CN106785833B - 一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，包括第一隔离器、第一分光器、第一复用器、第一掺铒光纤、第二复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器、第二分光器、控制器、第一光检测器和第二光检测器，本发明解决现有技术中噪声系数大和增益平坦度差的技术问题。

Description

一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器。

背景技术

掺铒光纤放大器的基本原理是利用掺铒光纤中的Er3+离子在泵浦光的激发下形成粒子数反转，在信号光的诱导下实现受激辐射光放大。泵浦源通常采用980nm和1480nm的激光。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度，使EDFA的放大效应具有一定波长范围，其典型值在1530—1570nm。

然而，Er3+离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射，即Er3+离子在亚稳态上暂短停留还没有机会与光子相互作用，就会自发地从亚稳态跃迁到基态并发射出1550nm波段的光子，这种光子与信号光不同，它构成EDFA的噪声。在实际***中，由于自发辐射和光噪声的存在，掺铒光纤放大器不仅仅传播和放大信号光，同时也放大了自发辐射，这种在光纤中传播并放大的非信号光叫做ASE光。

虽然ASE的功率很小，但是它覆盖的频率很宽，会消耗一部分的泵浦功率，而且有两个传播方向(正向和反向)以至于影响信号的放大倍数。尤其是反向传输的ASE光经过反向的放大之后，传到掺铒光纤放大器的输入端时已经相当大了，而此时的信号光则很弱，这样就会直接导致噪声系数和信号增益的恶化。

随着通信技术的不断发展，宽带和高速的通信越来越受到社会的广泛关注。尤其光通信领域的DWDM(密集波分复用)带来的巨大潜在宽带，宽带传输倍受人瞩目。自掺铒光纤放大器商用以来，它毫无疑问在全光通信中起着至关重要的作用。它在1.55um波段的掺铒光纤放大器(EDFA)可以有效地补偿光纤传输损耗和分路损耗。然而，由于EDFA本身存在着增益不平坦性和均匀饱和的增益展宽特性，这种功率差异沿着传输路径逐渐积累，会造成某些信号功率高度集中，引起光纤非线性效应(如：自相位调制SPM，交叉相位调制XPM等)，而某些信道功率过小，超出接收机灵敏度范围。因此，信道功率的不均衡最终会严重恶化***的性能。在信号放大过程中会出现信道间功率不均衡的现象。

为了解决这一问题，人们提出了多种利用掺铒光纤放大器实现功率箝制的技术方案，使功率不同的信号经过放大后输出功率相同。其中，Oliver C.Graydon等提出一种***差异损耗的机制来实现功率箝制，结构比较简单。但是，该方案采用绕成一定直径的光纤圈来实现对泵浦光和信号光的差异损耗，可靠性较差。

传统的单段式掺铒光纤放大器光路：信号光和泵浦光通过耦合器耦合进入掺铒光纤，掺铒光纤的长度一般通过理论建模在给定的泵浦效率下达到最大化。由于掺铒光纤放大器中同时存在着受激辐射和自发辐射，自发辐射在传播的过程中被不断地放大，到输出端时会成为明显的噪声，从而影响输出信号的信噪比。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，解决现有技术中噪声系数大和增益平坦度差的技术问题；

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，包括第一隔离器、第一分光器、第一复用器、第一掺铒光纤、第二复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器、第二分光器、控制器、第一光检测器和第二光检测器；

所述输入光信号经过第一隔离器、第一分光器和第一复用器进入第一掺铒光纤，所述第一光检测器的输入端接第一分光器的输出端；

所述控制器的输入端分别连接第一光探测器和第二光探测器，所述控制器的输出端经泵浦激光器连接第一复用器的输入端；

所述第一掺铒光纤的输出端连接第二复用器，所述第二复用器的输出端连接第二掺铒光纤；

所述第二掺铒光纤依次连接所述第二隔离器和第二分光器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，它还包括差异损耗环，所述差异损耗环设置在第一掺铒光纤、第二掺铒光纤之间，且差异损耗环与第二复用器并联。

进一步，所述差异损耗环包括可调衰减器和第三隔离器，所述可调衰减器和第三隔离器串联，且可调衰减器与所述控制器连接，

进一步，它还包括回光探测器，所述回光探测器分别连接第二分光器、控制器。

本发明的有益效果：

1.本发明采用两段级联优化的掺铒光纤通过隔离器隔开，允许信号光从正向通过，而反向传播的ASE噪声却无法通过前段光纤，从而反向ASE噪声不会消耗泵浦激光器的功率和影响信号在前段的放大，提高信号放大增益。

2.本发明由于反向ASE噪声没有在第一段掺铒光纤得到放大，可以减小第一级的噪声系数，由于多级***中，***总的噪声系数主要是受到第一级噪声系数的影响，所以可以减小总的噪声系数。

3.本发明利用在电路中放置可调衰减器，通过改变可调衰减器的损耗，可以调节掺铒光纤的平均反转电平，进一步改变EDFA增益谱中的增益倾斜；

4.本发明采用第一光探测器、第二光探测器采集信号输入、输出功率，经过A/D转换器将信号由模拟量转换成数字信号，经控制器处理，控制泵浦激光器输出，以达到微调泵浦激光器的泵浦功率；

5.本发明采用回光探测器从输出端做回光检测，输出端后面的光纤一旦出现断路，本地的掺铒光纤放大器可以检测到较强的反射波，以便微处理器判断及时光断泵浦激光器，避免伤及其他的光器件并报警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所述的一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器的结构示意图；

