用于抑制功率瞬态的前馈控制中的泵浦功率调制

摘要

公开了一种控制光学放大器的增益的方法，该光学放大器包括增益介质和至少一个泵浦装置。方法包括以下步骤：确定或预测放大器的输入信号功率的变化；在第一时刻将泵浦功率从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级，初始泵浦功率级是在输入信号功率的变化之前被施加到放大器的泵浦功率级；在第二时刻将泵浦功率设置为第二泵浦功率级，其中泵浦功率级以振荡方式变化持续开始于第三时刻并在第四时刻结束的至少一段时间，其中所述第三时刻与所述第一时刻相同或者比所述第一时刻晚，并且所述第四时刻与所述第二时刻相同或者比所述第二时刻早。

说明书

技术领域

本发明是光学放大器的领域。具体地，本发明涉及控制光学放大器的方法以及对应的放大器装置。

背景技术

例如在用于放大光学网络中传输的光学信号的光学传输技术的领域中采用光学放大器。光学信号在许多情况下在光纤中传播数百公里，并且因此在传播期间衰减。使用光纤放大器诸如掺铒光纤放大器(EDFA)，光信号可在光学域中放大，即不需要间歇地转换为电信号，从而尽管传输距离长，仍然沿着链路维持足够的信号强度。以此方式，实现接收器处的充足信噪比。

然而，特别地，波分复用(WDM)网络遭受因部件故障、光纤断裂或保护切换引起的光学功率中的突然变化。光学变化的另一来源是在WDM网络中插入和分出光学通道以用于将光学信号路由至其目的地。由于光纤放大器(诸如EDFA)的非理想动态特性和非线性光纤效应，这些变化可传播到其他站点，导致整个网络上的光学功率波动，并且可能振荡。因此，即使不直接受切换操作或故障影响的波长通道也可能在接收器处遭受一些性能退化。这种性能退化主要是由于与光学接收器的动态范围的偏差、由传输光纤中的非线性效应引起的信号失真、以及信噪比的恶化。

此外，增益变化也可在级联放大器中累积。因此，即使小的增益变化也可导致接收器处的显著功率变化。因此，需要有效的放大器控制技术，其允许保持增益介质中的反转，并且因此即使输入功率改变，也保持放大器或放大器级的增益分布相对恒定。

快速电子控制架构是当前用于稳定EDFA的增益的最经济解决方案。这里，通常组合前馈控制技术和反馈控制技术。前馈控制允许快速地对输入功率变化做出反应并且防止大的增益偏差，但是由于基础模型的不准确、老化效应和固有效应，一些永久变化是不可避免的。这些缺陷通过以下方式补偿：慢得多的反馈系统清除在前馈控制中进行的预定调整中的任何误差并因此帮助恢复放大器的原始增益，即，放大器在输入功率的突然改变之前的增益。这种组合允许前馈控制对老化效应具有稳健性，并且通过在操作期间连续地更新控制参数来改变环境条件。在再大的时间尺度上，可通过包括连续运行的信号预加重的链路控制进行校正。

在标准控制方案中，在检测到放大器的输入功率中变化的情况下，前馈控制通常立即将泵浦功率设置为新的功率级。结合改变的信号功率，此新泵浦功率级通常旨在使得增益介质的相同稳态反转能级在输入功率改变之前存在。为了达到最佳结果，新泵浦功率级的预测应尽可能准确并且几乎即时。但在某些情况下，即使这种也是不够的。

即使在即时泵浦功率适应和所需泵浦功率的准确预测的理想情况下，通常也不能完全避免增益变化。这对于使用具有约980nm的发射波长的至少一个泵浦的EDFA尤其如此。利用这个泵浦波长，Er³⁺激光激活掺杂剂将从基态⁴I_15/2泵浦到“第三状态”⁴I_11/2。相对快速多光子跃迁从第三状态⁴I_15/2到达亚稳态⁴I_13/2,，其寿命取决于数量级为8ms至15ms(典型值为10ms)的玻璃组分。由于第三状态或能级处的有限寿命，所以从第三能级到亚稳态或第二能级的跃迁不会由于此级的有限寿命而与泵浦功率的突然减小同步地适应，以比喻的方式，一些泵浦光子存储在第三级。这产生记忆效应，其导致延迟反应以控制引起中间增益变化的相互作用。这种中间增益变化实际上可能足够大以至强烈干扰接收器处的数据检测。由于光学网络中增益变化的累积，如前所述，非常需要将增益变化保持得尽可能小。

