專(zhuān)利名稱(chēng)：：光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光纖通信系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，是針對(duì)光纖通信系統(tǒng)中使用的摻雜光纖放大器而用于確定光纖放大器中使用的增益平坦濾波器的譜形。
背景技術(shù)：
：光纖通信系統(tǒng)中，光纖放大器尤其是摻鉺光纖放大器(EDFA)已經(jīng)成為系統(tǒng)的核心器件之一。EDFA的產(chǎn)生和發(fā)展極大的推動(dòng)了波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)的發(fā)展。但是隨著WDM系統(tǒng)容量和速率的提高，EDFA的增益不平坦性對(duì)系統(tǒng)性能的影響也越來(lái)越明顯。實(shí)現(xiàn)EDFA的增益平坦主要有兩種方法一類(lèi)是在EDFA中加入增益平坦濾波器(GFF)，另一類(lèi)則是改變摻鉺光纖的基質(zhì)材料或在摻鉺光纖中摻入其它物質(zhì)。但一般摻鉺光纖的基質(zhì)材料或在摻4斗光纖中參如其他物質(zhì)在器件設(shè)計(jì)之前就已經(jīng)形成，因此，器件設(shè)計(jì)過(guò)程中通常通過(guò)加入平坦濾波器(GFF)來(lái)實(shí)現(xiàn)增益平坦的效果。而平坦濾波器(GFF)的放置位置則比較靈活，可以放在所有增益級(jí)之前、增益級(jí)之后，如果是兩級(jí)或兩級(jí)以上的結(jié)構(gòu)，還可以放在中間任意兩級(jí)之間，甚旱拆分為數(shù)個(gè)平坦濾波器(GFF)分別力文置，這取決于對(duì)放大器噪聲及功率的權(quán)衡。但無(wú)論放置在何處，為了達(dá)到較好的增益平坦效果，都需要對(duì)平坦濾波器(GFF)的最佳譜形進(jìn)行測(cè)試。而現(xiàn)有測(cè)試方法僅僅局限于，特定的光纖長(zhǎng)度，特定的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下的GFF傳形。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于鉺纖增益譜理論的平坦濾波器(GFF)i普形確定方法，該方法只需要測(cè)量特定纖長(zhǎng)配置的兩個(gè)增益點(diǎn)傳形，就可以得到任意纖長(zhǎng)條件下任意粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下的鉺纖增益語(yǔ)。從而為平坦濾波器(GFF)的設(shè)計(jì)提供了充分的靈活性。'為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法，其特征在于依據(jù)公式ErGain(人，x,L，)=[ErLGain(人)+[ErHGain(A)—ErLGain(A)]*x]*L，其中Gain(人)為增益譜函數(shù)；x為A，irw/Ainv反映粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的變化量；若設(shè)L，為纖長(zhǎng)比例，由上述公式看得只需要測(cè)量特定纖長(zhǎng)配置的兩個(gè)摻雜光纖增益點(diǎn)i普形，就可以得到任意纖長(zhǎng)條件下任意粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下的摻雜光纖增益i普。上述方法包括步驟一將輸入光譜調(diào)平，測(cè)試平坦輸入光鐠；步驟二測(cè)量模塊的無(wú)源損耗譜；步驟三測(cè)量完畢無(wú)源損耗之后，將鉺纖接入主光路對(duì)應(yīng)位置，調(diào)整泵源功率，使模塊增益接近目標(biāo)增益，測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下的'模塊增益i普；步驟四依據(jù)ErHGain(入)=ModuleHGain(入)+PassiveLoss(入)以及ErLGain(入)=ModuleLGain(入)十PassiveLoss(入)可以得到鉺纖部分增益；后利用公式ErGain(入，x,L，)=[ErLGain(入)+[ErHGain(A)-ErLGain(人)]*x]*L，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整不同纖長(zhǎng)L及反轉(zhuǎn)程度系數(shù)x，達(dá)到鉺纖增益可以得到對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益i普形；步驟五減去最小增益，即可得到最后想要的對(duì)應(yīng)纖長(zhǎng)的GFFi普形。