CN1506740B - 具有自动功率控制功能的光纤放大器及自动功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

该光纤放大器的特征在于用于放大输入的光信号的光放大部分。设置的取样部分用于分路由光放大部分放大的光信号的一部分，并且检测属于短波长段的第一测试光，以及属于长波长段的第二测试光。输入功率控制电路用于比较第一和第二测试光的各自的功率，然后依据第一和第二测试光的功率的差异，输出控制信号，该控制信号用于控制输入到光放大部分的光信号的输入功率。输出功率控制电路从在取样部分分路的光信号的功率，得出光放大部分的输出功率，并且控制光放大部分以使光放大部分的输出功率达到预定的值。可变衰减器依据控制信号，控制输入到光放大部分的光信号的功率。

Description

具有自动功率控制功能的光纤放大器及自动功率控制方法
技术领域
本发明实际一种光通信网络，更具体地说，涉及一种设置在光传输线路上的光纤放大器。
背景技术
由于光纤放大器可以增加信号传输距离、以及在相当宽的波长范围内均匀地补偿光纤设备中产生的损耗，因此，光纤放大器的发展已经加速了波分复用传输***和网络的扩展。在波分复用中，光信号由具有不同波长的多个信道组成。可以将传统的波分复用光纤放大器区分为：具有自动增益控制(AGC)的光纤放大器，该控制使每一个信道的增益保持恒定以对抗输入功率的变化；以及具有自动功率控制(APC)的光纤放大器，该控制可以不管输入功率或者信道，保持输出功率不变。信号的传输趋向于依据信道改变功率电平。作为补偿，在已知为增益倾斜的现象中，增益依据信道而变化，对于AGC光纤放大器，增益在输入功率电平上保持不变。增益倾斜最小化状态指增益随着信道相对不变的增益变平状态。增益倾斜越高，信道间的功率之间的差别越大。问题是，已知的APC光纤放大器不能保持恒定的增益倾斜。
图1显示现有技术中的自动增益控制的光纤放大器的配置。该光纤放大器包括第一和第二抽头耦合器(TAP)110、130、第一和第二光检测器140、150、光放大部分120以及增益控制电路(CTRL)160。
第一抽头耦合器110具有第一到第三端口。将输入到第一端口的光信号的一部分输出到第二端口。将该光信号其余的部分输出到第三端口。
第一光检测器140将通过第一抽头耦合器110的第三端口的光信号转换为电信号，并且输出转换后的信号。可以使用光电二极管(PD)作为第一和第二光检测器140、150。
光放大部分120放大并且输出被输入的光信号。光放大部分120可以包括：具有掺铒光纤(EDF)的掺铒光纤放大器(EDFA)、用于泵浦掺铒光纤的泵浦光源、以及用于将从泵浦光源输出的泵浦光耦合到掺铒光纤的波分复用耦合器(WDM耦合器)。
第二抽头耦合器130具有第一到第三端口。将输入到第一端口的光信号的一部分输出到第二端口。将光信号的其余部分输出到第三端口。
第二光检测器150将通过第二抽头耦合器的第三端口输入的光信号转换为电信号，并且输出转换后的信号。
增益控制电路160将从第一和第二光检测器输入的电信号的功率相互比较。同时，增益控制电路160控制光放大部分120，以便可以使光信号的信道增益保持恒定。
图2显示在设置了多个光纤放大器的光传输线路上的光信号的功率变化。该光传输线路包括依据光纤放大器的位置(D1，D2，D3，D4)划分的多个部分。当将光信号沿着光传输线路发送时，由每一个光纤放大器放大该光信号。光信号的功率逐渐衰减，直到信号遇到下一个光纤放大器。在光纤放大器中，信道增益例如(P1-P3)或者(P2-P4)保持恒定。结果，均匀地补偿在光传输线路上产生的传输损耗。当沿着光传输线路传播时，已经由光纤放大器放大的光信号逐渐地损耗功率。在通过具有设置为与光传输线路的损耗相等的增益的每一个光纤放大器以后，可以将该光信号恢复为它的初始功率。然而，由于光纤的劣化，用于光传输线路的普通光纤的容量在时间上逐渐下降。容量还可以由于光纤线路的临时的问题而受到损失。诸如这些因素可以导致受到影响的任何部分的传输损耗的增加。如果在具有上述特性的光传输线路上使用具有恒定增益的光纤放大器，则输入到每一个光纤放大器的光信号将经受逐渐的功率损失，以及在最后的接收端，与初始功率相比已经被极大的降低的功率。这样，降低的功率信号常经受频率错误。