在H.Nakaji、Y.Nakai、M.Shigematsu和M.Nishimura的2003年2月的Opt.FiberTechn.的第9卷第1章第25–35页的“Superior high–speed automatic gain controllederbium–doped fiber amplifiers”中公开了一种抑制被称为“输入延迟控制”的瞬态动态增益波动的方式。这里，提出延迟输入监视器与放大器的第一EDF的实际输入端之间的信号，以便处于在增益介质的输入功率变化实际发生之前调整泵浦功率的位置。然而，Nakaji等人提出的延迟需要具有至少400m的长度的额外光纤。除了噪声的较小增加之外，与当前朝向较小放大器尺寸的趋势相反，此额外光纤还需要较大的放大器外壳以容纳光纤线圈。

本发明人的EP 2 320 582 A1中公开了无需任何输入延迟的光纤放大器控制的改善方法。在此控制方法中，当检测到放大器的输入处的功率下降时，在本公开内容中，在称为“零时段”的有限时间段期间泵完全关闭(或至少降低到接近零的功率级)，以便更快地减少Er³⁺离子的第三级。

虽然这种“零时段技术”导致作为输入功率变化(仍取决于环境)的结果的瞬态增益变化的显著减小，但可能出现对更低增益变化的需要。在使用泵浦旁路或泵浦分路器将泵浦功率引入通过光学隔离器分开的两个不同掺稀土光纤线圈的情况下尤其如此。

发明内容

因此，本发明的问题在于提供用于控制光学放大器的方法以及放大器装置，其允许进一步减少由输入功率的变化引起的瞬态增益变化。

此问题通过根据权利要求1或权利要求11所述的用于控制光学放大器的增益的方法以及根据权利要求13或14所述的放大器装置来解决。从属权利要求中限定优选实施方式。

根据本发明的一个实施方式，用于控制包括增益介质和至少一个泵浦装置的光学放大器的增益的方法包括以下步骤：

-确定或预测被输入到放大器的输入信号功率的变化，

-在第一时刻将泵浦功率从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级，初始泵浦功率级是在输入信号功率的变化之前施加到放大器的泵浦功率级，

-在第二时刻将泵浦功率设置为第二泵浦功率级，其中泵浦功率级以振荡方式变化持续开始于第三时刻并且结束于第四时刻的至少一段时间，其中第三时刻与所述第一时刻相同或者比所述第一时刻晚，并且所述第四时刻与所述第二时刻相同或者比所述第二时刻早。

本发明对于增益介质包含第三状态或“泵浦状态”的放大器尤其有用，其中增益介质的离子由泵浦装置泵浦到第三状态或“泵浦状态”，该第三状态或“泵浦状态”的能量高于增益介质的亚稳态并且将由非辐射跃迁耗尽。这例如是EDFA中的情况，其中除了基态⁴I_15/2和亚稳态⁴I_13/2之外，还涉及短寿命的第三状态⁴I_11/2，至少一些Er³⁺离子实际被泵浦到第三状态。虽然Er³⁺是当前最具实际重要性的增益介质，但本发明不限于此，本发明还可用于涉及泵浦到比导致信号放大的跃迁所来源的能级高的能级的其他掺杂剂。

如以下将更详细解释的，如果输入功率中的变化是例如输入下降，则在可限制第二状态的填充度(population)与其最终值的正偏差的情况下可减少增益中的过冲。通常，这可通过关闭泵持续一些时间和/或通过在输入功率中的实际下降之前已经将泵浦功率减少到第二级来进行。然而，发明人已注意到，在许多现实应用中，尤其涉及泵浦旁路或泵浦分路器的那些应用，第二状态的填充度的此类较小正偏差可导致增益中同样有害的相当大的下冲。换句话说，使用限制增益过冲的现有技术控制技术将在许多情况下以出现或增加现存下冲为代价，从而限制增益变化的绝对值的可能减小。然而，通过在将泵浦功率设置为第二功率级之前施加振荡泵浦功率级持续一段时间，第二级的填充度可在移动到最终值之前一点一点地推动到较大值，并且下冲的量值因此变得更小。这样，可在同一控制内实现小增益过冲和小增益下冲两者。

在优选实施方式中，振荡泵浦功率的时间平均值超过第二泵浦功率级。

优选地，振荡的泵浦功率级的时间平均与第二功率级的比率在1至10的范围中，优选地处于2至4的范围。优选地，功率级振荡的所述至少一个时段的持续时间或者多个所述时段的累积持续时间为20μs至500μs，优选地为100μs至300μs。

应注意，这在概念上与上文介绍部分中提及的“输入延迟”控制或“零时段”控制非常不同，其主要集中在围绕输入功率的变化的前10μs或20μs，在这之后，不断地施加第二功率级。

优选地，功率级振荡的振幅随时间减小。

在优选实施方式中，振荡的平均频率大于1kHz，优选地大于10kHz，并且特别地大于200kHz。附加地或可替代地，振荡的平均频率小于1GHz，优选地小于100MHz，并且特别地小于2MHz。

