專(zhuān)利名稱(chēng)：自適應(yīng)智能化光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)智能化光纖放大器，能自動(dòng)滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求，解決光放大器的自適應(yīng)問(wèn)題，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光放大器由于具有將光信號(hào)直接放大的優(yōu)越性能而在光通信領(lǐng)域和其它如光纖CATV和光纖傳感等需要光功率補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。光放大技術(shù)自身的發(fā)展也非常快，其工作帶寬已從窄帶(紅帶red band)擴(kuò)展到整個(gè)C波段，現(xiàn)開(kāi)始向長(zhǎng)(L)波段和短(S)波段方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了寬帶和超寬帶光放大器。放大器類(lèi)型除了摻鉺光纖放大器外，還發(fā)展了摻鐠光纖放大器、摻銩光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、喇曼光纖放大器或復(fù)合型放大器等多種類(lèi)型。但不管是哪種放大器在實(shí)際應(yīng)用中都存在的一個(gè)問(wèn)題是不同的系統(tǒng)需求，需要不同特點(diǎn)的放大器。比如，作前置放大時(shí)要求有高的增益和低的噪聲；作功率放大時(shí)則要求有足夠大的功率輸出，等等。從光放大器應(yīng)用的場(chǎng)合看，密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)有幾個(gè)、幾十個(gè)甚至幾百個(gè)工作波長(zhǎng)，要求光放大器工作波長(zhǎng)范圍寬并且增益平坦；CATV系統(tǒng)需要進(jìn)行多路光功率分配和保證信號(hào)傳輸質(zhì)量，要求光放大器輸出功率大、失真小，等等。這樣，根據(jù)不同的應(yīng)用特點(diǎn)，光放大器又分成了光前置放大器、光線(xiàn)路放大器、光功率放大器以及DWDM用光放大器、CATV用光放大器、數(shù)字系統(tǒng)用光放大器，等等。
光放大器的自適應(yīng)智能化技術(shù)是使光放大器對(duì)不同的應(yīng)用要求有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，能根據(jù)外界的條件，如輸入/輸出光信號(hào)的參數(shù)，或其它給定條件，調(diào)整其自身工作參數(shù)(如增益介質(zhì)的參數(shù)或浦泵參數(shù)等)，使其工作狀態(tài)最佳或使其工作狀態(tài)符合外界需要的技術(shù)。
自適應(yīng)光放大技術(shù)已開(kāi)始受到重視?，F(xiàn)有的光放大器產(chǎn)品，有的已具備某些方面的自適應(yīng)特征。研究比較多而且也比較成熟的是根據(jù)輸出光信號(hào)的功率改變放大器的泵浦參數(shù)，從而調(diào)節(jié)放大增益的自動(dòng)增益控制技術(shù)，如Seo Yeon Park等人在IEEEPhoton.Tech.Lett.，1998；6787-789上發(fā)表的題為“Dynamic Gain and Output PowerControl in a Gain-flattened Erbium-doped Fiber Amplifier”的文章報(bào)道了一種增益平坦型摻鉺光放大器的輸出功率和光放大增益的控制技術(shù)。也有人研究了對(duì)光放大器增益平坦特性進(jìn)行控制的智能技術(shù)，如Hyo Sang Kim等人在IEEE Photon.Tech.Lett.，1998；6790-792上發(fā)表的題為“Actively Gain-Flattened Erbium-doped Fiber Amplifier Over35nm by Using All-Fiber Acoustooptic Tunable Filters”的文章，報(bào)道了用可調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)了增益平坦特性可變的光放大器技術(shù)。
從已發(fā)表的資料看，不管是哪種具有智能特點(diǎn)的光放大器，都不能使其具有這樣的自適應(yīng)能力同一個(gè)放大器既可以用作前置放大，也可用作功率放大或線(xiàn)路放大等多種系統(tǒng)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種新的自適應(yīng)智能化光纖放大器，使同一個(gè)放大器可以智能化地應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，既可用作前置放大，也可用作功率放大或線(xiàn)路放大等，具有更廣泛的自適應(yīng)能力，為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中采用在非智能化的普通光放大器的輸入端和輸出端，分別用光耦合(分光)的辦法取出一部分光，這些光由相應(yīng)的光探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送入光放大器的控制器處理。