图3显示在现有技术中的具有自动功率控制的光纤放大器的配置。该光纤放大器包括光放大部分210、抽头耦合器220、光检测器230、以及输出功率控制电路240。
在图3中，光放大部分210放大并且输出输入的光信号。光放大部分210可以包括具有掺铒光纤的掺铒光纤放大器、用于泵浦掺铒光纤的泵浦光源、以及用于将从泵浦光源输出的泵浦光耦合到掺铒光纤的波分复用耦合器。
抽头耦合器220具有第一到第三端口。将输入到第一端口的光信号的一部分输出到第二端口，将该信号的其余部分输出到第三端口。
光检测器230将通过抽头耦合器220的第三端口输入的光信号转换为电信号，并且输出转换后的信号。
输出功率控制电路240依据从光检测器230输入的电信号的功率，控制光放大部分210，以便将光放大部分210的输出功率激励到期望值。
图4显示在设置了多个光纤放大器的光传输线路上的光信号的功率变化。该光传输线路包括依据光纤放大器的位置(D1，D2，D3，D4)的位置划分的多个部分。当沿着光传输线路发送光信号时，由每一个光纤放大器放大该光信号，每一个光纤放大器具有恒定的输出功率P5。光信号的功率逐渐衰减，直到该信号遇到下一个光纤放大器。举例来说，当在位置D5被输入到光纤放大器时，光信号具有功率P6。当光信号在位置D8被输入到光纤放大器时，该光信号具有功率P7(低于P6)。由于光纤放大器的输出功率是固定的，即使由于光纤传输线路的劣化，在每一个部分的传输损耗是可变的，而在由每一个光纤放大器放大之后，光信号立即具有了恒定的输出功率P5。不管输入光信号的功率，使用光纤放大器来产生恒定的输出功率避免了光传输线路的容量在时间上逐渐的劣化，以及在距离上累积的劣化。还可以防止由于在特定部分的传输损耗的增加导致的光通信网络的容量的突然增加。然而，由于它们不能保持作为波分复用光纤放大器的必要条件之一的恒定增益倾斜，上述的光纤放大器不能得到广泛的应用。在由该光纤放大器的自动输出功率控制期间，当输入光信号的功率变化时，导致了增益倾斜的变化。
发明内容
本发明解决在现有技术中出现的上述问题，本发明的目的是提供一种具有可以保持恒定的增益倾斜的自动功率控制的光纤放大器。本发明的放大器最小化由于长距离传输或者在包括ADM(分插复用器)的网络中的信道功率之间的累积差别导致的信道间的信号质量的差别。
该光纤放大器的特征在于用于放大输入的光信号的光放大部分。设置的取样部分用于分路由光放大部分放大的光信号的一部分，并且从分路的光信号中检测与信号波段相邻的短波段的第一测试光，以及从分路的光信号中检测与信号的波段相邻的长波段的第二测试光。输入功率控制电路用于比较第一和第二测试光的各自的功率。然后输入功率控制电路用于依据功率差异，控制输入到光放大部分的光信号的输入功率。光纤放大器还包括输出功率控制电路，该电路从在取样部分分路的光信号的功率，得出光放大部分的输出功率，并且控制光放大部分以使光放大部分的输出功率达到期望的值。另一个特征在于可变衰减器，它依据控制信号，控制输入到光放大部分的光信号的功率。
根据本发明，提出了一种光纤放大器的自动功率控制方法，该光纤放大器包括用于放大输入的光信号的光放大部分，所述的方法包括步骤：取样步骤，用于分路由所述的光放大部分放大的光信号的一部分，并且从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的短波长段的第一测试光，以及从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的长波长段的第二测试光；比较步骤，用于相互比较第一和第二测试光的功率，并且获取功率差异：输入功率控制步骤，用于依据在比较步骤获得的功率差异，控制输入到所述的光放大部分的光信号的输入功率；以及输出功率控制步骤，用于从在取样步骤分路的光信号的功率，获得所述光放大部分的输出功率，并且控制所述的光放大部分，以便将光放大部分的输出功率激励到期望的值；其中，当第一测试光的功率大于第二测试光的功率时，所述的输入功率控制步骤降低光信号的输入功率，当第二测试光的功率大于第一测试光的功率时，则提高光信号的输入功率。