优选地，第二泵浦功率级被选择以将放大器增益驱动至预定增益值，其中所述预定增益值优选地与输入功率改变之前的增益值一致。

在特别重要的实施方式中，

-输入信号功率的变化包括输入信号功率的下降，

-第二泵浦功率级小于所述初始泵浦功率级，并且

-泵浦功率保持在第一泵浦功率级处或第一泵浦功率级之下持续开始于所述第一时刻或第一时刻之后并且结束于第三时刻或第三时刻之前的一段时间，其中所述第一泵浦功率级等于或小于所述第二泵浦功率级，并且特别地为零。

输入功率下降是输入功率变化的最关键示例，其可能例如由于光纤断裂或保护切换而发生，导致放大器的输入处的功率突然且不可预见的变化。为此，以下讨论的多数论点和具体示例与输入功率下降有关。然而，本发明不限于此，并且类似控制也可适用于输入功率增加，具有第一输入功率级和第二输入功率级的适当值的情况。在这种情况下，优选地

-输入信号功率的变化包括输入信号功率的增加，

-第二泵浦功率级大于所述初始泵浦功率级，以及

-泵浦功率保持在第一泵浦功率级处或之上持续在所述第一时刻或第一时刻之后开始并且在第三时刻或第三时刻之前结束的一段时间，其中所述第一泵浦功率级大于所述第二泵浦功率级。

在优选的实施方式中，第一时刻与输入功率的变化一致，或者至少不晚于输入功率已改变总输入功率变化的50％之后的10μs，优选地1μs。

此控制可涉及直接在光放大器的输入处，更精确地在其增益介质的输入处监视输入信号功率，并且在检测到输入功率的变化时立即改变泵浦功率的情况。然而，由于涉及的电子控制电路具有有限响应时间，所以本实施方式中仍然允许上文限定的范围中的输入功率变化与泵浦功率的对应变化之间的短延迟。

在替代实施方式中，第一时刻处于放大器的输入功率已改变总输入功率变化的50％的时间之前。特别地，第一时间点可领先放大器的输入功率已改变总功率变化的50％的时间至少0.1μs，优选地至少0.5μs和/或10μs或更少，优选地2μs或更少。这里，优选地在通过光学延迟元件与放大器的增益介质分隔开的位置处监视输入功率。

在优选实施方式中，放大器是光纤放大器，并且增益介质由光纤中的掺稀土剂并且特别地由铒掺杂剂形成。

优选地，泵浦装置具有980nm+/-10nm的发射波长。

约980nm的泵浦波长允许填充(populating)Er³⁺掺杂剂的第三级。如以下将更详细解释的，增益介质中涉及第三级使得增益控制稍微更复杂，并且可倾向于相反使用约1480nm的泵浦波长来直接填充第二状态或亚稳态。然而，在技术领域中，当前可用的以980nm操作的泵浦光源在最大输出功率、成本和产生噪声性能方面目前是优越的，使得优选的泵浦装置通常将包括至少一个980nm的光源。

在优选实施方式中，放大器包括两个掺稀土光纤长度，通常是光纤线圈，特别地是掺铒光纤线圈，掺稀土光纤长度由光学隔离器分隔开并且包括允许泵浦光绕过所述隔离器的泵浦旁路、或者用于拆分泵浦装置的光以引入单独光纤长度的分路器。

这里，两个光纤长度之间的光学隔离器用作限制反向传播放大自发发射(ASE)。使用泵浦旁路或泵浦分路器，来自相同泵浦装置的光可引入到两个光纤长度。然而，发明人观察到当采用泵浦旁路时，增益下冲趋于发生。此趋势还预期用于泵浦分路途径。然而，使用本发明的增益控制，可成功抑制此下冲，如以下将更详细论述的。

在替代实施方式中，控制光学放大器的方法包括以下步骤：

-确定或预测放大器的输入信号功率的变化，

-在第一时刻将泵浦功率从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级，初始泵浦功率级是在输入信号功率的变化之前施加到放大器的泵浦功率级，

-在第二时刻将泵浦功率设置为第二泵浦功率级，其中

在输入信号功率的变化是输入信号功率下降的情况下，

-在所述第一时刻之后开始的第一时间间隔期间将泵浦功率保持在第一泵浦功率级处或之下，其中所述第一泵浦功率级小于所述第二泵浦功率级，并且特别地为零，以及

-在第二时间间隔期间将泵浦功率提高到所述第二泵浦功率级之上，所述第二时间间隔在所述第一时间间隔已结束之后开始并且在所述第二时刻处或之前结束，和/或

在输入信号功率的变化是输入信号功率增加的情况下，

-在所述第一时刻之后开始的第一时间间隔期间将泵浦功率保持在第一泵浦功率级之上，其中所述第一泵浦功率级大于所述第二泵浦功率级，并且

-在第二时间间隔期间将泵浦功率保持在所述第二泵浦功率级之下，所述第二时间间隔在所述第一时间间隔已结束之后开始并且在所述第二时刻处或之前结束。

如以下将参考示例性实施方式示出的，这种类型的控制还允许将总增益变化的值降低到小于现有技术前馈控制的值。还在这种情况下，泵浦功率第一次改变的第一时刻可在放大器的输入信号功率已改变了总输入信号功率变化的50％的时间之前。