上述方法還可包括步驟一將輸入光譜調(diào)平，測(cè)試平坦輸入光譜；步驟二將鉺纖接入主光路對(duì)應(yīng)位置，調(diào)整泵源功率，使模塊增益接近目標(biāo)增益,測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下的模塊增益譜；步驟三去掉鉺纖，測(cè)量模塊的無(wú)源損耗譜；步驟四依據(jù)ErHGain(人)=ModuleHGain(入)+PassiveLoss(入)以及ErLGain(入)=ModuleLGainU)十PassiveLoss(入)可以得到4耳纖部分增益；后利用公式ErGain(人，x,L，)=[ErLGain(0+[ErHGain(v)-ErLGain(入)]*x]*L，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整不同纖長(zhǎng)L及反轉(zhuǎn)程度系數(shù)x，達(dá)到鉺纖增益可以得到對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益i普形；步驟五減去最小增益，即可得到最后想要的對(duì)應(yīng)纖長(zhǎng)的GFFi普形。采用這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于首先，可以計(jì)算任意纖長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的平坦濾波器(GFF)譜形。在EDFA設(shè)計(jì)過(guò)程中，摻雜免纖的長(zhǎng)度是一個(gè)重要參數(shù)，直接影響影響到放大器的噪聲系數(shù)，泵浦轉(zhuǎn)換效率等重要參數(shù)。其中噪聲系數(shù)是放大器性能的重要指標(biāo)，決定了信號(hào)在經(jīng)過(guò)放大器之后的信噪比惡化程度，而信噪比的惡化直接影響到光通信系統(tǒng)的誤碼率。而泵浦轉(zhuǎn)化效率表征了為了達(dá)到需要的輸出功率，需要的泵源功率的大小。泵浦轉(zhuǎn)化效率越高，達(dá)到相同輸出功率所需的泵源功率就越小，而泵源功率是放大器成本的主要組成部分。所以泵浦轉(zhuǎn)化效率是放大器設(shè)計(jì)過(guò)程中控制成本的關(guān)鍵指標(biāo)之一。采用本發(fā)明的方法，可以得到任意纖長(zhǎng)下的GFF語(yǔ)形，極大的提高了放大器設(shè)計(jì)的靈活性，使得設(shè)計(jì)者可以專(zhuān)注于噪聲系數(shù)和泵源轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)化來(lái)調(diào)整纖長(zhǎng)。而且，本發(fā)明所提供的靈活性不只在于確定纖長(zhǎng)的靈活性，還為平坦濾波器(GFF)的形狀設(shè)計(jì)提供了靈活性。可以得到較為靈活的GFF語(yǔ)形的意義在于第一，平坦濾波器(GFF)i普形可以影響放大器的噪聲系數(shù)。第二，平坦濾波器(GFF)的語(yǔ)形會(huì)影響泵浦轉(zhuǎn)換效率。以上兩點(diǎn)對(duì)于放大器設(shè)計(jì)的意義已經(jīng)在以上部分進(jìn)行了闡述。第三，平坦濾波器(GFF)i普形的靈活性可以使得新設(shè)計(jì)的放大器有意匹配已有的或者是其他設(shè)計(jì)的i普形，這樣可以節(jié)約平坦濾波器(GFF)器件的成本。第四，本發(fā)明所提出的方法還可以用于評(píng)估現(xiàn)有的平坦濾波器(GFF)器件可否應(yīng)用于當(dāng)前設(shè)計(jì)的模塊，也是輔助設(shè)計(jì)的方法之一。下面接合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方法進(jìn)一步說(shuō)明。圖1，2為比較典型的放大器使用平坦濾波器(GFF)的光路結(jié)構(gòu)圖，并且標(biāo)示出了信號(hào)光譜形在光路中的變化過(guò)程。圖3,4表示對(duì)應(yīng)于圖1，2的兩種結(jié)構(gòu)的平坦濾波器(GFF)測(cè)試使用的光路結(jié)構(gòu)圖。同樣表示出了信號(hào)光語(yǔ)形的變化過(guò)程。圖5表示相同纖長(zhǎng)的鉺纖增益譜隨著粒子反轉(zhuǎn)數(shù)變化的變化。圖6表示在粒子反轉(zhuǎn)數(shù)不變的條件下，不同纖長(zhǎng)所能提供的增益譜。圖7表示為了達(dá)到特定增益，不同纖長(zhǎng)所提供的鉺纖增益譜形，正是這一系列譜形提供了確定平坦濾波器(GFF)的依據(jù)。圖8顯示了圖7增益下對(duì)應(yīng)的平坦濾波器(GFF)譜形。務(wù)沐實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供GFF設(shè)計(jì)靈活性的方法作進(jìn)一步說(shuō)明。