根据本发明，还提出了一种光纤放大器，包括：光纤放大部分，它放大输入的光信号；取样部分，它分路由光放大部分放大的光信号的一部分，并且从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的短波长段的第一测试光，以及从分路后的光信号中检测属于与信号波段相邻的长波长段的第二测试光；输入功率控制电路，它相互比较第一和第二测试光的功率，并且依据第一和第二测试光的功率差异，输出控制信号，该控制信号用于控制输入到所述的光放大部分的光信号的输入功率；输出功率控制电路，它从在取样部分分路的光信号的功率获得所述光放大部分的输出功率，并且控制光放大部分以便将光放大部分的输入功率激励到期望的值；以及可变衰减器，它依据控制信号，控制输入到光放大部分的光信号的功率。
附图说明
从结合附图采用的以下详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，
图1显示在现有技术中具有自动增益控制的光纤放大器的配置。
图2显示在设置了诸如图1的光纤放大器的多个光纤放大器的光传输线路上的光信号的功率变化。
图3显示在现有技术中具有自动功率控制的光纤放大器的配置。
图4显示在设置了诸如图3的光纤放大器的多个光纤放大器的光传输线路上的光信号的功率变化。
图5显示依据本发明的优选实施例、具有自动功率控制功能的光纤放大器的配置。
图6显示图5的光纤放大器的操作。
图7是显示图6的光纤放大器的自动功率控制过程的流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图，描述本发明的优选实施例。
图5显示依据本发明的、具有自动功率控制功能的光纤放大器。图6显示图5的光纤放大器的操作。首先参考图5，光纤放大器包括：第一和第二光放大部分310、330、可变衰减器320、取样部分300、输入功率控制电路430、以及输出功率控制电路390。
第一光放大部分310放大并且输出被输入的光信号。第一光放大部分310可以包括掺铒光纤(EDF)、用于泵浦掺铒光纤的泵浦光源、以及用于将从泵浦光源输出的泵浦光耦合到掺铒的光纤放大器的波分复用耦合器。
可变衰减器320依据控制信号，控制光衰减的等级，从而控制输入到第二光放大部分330的光信号的功率。
第二光放大部分330放大并且输出从可变衰减器320输入的光信号。第二光放大部分320可以包括：掺铒光纤(EDF)、用于泵浦掺铒光纤的泵浦光源、以及用于将从泵浦光源输出的泵浦光耦合到掺铒光纤的波分复用耦合器。
取样部分300分路由第二光放大部分330放大的光信号的一部分，并且从分路的光信号中检测属于与信号波长段510相邻的短波长段520的第一测试光，以及从分路的光信号中检测与信号波长段510相邻的长波长段530的第二测试光。取样部分300包括：抽头耦合器340、环形器(CIR)350、第一和第二反射型光栅360、370、第一到第三光检测器380、410、420、以及波分复用耦合器400。
抽头耦合器340包括第一到第三端口。将来自第二光放大部分330、通过第一端口输入的光信号的一部分，通过第三端口输出。将该光信号的其余部分通过第二端口输出。
环形器350包括第一到第三端口。将来自抽头耦合器340、通过第一端口输入的光信号通过第二端口输出。将通过第二端口输入的光信号通过第三端口输出。
第一反射型光栅360反射从环形器350输入的光信号中具有预定波长的第一测试光。光布拉格光栅(FBG)可以被用作第一和第二反射型光栅360，如图6所示，第一测试光属于与信号的波长段510相邻的短波长段520。此外，第二反射型光栅370反射在从第一反射型光栅360输入的光信号中具有预定波长的第二测试光。如图6所示，第二测试光属于与信号波长段510相邻的长波长段530。将由第一和第二反射型光栅360、370反射的第二测试光再次传输到环形器350。第一和第二测试光中的每一个包括从第二光放大部分输出的放大的自发发射(ASE)。该放大的自发发射表示第二光放大部分330的增益倾斜信息。当在短波长的放大的自发发射的功率大于在长波长的功率时，则光信号的功率大于期望的值，当在短波长的放大的自发发射的功率小于在长波长的功率时，光信号的功率小于期望的值。
