jeweils nach einer dritten Aufteilung auf die für die dritte Pumpquelle (3) vorgesehene Pumpleistung [1-g(Ptot)] × [1-f(Ptot)] × Ptot geregelt sind,
dass eine Einstellung der Ausgangsleistungen (L3k) der einzelnen Laserdioden (LD3k) nach weiteren Aufteilungsfaktoren (h1, h2, h3, h4) derart erfolgt, dass je nach Einstellung des Aufteilungsfaktors (h1) die dritte Aufteilung der Pumpleistung [1-g(Ptot)] × [1-f(Ptot)] × Ptot einerseits zurück auf die zweite Pumpquelle (2) anderseits auf die Laserdioden (LD3k) der dritten Pumpquelle (3) erfolgt.
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