图2为本发明具体实施例所述的一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器的泵浦光和信号光功率箝制曲线。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一隔离器；2、第一分光器；3、第一复用器；4、第一掺铒光纤；5、第二复用器；6、第二掺铒光纤；7、第二隔离器；8、第二分光器；9、控制器；10、第一光检测器；11、第二光检测器；12、泵浦激光器；13、差异损耗环；14、可调衰减器；15、第三隔离器；16、回光探测器；17、第一端口；18、第二端口；19、第三端口；20、第四端口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，包括第一隔离器1、第一分光器2、第一复用器3、第一掺铒光纤4、第二复用器5、第二掺铒光纤6、第二隔离器7、第二分光器8、控制器9、第一光检测器10和第二光检测器11；

所述输入光信号经过第一隔离器1、第一分光器2和第一复用器3进入第一掺铒光纤4，所述第一光检测器10的输入端接第一分光器2的输出端；

所述控制器9的输入端分别连接第一光探测器10和第二光探测器11，所述控制器9的输出端经泵浦激光器12连接第一复用器3的输入端；

所述第一掺铒光纤4的输出端连接第二复用器5，所述第二复用器5的输出端连接第二掺铒光纤6；

所述第二掺铒光纤6依次连接所述第二隔离器7和第二分光器8。

其中，它还包括差异损耗环13，所述差异损耗环13设置在第一掺铒光纤4、第二掺铒光纤6之间，且差异损耗环13与第二复用器5并联。

进一步，所述差异损耗环13包括可调衰减器14和第三隔离器15，所述可调衰减器14和第三隔离器15串联，且可调衰减器14与所述控制器15连接，

其中，它还包括回光探测器16，所述回光探测器16分别连接第二分光器8、控制器9。

本发明的工作原理：

光信号在经过第一段掺铒光纤4后，从差异损耗环13的第一端口17耦合到第三端口19，经过光隔离器6和可变衰减器7后，又从第二端口18耦合到第四端口20再进入第二段掺铒光纤6中。而从第一段掺铒光纤4输出的剩余泵浦光直接从差异损耗环13的第一端口17耦合到第四端口20，几乎没有附加损耗；

第一光检测器10、第二光检测器11和回光探测器16检测的光的电信号都送入控制器9，该控制器9据此控制泵浦激光器12的工作，泵浦激光器12的激光功率由第一复用器3与信号光耦合后输入第一段掺铒光纤4。

其中控制器9主要功能包括光探测器采集单元、泵浦激光器功率驱动单元、微处理器(MCU)和控制键盘及显示，其增益控制的功能具体实现如下：第一光探测器10和第二光探测器11分别采集输入、输出信号的即时激光功率，并输出相应的电信号到控制器9；

(1)光探测器采集单元将第一光探测器10和第二光探测器11采集输入的光强度电信号由模拟量转换成数字信号；

(2)经微处理器MCU处理，计算得到即时信号的增益。

(3)将信号的即时增益与预设的目标增益比较，控制器9按照一定的步长计算出泵浦激光器12注入电流的增大量或减小量，由D/A转换器将此结果转换成模拟信号输出至泵浦激光器12，以达到微调泵浦激光器的功率；

(4)按照(1)-(3)步中的方法测得调整后的即时信号增益，重复第d步骤，直至泵浦激光器12的信号即时增益达到目标增益。

根据理论实验证实，图2给出了模拟计算的图1所示结构下的泵浦光和信号光功率箝制曲线。实线和虚线分别代表输入为-20dB和0dB时的特性。可以看到，经过第一段掺铒光纤4后，两个信号均得到放大，但是-20dB信号增益比0dB获得的增益要小得多。继续经过差异损耗环5衰减相同的dB数值后进入第二段掺铒光纤6之后，输入为-20dB的信号在剩余泵浦光激励下继续得到放大，而输入为0dB的信号第二段掺铒光纤6对其略有吸收。结果，两个输入大小不同的信号在第二段掺铒光纤6的输出端合并在同一个功率点上。从-20dB到0dB之间任一大小的信号相应功率变化曲线应在这两条曲线之间，因此，在-20dB到0dB的20dB动态范围内实现了功率箝制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，其特征在于：包括第一隔离器、第一分光器、第一复用器、第一掺铒光纤、第二复用器、第二掺铒光纤、第二隔离器、第二分光器、控制器、第一光检测器、第二光检测器和输入光信号；

所述输入光信号经过第一隔离器、第一分光器和第一复用器进入第一掺铒光纤，所述第一光检测器的输入端接第一分光器的输出端；

所述控制器的输入端分别连接第一光探测器和第二光探测器，所述控制器的输出端经泵浦激光器连接第一复用器的输入端；

所述第一掺铒光纤的输出端连接第二复用器，所述第二复用器的输出端连接第二掺铒光纤；

所述第二掺铒光纤依次连接所述第二隔离器和第二分光器；

它还包括差异损耗环，所述差异损耗环设置在第一掺铒光纤、第二掺铒光纤之间，且差异损耗环与第二复用器并联；所述差异损耗环包括可调衰减器和第三隔离器，所述可调衰减器和第三隔离器串联，且可调衰减器与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种功率箝制增益可控的掺铒光纤放大器，其特征在于，它还包括回光探测器，所述回光探测器分别连接第二分光器、控制器。