第一光检测器380将从第二反射型光栅370输入的光信号转换为电信号，并且输出转换后的信号。光电二极管可以被用作第一到第三光检测器380、410、420。
输出功率控制电路390从第一光检测器380输入的电信号中获得第二光放大部分330的输出功率，并且控制第二光放大部分330以便将第二光放大部分330的输出功率激励到期望的值。
波分复用耦合器400包括第一到第三端口。将来自环形器350、通过第一端口输入的第一测试光，通过第二端口输出。将来自环形器350、通过第一端口输入的第二测试光，通过第三端口输出。
与波分复用耦合器400的第二端口连接的第二光检测器410将输入的第一测试光转换为电信号，并且输出该信号。
与波分复用耦合器400的第三端口连接的第三光检测器420将输入的第二测试光转换为电信号，并且输出该信号。
输入功率控制电路430将从第二和第三光检测器410、420输入的电信号的功率相互比较，并且依据功率的差异，输出控制信号，该控制信号用于控制输入到第二光放大部分330的光信号的输入功率。将该控制信号提供给可变衰减器320以便最小化第二光放大部分330的增益倾斜。可变衰减器320依据控制信号，控制光衰减的等级。当属于短波长段的520的第一测试光的功率大于第二测试光的功率时，该光信号功率大于期望的值。当属于长波长段530的第二测试光的功率大于第一测试光时，该光信号的功率小于期望的值。因此，当第一测试光的功率大于第二测试光的功率时，则增加可变衰减器320的光衰减的等级。当第二测试光的功率大于第一测试光的功率时，则降低可变衰减器320的光衰减等级以便最小化第二光放大部分330的增益倾斜。
图7是显示图5的光纤放大器的自动功率控制过程的流程图。该自动功率控制过程包括取样步骤610、比较步骤620、以及功率控制步骤630。
取样步骤610分路由第二光放大部分330放大的光信号的一部分，并且从分路后的光信号中检测属于与信号波长段510相邻的短波长段520的第一测试光，以及从分路后的光信号中检测属于与信号波长段510相邻的长波长段530的第二测试光。
比较步骤620将第一和第二测试光的功率相互比较，并且检测功率的差异。
功率控制步骤630包括输入功率控制子步骤，该子步骤控制输入到第二光放大部分330的光信号的输入功率。依据在比较步骤620获得的功率的差异来输入光信号。功率控制步骤630还包括输出功率控制子步骤，该子步骤从在取样步骤610检测到的光信号的一部分的功率，获得第二光放大部分330的输出功率，并且控制第二光放大部分330，以便将第二光放大的部分330的输出功率激励到期望的值。在输入功率控制步骤640，当第一测试光的功率大于第二测试光时，降低该光信号的输入功率。另一方面，当第二测试光的功率大于第一测试光的功率时，则增加该光信号的输入功率。
如上所述，本发明提供了一种具有自动功率控制功能的光纤放大器以及一种自动功率控制方法，它可以监视和控制放大的光信号的增益倾斜。即使从外部输入了具有不一致的功率的光信号，本发明也可以自动地使该光信号的每一个信道的增益变平，而不需要任何信道信息，并且保持恒定的输出功率。
此外，依据本发明的具有自动功率控制的光纤放大器和自动功率控制方法可以用于长距离光传输网络，该光传输网络依据传输线路的区段使用具有很大损耗的光纤，或者包括ADM(分插复用器)的ADM网络，从而降低信道间的传输差异。
虽然已经参考优选的实施例显示并且描述了本发明，本领域的技术人员将会理解在不脱离由所附权利要求和等价物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种变化。

Claims (9)

1.一种光纤放大器的自动功率控制方法，该光纤放大器包括用于放大输入的光信号的光放大部分，所述的方法包括步骤：