另外，在所述第二时间间隔期间，可调整泵浦功率以便朝所述第二泵浦功率级单调地收敛。在这种情况下，根据这个实施方式，泵浦功率级达到第二泵浦功率级的时间被视为“第二时刻”。在泵浦功率朝第二泵浦功率级渐进地收敛的情况下，第二时刻可例如是泵浦功率级处于第二泵浦功率级的3％内的时间。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的放大器设置的示意图，

图2是放大器设置的另一示意图，其中更详细地示出图1的无源部件和掺杂光纤的布置，

图3是示出对于本发明的泵浦功率控制和根据现有技术的泵浦功率控制的三个示例的泵浦功率对比时间的曲线图，

图4示出利用图3中示出的泵浦功率控制方案获得的增益变化对比时间，

图5是对于图3的四个控制方案获得的增益介质的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图，

图6是示出根据本发明实施方式的泵浦功率控制的框图，

图7示出对于使用振荡泵浦功率但没有输入延迟并且没有零时段的示例的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图、泵浦功率对比时间以及增益变化对比时间，

图8示出对于使用振荡泵浦功率的三个单独间隔但没有输入延迟并且没有零时段的示例的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图、泵浦功率对比时间以及增益变化对比时间，

图9示出对于结合零时段使用振荡泵浦功率的八个单独间隔但没有输入延迟的示例的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图、泵浦功率对比时间以及增益变化对比时间，

图10示出对于结合零时段使用振荡泵浦功率的单个延伸间隔但没有输入延迟的示例的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图、泵浦功率对比时间以及增益变化对比时间，

图11示出对于替代实施方式的第二级和第三级的填充度的变化的参数绘图、泵浦功率对比时间以及增益变化对比时间，其中输入延迟和零时段与在零时段之后开始的第二时间间隔期间将泵浦功率提高到第二泵浦功率级上结合，以及

图12是示出对于图11的示例中采用的控制方法生成控制信号的滤波器装置的框图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解的目的，现将参考附图中所示的优选实施方式并将使用特定语言来描述所述实施方式。然而，应理解，并不由此试图限制本发明的范围，应考虑在所示装置和方法中的这些改变和另外修改以及其中所示的本发明的原理的进一步应用，如同现在或未来本发明所属领域技术人员通常会发生的那样。

在图1中，示意性地示出掺饵光纤放大器(EDFA)的设置10。设置10包括无源部件和掺铒纤维的装置12，其在图1中由放大器符号表示。装置12具有用于待放大的入射光的输入14、用于经放大的光的输出16，以及用于接收由泵浦光源20生成的泵浦光的泵浦光输入18。在本示例性实施方式中，泵浦光源20具有980nm的泵浦波长。

在放大器输入14的上游设置功率分路器22，功率分路器22使一些入射光分支并且将其引导到光电转换器24，光电转换器24在本示例中由光电二极管形成。由虚线示出以指示其仅为任选特征的任选延迟线26设置在功率分路器22与EDFA 12的输入之间。

光电二极管24生成电信号S₁，其表示取决于延迟线26存在与否有或没有延迟地输入到装置12的输入功率。输入功率信号S₁被输入到前馈控制单元28，前馈控制单元28输出表示待由泵浦光源20提供的泵浦功率的泵浦功率信号S₂。

第二功率分路器30和第二光电转换器32设置在装置12的输出16的下游。在本示例中，光电转换器再次由光电二极管形成。第二光电二极管32生成输出功率信号S₃，输出功率信号S₃表示由装置12输出的光信号的功率。输入功率信号S₁和输出功率信号S₃都被馈送到反馈控制单元34，反馈控制单元34响应于这些信号生成信号S₄，信号S₄可被认为是对泵浦功率信号S₂的校正，并且在加法器36中与泵浦功率信号S₂组合。由反馈控制单元34执行的反馈控制的目的主要是校正长期效应，而本发明主要涉及由前馈控制单元28提供的前馈控制。

在图2中，示出放大器装置的示例，其中更详细地示出装置12。如其中看到的，装置12包括由光学隔离器40分开的两个掺铒光纤38的线圈。光学隔离器40被第一线圈的剩余泵浦光通过泵浦旁路42绕过，泵浦旁路42通过选波耦合器44与掺铒光纤线圈38的端部耦合。如图2中进一步看到的，泵浦光输入18通过另一选波耦合器46连接到第一光纤线圈。最后，另一隔离器48将分路器22和46分开，并且因此避免了反向移动ASE在其输入处离开放大器。