光放大器的控制器具有智能的特點(diǎn)，它通過(guò)分析從光探測(cè)器送入的電信號(hào)而對(duì)輸入及輸出光信號(hào)作出判別，再將判別的結(jié)果與預(yù)先存儲(chǔ)的光放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)(如光放大增益、噪聲指數(shù)、光放大增益、飽和輸出功率、工作帶寬、增益平坦性等)與其內(nèi)外部各種參量(如增益介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)；泵浦激光的波長(zhǎng)、形態(tài)和功率；輸入/輸出光信號(hào)的類(lèi)型、大小及波長(zhǎng)范圍等)的關(guān)系進(jìn)行比較分析，智能化地確定并調(diào)整其工作參數(shù)(如增益介質(zhì)的參數(shù)、浦泵參數(shù)或?yàn)V波參數(shù)等)，使光放大器工作狀態(tài)符合外界需要。
比如說(shuō)，放大器應(yīng)用于實(shí)際的光網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，不同的應(yīng)用目的其輸入功率的范圍不同。如作功率放大器使用時(shí)，輸入功率往往較大，大約在-10dBm-+6dBm之間；作前置放大器使用時(shí)，放大的是小信號(hào)，輸入功率往往很小，大約在-30--20dBm之間；作線(xiàn)路放大時(shí)，輸入功率介于上述兩者之間，大約在-20--10dBm的范圍。這樣，我們可以將輸入光功率作為自適應(yīng)的一個(gè)依據(jù)。如果輸入光功率很小(比如-20dBm或更低)，符合小信號(hào)前置放大的特征，則智能化處理的重點(diǎn)在于增益和噪聲指數(shù)的優(yōu)化；如果輸入光功率較大(比如-10dBm或更高)，符合大信號(hào)功率放大的特征，則智能化處理的重點(diǎn)在于輸出光功率和增益的優(yōu)化；如果輸入光信號(hào)符合線(xiàn)路放大的特征，則智能控制器對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行兼顧性處理。我們可以事先將不同輸入功率時(shí)不同工作參量下的放大器性能狀態(tài)的變化規(guī)律及有關(guān)的最佳值記錄并存儲(chǔ)起來(lái)，應(yīng)用到系統(tǒng)時(shí)根據(jù)實(shí)際輸入信號(hào)功率的大小確定自適應(yīng)的要求，然后根據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系數(shù)據(jù)確定放大器的工作參量，從而實(shí)現(xiàn)同一個(gè)放大器既可用作前置放大，也可用作功率放大或線(xiàn)路放大的目的。
本發(fā)明所說(shuō)的非智能化的普通光放大器，包括各種類(lèi)型的摻鉺光纖放大器、摻鐠光纖放大器、摻銩光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、喇曼光纖放大器或復(fù)合型放大器等。普通光放大器的構(gòu)成可以是單級(jí)放大，也可以是兩級(jí)或多級(jí)放大。普通光放大器的泵浦方式可以是同向光泵浦、也可以是反向光泵浦、正反向雙泵浦或其它類(lèi)型的光/電泵浦。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有多方面的優(yōu)越性。利用了本發(fā)明所述的技術(shù)，普通的光放大器即具有了智能特點(diǎn)，如寬帶和超寬帶光放大器變?yōu)橹悄芑膶拵Ш统瑢拵Ч夥糯笃鳎瑩姐s光纖放大器、摻鐠光纖放大器、摻銩光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、喇曼光纖放大器或復(fù)合型放大器就分別成為智能化的摻鉺光纖放大器、摻鐠光纖放大器、摻銩光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、喇曼光纖放大器或復(fù)合型放大器等等。利用了本發(fā)明所述技術(shù)的光放大器，不但具有自動(dòng)增益控制功能，而更重要的是它還將光放大器的輸入信號(hào)作為它進(jìn)行控制的重要參照依據(jù)，使光放大器有了更廣泛的適用性能。同一個(gè)自適應(yīng)智能化光放大器即可以滿(mǎn)足前置放大、功率放大或線(xiàn)路放大的多種應(yīng)用需要，使光放大器的應(yīng)用更靈活方便。由于需要的光放大器種類(lèi)減少了，在生產(chǎn)方面提高了效率、降低了成本。


及
具體實(shí)施例方式為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明的原理框圖。如圖所示，本發(fā)明的自適應(yīng)智能化光纖放大器包括輸入光耦合(分光)器(1)、普通光放大器(2)、輸出光耦合器(3)、兩個(gè)光探測(cè)器(4、6)及計(jì)算機(jī)智能控制器(5)。普通光放大器(2)的輸入端和輸出端分別連接輸入光耦合器(1)和輸出光耦合器(3)，輸入光耦合器(1)和輸出光耦合器(3)還分別經(jīng)光探測(cè)器(4)、光探測(cè)器(6)連接到智能控制器(5)，普通放大器(2)與智能控制器(5)連接。
