EDFA增益控制與差錯(cuò)檢測(cè)的功率監(jiān)測(cè)方案
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引言
EDFA(摻鉺光纖放大器)使用在WDM網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)，包括光交叉鏈接和光上∕下復(fù)用。EDFA沿著不同路徑放大多路信號(hào)，輸入到EDFA的信道數(shù)在光路進(jìn)行重配置或一條鏈路失效時(shí)將會(huì)改變。輸入到每一個(gè)EDFA的WDM(波分復(fù)用)信道電壓由于光纖因使用時(shí)間受損變化而改變，這些變化影響了EDFA總的輸入電壓，而輸入電壓會(huì)引起EDFA增益變化，這些都會(huì)影響傳輸性能。由于光功率突然增加導(dǎo)致電壓峰值的出現(xiàn)將會(huì)破壞光接收器，接收器引起的突發(fā)錯(cuò)誤會(huì)使電壓低于最小需求電壓。這種衰減對(duì)系統(tǒng)性能的服務(wù)質(zhì)量有不利影響并 限制網(wǎng)絡(luò)的可測(cè)量性。為提供高質(zhì)量的服務(wù)和高精度網(wǎng)絡(luò)，對(duì)EDFA 增益以及光功率必須進(jìn)行控制。
WDM網(wǎng)絡(luò)中差錯(cuò)檢測(cè)對(duì)光傳輸系統(tǒng)是一個(gè)重要的問(wèn)題。在WDM網(wǎng)絡(luò)的功率監(jiān)測(cè)中，使用光放大器，很難將信號(hào)功率與有一個(gè)很大的動(dòng)態(tài)范圍的ASE(放大自發(fā)輻射)功率區(qū)分開來(lái)，因?yàn)檫@兩種功率在信道數(shù)很小的時(shí)候很接近。這就在總功率被監(jiān)測(cè)時(shí)會(huì)引起差錯(cuò)監(jiān)測(cè)出錯(cuò)。對(duì)于WDM網(wǎng)絡(luò)，ASE對(duì)光功率監(jiān)測(cè)沒(méi)有影響。
本文介紹了EDFA增益與輸出功率控制以及對(duì)WDM網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)檢測(cè)的功率監(jiān)測(cè)機(jī)制?？刂菩诺拦β试谝粋€(gè)光源有問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)中也可保持穩(wěn)定，并被用于EDFA增益與輸出功率控制和功率監(jiān)測(cè)。同時(shí)記錄了控制信道穩(wěn)定的EDFA節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)功率（增益）結(jié)果。
控制信道功率的穩(wěn)定化處理
此增益與功率控制方案包括監(jiān)測(cè)一個(gè)WDM信道校準(zhǔn)泵浦功率，監(jiān)測(cè)總的信號(hào)功率，監(jiān)測(cè)一個(gè)加在放大器或泵浦功率的額外的探測(cè)信號(hào)，插入一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)，通過(guò)一個(gè)后向反饋環(huán)路鉗制增益。最重要的是監(jiān)測(cè)一個(gè)EDFA放大波段的WDM信道（控制信道）。采用這種方法，控制信道的輸入與輸出功率通過(guò)窄帶帶通濾波器（BPF）監(jiān)測(cè)，信道增益可以計(jì)算。控制電路用來(lái)調(diào)整泵浦功率，維持控制信道增益為常量。這種增益控制方案對(duì)于信道數(shù)目很小的時(shí)候很有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)只有幾個(gè)信道時(shí)，ASE電壓相當(dāng)于輸出信道功率。如果監(jiān)測(cè)總功率，ASE引起監(jiān)測(cè)信號(hào)功率的誤碼。然而，直到ASE在控制信道輸出功率中被消除后，這種方案才可控制EDFA不受ASE影響。此方案在一個(gè)OADM環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，可成功減少光浪涌。如果EDFA不實(shí)行控制將導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，由于控制信道光源出現(xiàn)問(wèn)題將使得控制信道不能輸入到EDFA非常高或非常低的功率。因此，按照服務(wù)質(zhì)量，穩(wěn)定控制信道功率對(duì)獲得EDFA增益與輸出功率控制非常重要。