图3是示出根据本发明的前馈控制并且与现有技术的前馈控制相比的泵浦功率对比时间的图。注意，在图3中，时间轴具有非线性标度，以便清楚地区分围绕时间零的不同控制方案之间的差异。假设在时间零处，放大器12的输入信号功率显著下降。

在由图3中的实线曲线50表示的标准前馈控制中，在时间零处，泵浦功率在单个快速下降中从初始泵浦功率级下降到第二泵浦功率级。初始泵浦功率级适合于初始输入功率，即在功率下降之前获得预定增益值。第二泵浦功率级是适于新的输入信号功率值的功率级，以便获得放大器12的与以前一样的增益。显然，如果放大器12的输入信号功率下降，如在当前情况下，则需要减少的泵浦功率以便获得相同的增益值，或者换句话说，掺铒光纤38中Er³⁺离子的基态和亚稳态的填充度(population)的相同比率(参见图2)。结果，第二泵浦功率级比初始泵浦功率级小得多。

此外在图3中，示出了基于虚线52中的输入延迟的前馈控制的泵浦功率对比时间。根据“输入延迟控制”，在嵌入装置12中的增益介质的输入功率实际下降之前，泵浦功率从初始泵浦功率级下降到第二泵浦功率级，这就是为什么图3中的虚线52的下降处于负时间(negative times)。由于在诸如部件故障或光纤断裂的最关键情况下，不能预见输入功率的下降，所以类似图1中的延迟线26的延迟线设置在用于监视输入下降的光电转换器24与装置12的输入14之间。因此，在下文中将此控制方案称为“输入延迟控制”。

图3中进一步示出了从发明人的早期专利申请EP 2 320 582 A1中已知的“零时段控制”。图3的图中的对应曲线以点划线54示出。类似于标准控制，在“零时段控制”中，当注意到输入功率中的下降时，即，在时间零处，立即减少泵浦功率。然而，在“零时段控制”中，泵浦功率实际减少到零，或者至少到低于第二泵浦功率级的某值。泵浦功率保持在此低值或消失值持续一定时间段，之后其被设置为第二泵浦功率级。零时段的合适持续时间的偏差在EP 2 320 582 A1中提供并且以引用方式并入本文。

最后，图3中的另一实线曲线56表示根据本发明实施方式的前馈控制的泵浦功率对比时间。根据本发明实施方式的控制在下文中被称为“经调制的泵浦功率控制”。在经调制的泵浦功率控制中，在第一时刻58，泵浦功率再次从初始功率级下降到第一泵浦功率级，第一泵浦功率级在本实施方式中为零。然而，在任何情况下，第一泵浦功率级小于第二泵浦功率级。在示出的实施方式中，第一时刻58实际上处于输入信号功率在时间零处下降之前，即，其使用一些输入延迟，但输入延迟比由曲线52表示的普通“输入延迟控制”的输入延迟短。在替代实施方式中，第一时刻58还可与输入功率中的下降一致，即，对应于时间零。

同样在其他控制方案中，在第二时刻60，泵浦功率再次设置为第二泵浦功率级。然而，如图3中所见，根据“经调制的泵浦功率控制”，泵浦功率级振荡持续在所述第一时刻58之后开始并且在所述第二时刻60之前结束的一段时间。这里，振荡频率是500kHz并且振幅被设置为连续降低。在本示例中，振荡泵浦功率的时段在约14μs处开始，即，在图3的比较性示例的“零时段控制”的“零时段”已经过去的时间处开始，并且持续约136μs。换句话说，振荡泵浦功率的时段完全或至少大部分地占据以下时间段，在该时间段期间，根据已知类型的泵浦功率控制，即“标准控制”(曲线50)、“输入延迟控制”(曲线52)或“零时段控制”(曲线54)，已经将泵浦功率级设置为第二泵浦功率级。

图4示出了对于图3中示出的四个控制的增益变化对比时间。对于不同控制方案，使用如图3中的相同线类型。曲线50以实线示出针对标准控制获得的增益变化、曲线52以虚线示出通过“输入延迟控制”获得的增益，并且曲线54以点划线示出利用“零时段控制”获得的增益。对于所有现有技术的控制方案，已经选择出产生增益变化的最小量级的控制参数的值。曲线56以另一实线示出经调制的泵浦功率控制的增益。如从图4所见，正数方向上的增益的偏差，以下也称为“过冲(overshoot)”，对于本发明的经调制的泵浦功率控制是最小的。经调制的泵浦功率控制在短时间具有某一下冲(undershoot)，然而，该下冲仍然比“输入延迟控制”(曲线52)的下冲小得多。进一步看到，经调制的泵浦功率的增益的过冲比标准控制(曲线50)或“零时段控制”(曲线54)的过冲小得多。