光信號(hào)首先進(jìn)入輸入光耦合器(1)，再進(jìn)入普通非智能化的光放大器(2)，經(jīng)放大后通過(guò)輸出光耦合器(3)輸出。輸入光耦合器(1)分出一部分輸入光進(jìn)入光探測(cè)器(4)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入智能控制器(5)。輸出光耦合器(3)分出一部分輸出光進(jìn)入光探測(cè)器(6)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入智能控制器(5)。智能控制器(5)和普通放大器(2)之間是監(jiān)控信號(hào)的電聯(lián)系。智能控制器通過(guò)分析從光探測(cè)器(4、6)送入的電信號(hào)，對(duì)輸入及輸出光信號(hào)作出判別，并將判別的結(jié)果與預(yù)先存儲(chǔ)在光智能控制器(5)中的光放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)與內(nèi)外部各種參量的關(guān)系進(jìn)行比較分析，確定并調(diào)整其工作參數(shù)，使光放大器工作狀態(tài)符合外界需要。
圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的原理框圖。
圖2的實(shí)施例是一種自適應(yīng)智能化摻鉺光纖放大器(EDFA)。如圖所示，放大器以?xún)蓷l虛線(xiàn)為界分為第一級(jí)和第二級(jí)，光信號(hào)首先進(jìn)入輸入光耦合器(1)，再經(jīng)過(guò)光隔離器(7)、波分復(fù)用器(8)后進(jìn)入第一級(jí)的摻鉺光纖(9)，再經(jīng)光隔離器(10)、第一級(jí)的輸出光耦合器(11)和級(jí)間光濾波器(12)，進(jìn)入第二級(jí)的波分復(fù)用器(13)后進(jìn)入第二級(jí)的摻鉺光纖(14)，再經(jīng)波分復(fù)用器(15)和輸出光隔離器(16)后通過(guò)輸出光耦合器(3)輸出。輸入光耦合器(1)分出一部分輸入光進(jìn)入光探測(cè)器(4)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入智能控制器(5)，光耦合器(11)分出一部分第一級(jí)的輸出光進(jìn)入光探測(cè)器(19)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入光放大器的智能控制器(5)，輸出光耦合器(3)分出一部分輸出光進(jìn)入光探測(cè)器(6)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入智能控制器(5)，智能控制器(5)與級(jí)間光濾波器(12)、可調(diào)光分路器(1)以及兩個(gè)泵浦激光器(18、20)之間是監(jiān)控信號(hào)的電聯(lián)系。
自適應(yīng)智能化摻鉺光纖放大器(EDFA)以?xún)蓷l虛線(xiàn)為界分為兩級(jí)，第一級(jí)主要用來(lái)優(yōu)化噪聲性能，第二級(jí)主要用來(lái)優(yōu)化光放大增益。根據(jù)噪聲問(wèn)題的有關(guān)論證，多級(jí)放大時(shí)，如果第一級(jí)放大器有足夠的增益(不小于10dB)，則噪聲指數(shù)主要由第一級(jí)放大器決定。所以只要第一級(jí)放大的噪聲指數(shù)低，則整個(gè)放大器的噪聲指數(shù)就可以比較低。第二級(jí)設(shè)計(jì)的偏重點(diǎn)在于盡可能提升輸出功率。
按照事先得到的EDFA的各項(xiàng)性能指標(biāo)與其內(nèi)外部各種參量的關(guān)系和這兩級(jí)放大的不同偏重，可以設(shè)計(jì)各組成部件的參數(shù)并編制自適應(yīng)控制程序。智能控制器(5)通過(guò)光纖耦合器(1、11、3)和對(duì)應(yīng)的光探測(cè)器(4、19、6)可以確定輸入、輸出光信號(hào)的參量和第一級(jí)放大的增益、第二級(jí)增益及放大器總的增益等放大器的工作狀態(tài)。當(dāng)有光信號(hào)輸入時(shí)，智能控制器(5)將根據(jù)事先存貯的有關(guān)噪聲指數(shù)、增益與泵浦光、輸入光等的關(guān)系數(shù)據(jù)，結(jié)合噪聲指數(shù)和光放大增益等幾個(gè)因素，在保證有足夠大增益的前提下，根據(jù)輸入信號(hào)功率的大小等因素，決定第一級(jí)泵浦功率的大小，通過(guò)控制泵浦激光器(18)和可調(diào)光分路器(17)，從而使第一級(jí)的噪聲指數(shù)對(duì)任意的輸入都為最優(yōu)值。
第二級(jí)采用了典型的正反兩個(gè)方向同時(shí)泵浦的方式，主要用來(lái)進(jìn)一步提升第一級(jí)傳送來(lái)的光功率，實(shí)現(xiàn)增益優(yōu)化。泵浦激光器(20)提供正向泵浦，可調(diào)光分路器(17)除了分出一部分光滿(mǎn)足第一級(jí)的需要外，將泵浦激光器(18)剩余的光功率通過(guò)波分復(fù)用器(15)用作第二級(jí)放大的反向泵浦。根據(jù)雙向泵浦技術(shù)的有關(guān)論證，反向泵浦對(duì)提高增益非常有效。而且只要正向泵浦不太低，反向泵浦的增加幾乎不影響放大器的噪聲指數(shù)。這樣，可以充分發(fā)揮泵浦激光器的作用，在不改變泵浦結(jié)構(gòu)和泵浦參數(shù)的情況下，能得到更大的增益。總之，通過(guò)對(duì)第二個(gè)泵浦激光器(20)和可調(diào)光分路器(17)的控制可實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)，從而使放大器達(dá)到最大的或需要的增益。