下面介紹一下本發(fā)明的理論基礎(chǔ)，也就是鉺纖增益譜的相關(guān)理論。一定長(zhǎng)度的鉺纖在一定的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下所能提供的增益語(yǔ)表達(dá)式為ErGain(入)=[g(入)*inv_alpha(入)*(l-inv)]*L(1)其中Gain(入)為增益譜函數(shù)，g(入)為發(fā)射系數(shù)譜函數(shù)，alpha(入)為吸收系數(shù)譜函數(shù)，inv表示鉺纖中的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)，L為鉺纖長(zhǎng)度。在一個(gè)成品放大器中，模塊增益由鉺纖部分增益與無(wú)源損耗之差組成ModuleGain(入)=ErGain(入)-PassiveLoss(入)(2)也就是ErGain(入)=Modul.eGain(入)+PassiveLoss(入)(3)而PassiveLoss(A)是基本穩(wěn)定不變的，為了得到PassiveLoss(入)，需要在鉺纖熔接之前熔接好所有主光3各部分，即從模塊輸入到模塊輸出全部熔接好，并且需要熔接鉺纖的兩端點(diǎn)需要對(duì)應(yīng)熔接起來(lái)以保證光路暢通。這時(shí)就可以測(cè)量放大器光模塊的PassiveLoss(入)了。得到模塊的PassiveLossU)之后，可以將鉺纖熔接進(jìn)去，按照"
背景技術(shù)：
"中所提到的方法測(cè)試模塊的增益譜。為了采用本發(fā)明中提到的方法，需要在目標(biāo)增益附近測(cè)量?jī)蓚€(gè)模塊增益譜，記為Modu1eHGain(入)與Modu1eLGain(入)。根據(jù)式(3)得到兩個(gè)鉺纖增益譜ErHGain(人)=ModiileHGain(入)+PassiveLoss(入)(4)ErLGain(入)=ModuleLGain(入)+PassiveLoss(入)(5)ErHGain(人)-[g(人)*invH—alpha(入)*(1—invH)]*L(6)ErLGain(A)=[g(人)*invL—alpha(人)*(l一invL)]*L(7)(6)-(7)得ErHGainU)-ErLGainU)=gU)(invH-invL)+alpha(入)(invH-invL)(8)從而得到增益譜變化與粒子反轉(zhuǎn)數(shù)變化的關(guān)系△ErGain(入)=[G(入)+alpha(入)]*△inv-K(入)*△inv(9)則當(dāng)例子反轉(zhuǎn)數(shù)變化'為△'inv時(shí)，鉺纖增益譜變化量為△'ErGain(入)-K(入)*△，inv=AErGain(入)*△，inv/△inv=[ErHGainU)-ErLGainU)]*x(10)其中x為A，inv/Ainv。若設(shè)L，為纖長(zhǎng)比例，則可得到任意纖長(zhǎng)和粒子反轉(zhuǎn)數(shù)變化時(shí)的鉺纖增益ErGain(入，x,L，)=[ErLGainU)+[ErHGain(A)-ErLGain(A)]*x]*L，(11)若固定纖長(zhǎng)，只調(diào)整粒子反轉(zhuǎn)數(shù)，則可得到的一系列鐠形如圖5所示。此圖顯示了在纖長(zhǎng)一定的條件下，不斷調(diào)整泵源功率可以得到的鉺纖增益語(yǔ)形。若保持粒子反轉(zhuǎn)數(shù)不變，不同纖長(zhǎng)可達(dá)到的增益譜形如圖6所示。圖7表示了本發(fā)明的應(yīng)用結(jié)果，即纖長(zhǎng)和粒子反轉(zhuǎn)數(shù)同時(shí)調(diào)整，在每個(gè)纖長(zhǎng)下找到可以使得譜形的最低增益處可以達(dá)到目標(biāo)增益的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就得到了一組粒子反轉(zhuǎn)數(shù)與纖長(zhǎng)的組合，也找到了為了達(dá)到目標(biāo)增益所需要的一組平坦濾波器(GFF)衰減譜形值。圖1為本發(fā)明應(yīng)用的第一實(shí)施例的光路圖。圖3為測(cè)量其對(duì)應(yīng)的GFF語(yǔ)形的光路結(jié)構(gòu)及測(cè)試點(diǎn)。這是采用GFF的光纖;改大器的最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)一個(gè)泵浦源，一段摻雜光纖，一個(gè)GFF器件。該泵浦源的泵浦方式可以選擇前向或者后向泵浦，摻雜光纖比較典型的應(yīng)用之一為摻鉺光纖，GFF器件可以放置于摻雜光纖之前(信號(hào)光先通過(guò)GFF器件，再通過(guò)摻雜光纖)或者放置于摻雜光纖之后(信號(hào)光先通過(guò)摻雜光纖，再通過(guò)GFF器件)。