经调制的泵浦功率控制的有益之处可解释为如下。EDFA的增益分布基本上通过所涉及能级的填充概率确定。通过表示第二级或亚稳能级的填充概率并且通过表示第三级或泵浦级的填充概率，通过下式以线性单元描述掺铒光纤的增益分布：

其中和表示用于信号波长处的吸收和发射的、波长相关的Giles参数。这两个填充概率是此式中取决于时间t的唯一参数。因此，它们的演进确定放大器的瞬态行为。不幸地，两个参数都耦合到泵浦功率并且不能彼此独立地调整。与小输入信号功率级相比，大输入信号功率级需要更大的泵浦功率以保持放大器增益恒定。由于大泵浦功率通常与泵浦级的较大填充概率一起，稳态能级的填充概率将在通道下降的情况下改变。如果输入功率的下降是由于除了由式(1)产生的一个“幸存”通道以外的所有入射通道的损坏，那么在满足式(2)的情况下波长λ_surv处的单个幸存信道的增益不改变，

其中

下降前

和

下降前

分别代表第二级或稳态能级以及第三级或泵浦能级的填充概率与初始值的时间相关偏差。换句话说，需要两个涉及的填充概率的变化之间的线性关系来保持单个幸存通道的增益恒定。

当与输入信号功率的下降同步地减少泵浦功率时，较少离子立即被激励到泵浦能级。此外，从稳态能级到基础能级的跃迁的比率也突然降低。相比之下，从泵浦能级到稳态能级的主要非辐射跃迁的比率几乎成倍地降低，直至达到新的平衡状态。因此，稳态能级的填充概率和增益经历过冲。

从图5的参数绘图领悟对前馈控制的进一步深入了解。在图5中，横轴表示第二级的填充度的变化，并且纵轴表示第三级的填充度的变化。因此，点(0,0)对应于产生期望增益值的初始填充度，即，在输入信号功率下降之前。直线62表示将导致相同增益值的第二级和第三级的填充度变化对。理想地，在输入信号功率下降之后，泵浦功率被控制使得第二级和第三级的填充度将沿着线62演进直至点64，实现最终填充度，这导致与初始相同的增益，但具有减少的输入功率及因此第二级和第三级的减少的填充度。线62右侧的任何偏差对应于第二级的过度填充，或者换句话说，增益中的“过冲”。相反，直线62左侧的任何偏差对应于第二级的填充度的缺乏，并因此增益中的下冲。

再次，实线50示出了标准控制的填充度的演进。在时间零处，曲线50在图5中的点(0,0)处开始，其中输入功率减小，并且泵浦功率立即设置为第二泵浦功率值。在小功率级下，放大器动态主要由导致信号放大的能级的寿命确定。第三级的寿命已被测量为约6.6μs，而第二级的寿命总计为约10ms。由于此巨大差异，第三级的填充度减少得比第二级快得多。实际上，泵浦能级在前约20μs内迅速减少填充度。在此时段期间，第二状态的填充度增加几乎与第三级的填充度减少的数量相同的数量。这在图5中看出，其中曲线50远离点(0,0)的斜率大约为-1，并因此在线62的右侧。这导致在图4中也观察到的增益中的大的过冲。

接下来将标准泵浦功率控制50的迹线与“零时段控制”54的迹线进行比较。由于零时段，与相比，的变化率在第一微秒期间已经变得较小，并且配置点因此更接近虚线62。为此，过冲小于标准控制中的过冲，如图4显而易见的。

进一步参考图5，用于“输入延迟控制”的曲线52的迹线可理解为如下。在“输入延迟控制”中，泵浦功率在输入功率下降之前下降。因此，第三级的填充度概率相对快速地下降。由于输入光还未下降，所以第二级的填充度同样由于受激发射而耗尽，并且由于减小的泵浦功率而不能充分地重新填充。在由66表示的操作点处，输入功率也下降，并且另外的迹线52类似于标准控制的迹线，但是在图5的图中向左偏移，从而避免大的过冲。注意，在操作点66周围，控制将呈现出实质下冲，这也在图4中看到，但是这个下冲仍然远小于标准控制中的过冲。

从图4和图5中进一步可看出，标准控制、标准“输入延迟”和“零时段控制”中的每一个导致一些下冲，这由与图2的放大器设置10的泵浦旁路42相关联的损失导致。下冲实际上限制组合的“零时段”和“输入延迟控制”的效率。

根据本发明实施方式的“经调制的泵浦功率”控制的迹线58作为“输入延迟”和“零时段”控制的组合开始。实际上，在图5的图中的点(0,0)处开始，在输入功率尚未下降的时间处泵浦功率下降到零，类似于“输入延迟”控制(曲线52)，导致第三级的填充度概率的快速降低并且第二级的填充度概率不太快速降低。然而，应注意，输入延迟比迹线52的情况中的短，这就是为什么迹线在操作点68处改变其方向。此外，与“输入延迟”控制不同，泵浦功率减小到低于第二泵浦功率级的值，并且在此特定实施方式中为零(参见图3)。因此，在迹线的已经发生输入功率下降的部分处，迹线58的斜率比迹线52的斜率陡，因为在没有任何泵浦的情况下，第三级的填充度降低得甚至更快。