圖1（a）為WDM網(wǎng)絡(luò)一個(gè)鏈路及其節(jié)點(diǎn)的示意圖，顯示了控制EDFA增益與輸出功率的控制信道。節(jié)點(diǎn)包括控制信道源，WDM復(fù)用、解復(fù)用器以及3R轉(zhuǎn)發(fā)器，OXC，和一個(gè)OADM（用于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能）。對(duì)所有WDM信道的功率在這個(gè)設(shè)備中被補(bǔ)償然后發(fā)送到傳輸光纖。設(shè)備分別被安裝在工作和保護(hù)節(jié)點(diǎn)，控制信道源設(shè)置也相同。如果其中一個(gè)信道源出現(xiàn)問(wèn)題，在節(jié)點(diǎn)與下一節(jié)點(diǎn)之間控制信道功率將減少或消失。圖1（b）描述了穩(wěn)定化的控制信道功率方案。此方案考慮到在相同操作條件下光電二極管比激光器更可靠，且控制電路有足夠的可靠性。
圖1（a）WDM網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)框圖
圖1（b）穩(wěn)定性控制信道方案框圖
控制信道功率穩(wěn)定在控制信道源單元。耦合器功率用一個(gè)PD探測(cè)，使控制信道源的電流穩(wěn)定。控制信道的自動(dòng)變平控制阻止了控制信道功率的變化。因此，由于光功率持續(xù)輸入到EDFA以及在控制信道光源有問(wèn)題的情況下光功率也可以控制就會(huì)使得EDFA增益與輸出功率保持穩(wěn)定。
信道功率的穩(wěn)定性控制不只用于EDFA增益控制，也用于WDM網(wǎng)絡(luò)中差錯(cuò)檢測(cè)，例如監(jiān)測(cè)信號(hào)差損（LOS），而且還用于對(duì)總功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果在一個(gè)級(jí)聯(lián)光放大器WDM網(wǎng)絡(luò)中只有幾個(gè)信道，累積的ASE將比在一個(gè)光放大器輸入終端的LOS大，即使當(dāng)信道功率下降到低于電壓值。信道功率也會(huì)下降到低于LOS臨界值，由于放大器有AGC或ALC功能，信道斜率在輸出終端會(huì)變大。如果使用總功率監(jiān)測(cè)將會(huì)引起差錯(cuò)監(jiān)測(cè)出錯(cuò)。在傳輸光纖上游應(yīng)該可以監(jiān)測(cè)到出錯(cuò)，然而錯(cuò)誤是由放大器監(jiān)測(cè)到的。相比而言，當(dāng)控制信道功率監(jiān)測(cè)只受ASE影響，出錯(cuò)將被精確檢測(cè)到。因此，這個(gè)功率監(jiān)測(cè)機(jī)制在傳輸系統(tǒng)中提供了高可靠差錯(cuò)監(jiān)測(cè)。
AGCALC特性
控制信道功率采用自動(dòng)控制，有瞬態(tài)響應(yīng)。以下為EDFA在 ALC下的瞬態(tài)響應(yīng)。
圖2 顯示了實(shí)驗(yàn)環(huán)境。使用兩個(gè)DFB-LD分別控制信道1和2.。在信道2我們使用了一個(gè)AOM仿真控制信道源。兩個(gè)控制信道使用一個(gè)3dB的耦合器和一個(gè)PD。ALC電路控制信道1的驅(qū)動(dòng)電流，監(jiān)測(cè)功率保持常量?？刂仆ǖ琅c信號(hào)通道通過(guò)一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵（AWG）進(jìn)行復(fù)用?？刂仆ǖ啦ㄩL(zhǎng)為1572.1nm（190.7THz）。輸入控制通道與16個(gè)信號(hào)通道波長(zhǎng)從1573.7（190.5THz信道1）到1598.9nm(187.5THz信道16)有1.6nm（200GHz）信道間隔到EDFA。然后用一個(gè)AWG從EDFA解復(fù)用輸出信道，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器和示波器監(jiān)測(cè)功率瞬態(tài)。