另外，級(jí)間光濾波器(12)設(shè)計(jì)成可調(diào)濾波器，這樣通過(guò)智能控制器的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)摻鉺光纖放大器通帶特性(增益-波長(zhǎng)、噪聲指數(shù)-波長(zhǎng)等)的自動(dòng)控制。智能控制器(5)對(duì)EDFA的每一級(jí)放大指標(biāo)、每一個(gè)關(guān)鍵器件的工作參數(shù)以及整個(gè)放大器的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)施智能化的綜合監(jiān)控，自動(dòng)地按照外部條件或外界系統(tǒng)的指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持EDFA總是處于最佳工作狀態(tài)，或總是工作在符合外部系統(tǒng)要求的狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)智能化EDFA，可以達(dá)到的主要性能指標(biāo)為小信號(hào)增益＞35dB，噪聲指數(shù)＜4.1dB，大信號(hào)輸入時(shí)飽和輸出功率達(dá)到21dBm。該自適應(yīng)EDFA的信號(hào)輸入可以從-40dBm直到+10dBm，即有約50dB動(dòng)態(tài)范圍，既能夠用于小信號(hào)放大，又能夠用于功率放大，多種應(yīng)用場(chǎng)合都能自動(dòng)適應(yīng)，而不需額外的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)智能化光纖放大器，其特征在于在普通光放大器(2)的輸入端和輸出 端分別連接輸入光耦合器(1)和輸出光耦合器(3)，由輸入光耦合器(1)、輸出光耦合器(3)分別取出一部分光，經(jīng)光探測(cè)器(4、6)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送入智能控制器(5)進(jìn)行處理，普通光放大器(2)與預(yù)先存儲(chǔ)有光放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)與內(nèi)外部各種參量的智能控制器(5)之間有監(jiān)控信號(hào)電聯(lián)系。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的自適應(yīng)智能化光纖放大器，其特征在于普通光放大器(2)包括摻鉺光纖放大器、摻鐠光纖放大器、摻銩光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、喇曼光纖放大器或復(fù)合型放大器等。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的自適應(yīng)智能化光纖放大器，其特征在于在普通光放大器(2)分為二級(jí)或多級(jí)，可調(diào)級(jí)間光濾波器(12)與智能控制器(5)相連。
4.如權(quán)利要求3所說(shuō)的自適應(yīng)智能化光纖放大器，其特征在于普通光放大器(2)的第二級(jí)采用正反兩個(gè)方向同時(shí)泵浦的方式，泵浦激光器(18、20)與智能控制器(5)相連，泵浦激光器(20)提供正向泵浦，可調(diào)光分路器(17)除了分出一部分光滿(mǎn)足第一級(jí)的需要外，將泵浦激光器(18)剩余的光功率通過(guò)波分復(fù)用器(15)用作第二級(jí)放大的反向泵浦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)智能化光纖放大器,在普通光放大器的輸入端和輸出端,分別用光耦合的辦法取出一部分光,由相應(yīng)的光探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送入智能控制器處理。智能控制器以預(yù)存儲(chǔ)的光放大器的性能指標(biāo)與其內(nèi)外部各參量的關(guān)系為依據(jù),按照不同的應(yīng)用條件控制工作參數(shù),從而使它的性能狀態(tài)符合外界需要。本發(fā)明可以應(yīng)用在不同的場(chǎng)合,實(shí)現(xiàn)同一個(gè)放大器既可用作前置放大,也可用作功率放大或線(xiàn)路放大等,使光放大器自動(dòng)滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求,解決了光放大器的自適應(yīng)問(wèn)題。
文檔編號(hào)G02F1/39GK1338659SQ0112696
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月8日
發(fā)明者肖石林, 曾慶濟(jì), 王建新 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)