此外，在输入功率下降之后约15μs的时间处，致使泵浦功率以约500kHz的频率振荡持续大约136μs的时段，如以上参考图3所解释的。这种振荡的效果可从图5的插图中看出，其中以放大方式示出了由矩形标记的图5的参数绘图的部分。如从图4的曲线54显而易见的，关闭泵浦持续一些时间(零时段)导致与其最终值的较小正偏差，但在相同时间导致较大下冲。根据本发明，这些下冲被减小以允许进一步减小增益变化的最大量值。从图5的放大插图显而易见的，由于振荡泵浦功率，引入了和的、接近它们的最终值的小周期增加。这样，在图5的图中被椭圆包围的区域中，迹线58在移动到最终值之前一点一点地推到的较大值，并且下冲的量值变得更小。

与没有振荡泵浦功率的“零时段”和“输入延迟”的最佳组合方式相比，增益变化的量值可减小22％并且等于0.29dB。再次参考图4，“经调制的泵浦功率途径”(曲线58)展现出第一负峰值，之后是具有一些叠加小波动的随后局部最大值。这之后是适度下冲，其稍微大于标准控制50的下冲，但与普通的“输入延迟”控制52和“零时段”控制相比较小。

最后，图6是表示根据“经调制的泵浦功率途径”的前馈控制的示意性框图。该控制通常基于标准前馈控制(块70)，其确定对应于输入功率变化之后的新输入功率的第二泵浦功率级。此外，提供瞬态检测块72以用于检测输入功率的快速变化。随后，使用零时段块74并且使用块76，将泵浦功率的周期性调制引入到控制。这里，周期性调制是具有减小振幅的正弦调制。最后，在块78中，泵浦功率信号被限制器78“限幅”，以避免负泵浦功率值。

要强调的是，由图3中的附图标记56表示的“经调制的泵浦功率控制”仅仅是一个示例性实施方式，并且在本发明范围内的许多变化是可能的。例如，图7示出了可被认为是标准控制和振荡泵浦功率的组合的控制。图7中间的图示出了泵浦功率对比时间。如图所示，在第一时刻(零时间)处，泵浦功率从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级，其对应于第二泵浦功率级，这对于“标准控制”是典型的。然而，与标准控制不同，泵浦功率级以振荡的方式改变持续开始于第一时刻之后大于100μs的第三时刻并且结束于与第二时刻重合的第四时刻的时间段，在第二时刻处泵浦功率被设置为第二泵浦功率级并且在此之后泵浦功率保持在第二泵浦功率级。应注意，在图7的中间图中，泵浦功率振荡的频率再次为500kHz，使得在图7的时间分辨率中不能识别各个振荡，使得此时段在图中看起来像实线集群。再次，功率级振荡的振幅随时间减小。

图7的左图示出了利用根据图7的中间图的控制获得的增益介质的第二能级和第三能级的填充度变化的参数绘图，并且右图示出对应的增益变化对比时间。如右图所见，在泵浦功率的振荡开始的第三时刻之前，增益变化与图4的曲线50的增益变化类似，这是可预期的。然而，由于振荡泵浦功率，增益变化增加，并且可避免图4中存在的增益变化中的下冲。

图8示出了与相关控制中的图7类似的图。在图8的示例中，也没有使用输入延迟和零时段。然而，代替具有振荡泵浦功率的一个长时段，使用振荡泵浦功率的三个连续时段。这种控制的效果可在图8的右图中看到：增益变化在正数方向上被“推动”三次，对应于泵浦功率振荡的三个时段，这再次允许避免增益中的任何下冲，但是同时避免了图7的示例中存在的增益中的另一大的过冲。

图9示出了没有输入延迟但其中引入有振荡泵浦功率的总共八个时段的修改的“零时段控制”的类似图。在振荡泵浦功率的最后时段之后，泵浦功率维持在第二值。换句话说，八个振荡泵浦功率间隔中的每一个在“第二时刻”之前，在第二时刻处泵浦功率被设置为第二泵浦功率级并保持在第二泵浦功率级。在此示例中，第一振荡泵浦功率间隔的持续时间大于其他振荡泵浦功率间隔的持续时间。从图9的右图可看出，使用振荡泵浦功率的八个时段，可完全避免针对图4的“零时段控制”54观察到的下冲。