取样步骤，用于分路由所述的光放大部分放大的光信号的一部分，并且从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的短波长段的第一测试光，以及从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的长波长段的第二测试光；
比较步骤，用于相互比较第一和第二测试光的功率，并且获取功率差异：
输入功率控制步骤，用于依据在比较步骤获得的功率差异，控制输入到所述的光放大部分的光信号的输入功率；以及
输出功率控制步骤，用于从在取样步骤分路的光信号的功率，获得所述光放大部分的输出功率，并且控制所述的光放大部分，以便将光放大部分的输出功率激励到期望的值；
其中，当第一测试光的功率大于第二测试光的功率时，所述的输入功率控制步骤降低光信号的输入功率，当第二测试光的功率大于第一测试光的功率时，则提高光信号的输入功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一和第二测试光中的至少一个包括放大的自发发射。
3.一种光纤放大器，包括：
光纤放大部分，它放大输入的光信号；
取样部分，它分路由光放大部分放大的光信号的一部分，并且从分路后的光信号中检测属于与信号波长段相邻的短波长段的第一测试光，以及从分路后的光信号中检测属于与信号波段相邻的长波长段的第二测试光；
输入功率控制电路，它相互比较第一和第二测试光的功率，并且依据第一和第二测试光的功率差异，输出控制信号，该控制信号用于控制输入到所述的光放大部分的光信号的输入功率；
输出功率控制电路，它从在取样部分分路的光信号的功率获得所述光放大部分的输出功率，并且控制光放大部分以便将光放大部分的输入功率激励到期望的值；以及
可变衰减器，它依据控制信号，控制输入到光放大部分的光信号的功率。
4.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于还包括辅助光放大部分，它放大输入的光信号，并且将该信号输出到所述的可变衰减器。
5.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于所述的取样部分包括：
抽头耦合器，它分路并且输出从所述的光放大部分输入的光信号的一部分，以便形成所述的分路后的光信号；
第一和第二反射型光栅，它从所述的分路后的信号中获取第一测试光和第二测试光；以及
波分复用耦合器，它使第一和第二测试光相互分离。
6.根据权利要求5所述的光纤放大器，其特征在于所述的取样部分还包括具有第一到第三端口的环形器，其中，第二端口用于输出第一和第二测试光，第三端口用于输出从第二端口中输入的第一和第二测试光。
7.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于所述的取样部分还包括：
第一光检测器，它将已经通过第一和第二反射型光栅的光信号转换为电信号，并且将转换后的信号输出到所述的输出功率控制电路；
第二光检测器，它将已经由所述的波分复用耦合器分离的第一测试光转换为电信号，并且将转换后的信号输出到所述的输入功率控制电路；以及
第三光检测器，它将已经由所述的波分复用耦合器分离后的第二测试光转换为电信号，并且将转换后的信号输出到所述的输入功率控制电路。
8.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于第一和第二测试光中的至少一个包括放大的自发发射。
9.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于信号的波长段是光纤放大器的输出信号。
CN031530869A 2002-12-07 2003-08-11 具有自动功率控制功能的光纤放大器及自动功率控制方法 Expired - Fee Related CN1506740B (zh)

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