使用本發(fā)明的方法可以通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)增益點(diǎn)譜形得到所要求的目標(biāo)增益對(duì)應(yīng)的一系列GFFi普形。為更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法，現(xiàn)依據(jù)具體數(shù)據(jù)說(shuō)明如下將輸入光i普調(diào)平，測(cè)試平坦輸入光譜如下表1所示表l輸入信號(hào)功率<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>首先測(cè)量模塊的無(wú)源損耗，需要在鉺纖熔接之前熔接好所有主光路部分，即從模塊輸入到模塊輸出全部熔接好，并且需要熔接鉺纖的兩端點(diǎn)需要對(duì)應(yīng)熔接起來(lái)以保證光路暢通。在本實(shí)施例中得到的實(shí)測(cè)結(jié)果如下表2所示表2無(wú)源損耗(Passivelvoss)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>測(cè)量完畢無(wú)源損耗之后，將鉺纖接入主光路對(duì)應(yīng)位置，本實(shí)施例中采用9.2m鉺纖。調(diào)整泵源功率，使模塊增益接近目標(biāo)增益，測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)(對(duì)應(yīng)兩個(gè)泵源功率值，此處分別為46mW及100mW)下的模塊增益譜。數(shù)據(jù)如下表3、表4所示:表3.46mW泵浦的模塊增益(ModuleGain)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4.100mW泵浦的模塊增益(ModuleGain)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>利用公式(4)以及.(5)可以得到鉺纖部分增益如下表5、表6所示表5在46mW泵浦下的鉺纖部分增益(ErGain)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>利用公式(11)對(duì)表5，6中數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整不同纖長(zhǎng)L及反轉(zhuǎn)程度系數(shù)x,為了達(dá)到鉺纖增益18dB(對(duì)應(yīng)的模塊增益約為16.6dB),可以得到對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益譜形如下表7所示表7.對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益譜數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>減去最小增益，即可得到最后想要的對(duì)應(yīng)纖長(zhǎng)的平坦濾波器(GFF)i普形。其數(shù)據(jù)如表8所示表8.對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的GFF插入損耗<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖2為本發(fā)明應(yīng)用的第二實(shí)施例的光路圖。圖4為測(cè)量其對(duì)應(yīng)的平坦濾波器(GFF)譜形的光路結(jié)構(gòu)及測(cè)試點(diǎn)。泵浦方式、平坦濾波器(GFF)位置、摻雜光纖選擇等等都比較靈活，可以參照第一實(shí)施例的相關(guān)描述。此實(shí)例為比較典型的二級(jí)結(jié)構(gòu)，以此類(lèi)推，可以得到二級(jí)以上結(jié)構(gòu)的平坦濾波器(GFF)應(yīng)用光路結(jié)構(gòu)。其數(shù)據(jù)處理方法與第一實(shí)施例基本相同，此處不再贅述。綜上所述，本由于采用本發(fā)明增益平坦濾波器的譜形確定方法，極大地?cái)U(kuò)展了平坦濾波器(GFF)設(shè)計(jì)的靈活性。對(duì)于成本控制(泵源成本及平坦濾波器(GFF)膜片成本等)，NF優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了很大的施展空間。以上所述者，僅為本發(fā)明典型實(shí)施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。權(quán)利要求1.