图10示出了再次采用“零时段”但没有输入延迟的控制的类似图。更精确地，在时间零处，泵浦功率从其初始泵浦功率级改变为新泵浦功率级，在此示例中新泵浦功率级为零。从稍微早于30μs的第三时刻到大约1000μs的第四时刻，泵浦功率级以振荡的方式变化。第四时刻对应于泵浦功率被设置为第二泵浦功率级的第二时刻，泵浦功率随后维持在第二泵浦功率级。如进一步看到的，在10μs与15μs之间引入泵浦功率的小尖峰。再次，从图10的右图可看出，能够可靠地避免对于图4的“零时段控制”54观察到的下冲。

从前面示例可看出，控制可以各种方式进行。然而，在所有这些示例中，控制以泵浦功率在第一时刻从初始泵浦功率级改变到新泵浦功率级开始，其中在所示的示例中，“新泵浦功率级”可如图9和图10中为零，或者可如图7和图8的情况对应于第二泵浦功率级，但是同样可想到其他的“新泵浦功率级”。此外，在本文中称为“第二时刻”的某个时间点，泵浦功率被设置为第二泵浦功率级，泵浦功率维持在第二泵浦功率级，因为第二泵浦功率级被选择以将放大器增益驱动到预定增益值，例如与输入信号功率改变之前相同的增益值。在这些第一时刻与第二时刻之间，可引入振荡泵浦功率的一个或多个时段，这些时段在第三时刻开始并且在第四时刻结束，其中第三时刻与第一时刻相同或者比第一时刻晚，并且第四时刻与第二时刻相同或者比第二时刻早。

最后，图11示出了本发明的替代实施方式，其中泵浦功率没有振荡。从图11的中间图可看出，在第一时刻处，泵浦功率从初始泵浦功率级改变为零。此第一时刻处于负时间，即在输入信号功率实际下降之前。因此，此实施方式也使用“输入延迟”，但这仅是任选的。在持续略长于15μs的第一时间间隔期间，泵浦功率保持为零。随后，在第二时间间隔期间将泵浦功率升高到第二泵浦功率级之上。在第二时间间隔期间，调整泵浦功率以便朝向所述第二泵浦功率级单调地收敛。在某个时间点处，泵浦功率达到第二泵浦功率级，其随后对应于根据本公开的“第二时刻”。应注意，朝向第二泵浦功率级的收敛被认为是“将泵浦功率设置为第二泵浦功率级”的步骤的特殊情况。例如，当泵浦功率已经朝向第二泵浦功率级收敛到例如处于第二泵浦功率级的3％的范围内时，可以说已经达到第二泵浦功率级，并且泵浦功率已经被“设置为第二泵浦功率级”。

从图11的右图可看出，此替代实施方式再次允许增益的非常小的变化。图11的控制的一个优点在于不必主动地引起泵浦功率中的振荡，这允许非常成本有效的实现方案。实际上，如将参考图12解释的，图11的控制可在没有任何DSP等的情况下而仅使用合适的滤波器实现，如图12所示。

如图12所示，除了标准前馈控制块70和限制器78之外，使用控制块79，包括全通滤波器80、第一高通滤波器82、延迟元件84以及第二高通滤波器86。表示信号输入功率的信号S₁(参见图1和图2)输入到全通滤波器80、第一高通滤波器82以及延迟元件84中的每一个中。一旦输入信号功率信号S₁出现突然变化，这就导致在第一高通滤波器82处的大输出。由于从其他信号中减去第一高通滤波器82的输出，进入限制器76的总信号将为负的，因此导致限制器76的零输出，从而实现在图11的中间图中可看到的零时段。

输入信号功率信号S1的振幅的快速变化还将导致第二高通滤波器86处的正输出峰值，但是延迟由延迟单元84限定的时间段，其有效地确定零时段的表示。此延迟的正峰值将引起泵浦装置的控制信号，其导致泵浦功率超过第二功率值，如在图11的中间图中再次看到的。随着正峰值在时间上衰减，泵浦功率朝第二功率级收敛。当然，这些滤波器函数也可组合在单个传递函数中。

上述实施方式和附图仅用于说明根据本发明的方法，并且不应被视为指示对方法的任何限制。专利的范围仅由所附权利要求确定。

附图标记列表

10 放大器设置

12 包括掺铒光纤线圈和无源部件的装置

14 装置12的输入

16 装置12的输出

18 泵浦光输入

20 泵浦光源

22 第一功率分路器

24 第一光电转换器

26 延迟线

28 前馈控制单位

30 第二功率分路器

32 第二光电转换器

34 反馈控制单元

36 加法器

38 掺铒光纤的线圈

40 光学隔离器

42 泵浦旁路

44 另外的选波耦合器

46 选波耦合器

48 另外的隔离器

50 实线曲线

52 虚线

54 点划线

56 实线曲线

58 第一时间点

60 第二时间点

62 直线

66 操作点

68 操作点

70 标准前馈控制块

72 瞬态检测块

74 引入零时段的块

76 调制块

78 限制器块

79 控制块

80 全通滤波器

82 高通滤波器

84 延迟元件

86 第二高通滤波器