圖2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建
圖3（a）和（b）顯示了EDFA的配置框圖。圖3（a）代表EDFA信道1，有自動(dòng)增益控制（AGC）功能，這種配置方式廣泛應(yīng)用于在每一個(gè)信號(hào)通道均保持不變的情況。BPF只允許控制信道通過(guò)。AGC功能可保持控制信道增益為常量。EDFA信道1平均增益為19.1dB，16個(gè)信道增益平坦度低于0.8dB。圖3（b）為EDFA信道2包含一個(gè)可調(diào)衰減器（VOA）在兩個(gè)放大器之間（有AGC功能），達(dá)到ALC功能。每一個(gè)信道的輸出功率都自動(dòng)控制來(lái)補(bǔ)償輸入功率的變化?？刂菩诺涝鲆嬖贓DFA2的EDFA單元中保持常量。保證EDFA信道2平均電平為常量，確保信號(hào)增益與斜率。盡管EDFA信道1輸出增益隨著輸入功率電平變化而改變，控制信道輸入EDFA2可通過(guò)調(diào)節(jié)VOA來(lái)保持穩(wěn)定，這會(huì)達(dá)到輸入到EDFA2信號(hào)功率為常量。輸出功率在輸入信道功率改變時(shí)也可維持常量。EDFA2放大光路從-20dBm到-12dBm到+2.5dBm（平均），增益平坦度少于1.5dB，可變衰減器的驅(qū)動(dòng)速度為320μs。當(dāng)16信道有15個(gè)drop或從1個(gè)信道的操作增加到15個(gè)時(shí)，功率漂移對(duì)EDFA1和EDFA2分別低于±0.5與±1.0dB。
圖 3（a）帶自動(dòng)增益功能EDFA
圖3（b）自動(dòng)增益與電壓控制EDFA
EDFA1的最大功率瞬間增加值與不同輸入信道在輸入信道功率為－16dBm∕ch時(shí)幾乎相同,增加微弱。EDFA2最大功率瞬間增加改變微弱， 最大功率瞬間增減在輸入功率為－18 dBm∕ch時(shí)最小。EDFA2 最大功率瞬間增減分別為0.3～0.1ms以內(nèi)。
結(jié)語(yǔ)
本文提出了一個(gè)高可靠EDFA增益與輸出功率控制以及 WDM網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)檢測(cè)的監(jiān)控方法,此方案可提供功率穩(wěn)定的控制信道?？刂菩诺拦β史€(wěn)定在一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)可阻止即使在光源有問(wèn)題時(shí)非控制EDFA操作所引起的控制信道功率嚴(yán)重變化。在功率監(jiān)測(cè)中對(duì)控制信道功率的使用由于ASE而不受影響，并提供信號(hào)功率的精確監(jiān)測(cè)。
本文描述了當(dāng)控制信道忽然改變時(shí)EDFA瞬態(tài)以及控制信道的控制實(shí)驗(yàn)。對(duì)EDFA只有AGC功能時(shí)與有AGC和ALC兩種功能時(shí)最大功率瞬態(tài)增加與降低分別為±0.5 dB與±0.8 dB。發(fā)現(xiàn)功率漂移對(duì)信道數(shù)是獨(dú)立的。實(shí)驗(yàn)顯示瞬態(tài)功率對(duì)一些傳輸系統(tǒng)仍然比較大，然而通過(guò)對(duì)控制信道功率的電路控制與EDFA增益和輸出功率來(lái)對(duì)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，此方案可提供一個(gè)可靠EDFA操作使我們能使用OADM或OXC來(lái)構(gòu)建WDM網(wǎng)絡(luò)。
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