光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法，依據(jù)公式ErGain(λ，x，L’)＝[ErLGain(λ)+[ErHGain(λ)-ErLGain(λ)]*x]*L’其中Gain(λ)為增益譜函數(shù)；x為Δ’inv/Δinv反映粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的變化量；若設(shè)L’為纖長(zhǎng)比例，由上述公式看得只需要測(cè)量特定纖長(zhǎng)配置的兩個(gè)摻雜光纖增益點(diǎn)譜形，就可以得到任意纖長(zhǎng)條件下任意粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下的摻雜光纖增益譜。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法，其特征在于包括步驟一將輸入光譜調(diào)平，測(cè)試平坦輸入光譜；步驟二測(cè)量模塊的無(wú)源損耗鐠；步驟三測(cè)量完畢無(wú)源損耗之后，將鉺纖接入主光路對(duì)應(yīng)位置，調(diào)整泵源功率，使模塊增益接近目標(biāo)增益，測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下的模塊增益譜；步驟四依據(jù)ErHGain(入)=ModuleHGain(入)+PassiveLoss(入)以及ErLGain(入)=ModuleLGain(入)+PassiveLoss(入)可以得到鉺纖部分增益；后利用公式ErGain(入，x,L，)=[ErLGain(入)+[ErHGain(入)-ErLGain(入)]*x]氺L，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整不同纖長(zhǎng)L及反轉(zhuǎn)程度系數(shù)x，達(dá)到鉺纖增益可以得到對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益譜形；步驟五減去最小增益，即可得到最后想要的對(duì)應(yīng)纖長(zhǎng)的GFFi普形。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法，其特征在于包括步驟一將輸入光譜調(diào)平，測(cè)試平坦輸入光譜；步驟二將鉺纖接入主光路對(duì)應(yīng)位置，調(diào)整泵源功率，使模塊增益接近目標(biāo)增益，測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下的模塊增益譜；步驟三去掉鉺纖，測(cè)量模塊的無(wú)源損耗譜;步驟四依據(jù)ErHGainU)-ModuleHGainU)+PassiveLoss(入)以及ErLGain(入)=ModuleLGain(入)+PassiveLoss(入)可以得到4斗纖部分增益；后利用公式ErGain(入，x，L，)=[ErLGain(入)+[ErHGain(入)-ErLGain(入)]*x]木L，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，調(diào)整不同纖長(zhǎng)L及反轉(zhuǎn)程度系數(shù)x，達(dá)到鉺纖增益可以得到對(duì)應(yīng)于不同纖長(zhǎng)的增益i普形；步驟五減去最小增益，即可得到最后想要的對(duì)應(yīng)纖長(zhǎng)的GFF譜形。全文摘要光放大器增益平坦濾波器的譜形確定方法，依據(jù)公式ErGain(λ，x，L’)＝[ErLGain(λ)+[ErHGain(λ)-ErLGain(λ)]*x]*L’其中Gain(λ)為增益譜函數(shù)；x為Δ’inv/Δinv反映粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的變化量；若設(shè)L’為纖長(zhǎng)比例，由上述公式看得只需要測(cè)量特定纖長(zhǎng)配置的兩個(gè)摻雜光纖增益點(diǎn)譜形，就可以得到任意纖長(zhǎng)條件下任意粒子反轉(zhuǎn)數(shù)條件下的摻雜光纖增益譜。本發(fā)明在測(cè)試過(guò)程中測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子反轉(zhuǎn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，利用摻雜光纖增益譜在不同粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下的變化原理，可以得到任意工作點(diǎn)下的GFF譜形，從而擴(kuò)展了GFF設(shè)計(jì)的靈活性。文檔編號(hào)H04B10/08GK101374025SQ20071014516公開(kāi)日2009年2月25日申請(qǐng)日期2007年8月22日優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日發(fā)明者王志剛,虞愛(ài)華申請(qǐng)人:昂納信息技術(shù)(深圳)有限公司