專利名稱：一種提高放大器中信號(hào)功率和噪聲功率比值的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖放大器領(lǐng)域，特別是涉及一種提高信號(hào)功率和自發(fā)輻射ASE功率 比值的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有放大器中，特別是單信道工作波長可變的放大器中，信號(hào)功率(Ps)和自發(fā) 輻射功率(ASE為自發(fā)輻射在整個(gè)帶寬內(nèi)積分)的比值P是衡量光放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。 如果比值較小可能會(huì)因?yàn)锳SE功率較大而導(dǎo)致接收器飽和甚至達(dá)到破壞閾值而燒毀，而且 較大ASE和ASE之間的拍頻噪聲也會(huì)降低接收器的信噪比。但由于放大器的自身特點(diǎn)，如 不采取特殊器件，Ps/ASE的比值將會(huì)限制在一個(gè)較低的值上。如取EDFA信號(hào)波長范圍為 1528nm-1562nm，輸入-28dBm，增益為38dB，已知EDFA的噪聲極限為3dB，那么據(jù)計(jì)算可得 Ps/ASE極限為11. 7dB。而實(shí)際情況會(huì)因?yàn)樵鲆孀V不平坦，EDFA噪聲大于3dB而遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 這個(gè)值。因此一種有效增加Ps/ASE比值方法成為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種實(shí)用的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的方法和裝 置，該方法和裝置把輸出的光通道切換到信號(hào)功率所在的帶通濾波器BPF，把帶通濾波器帶 通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，這樣就會(huì)降低ASE噪聲功率的光功率而保持信號(hào) 光功率不變，從而提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率之間的比值。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種提高放大器中信號(hào)功率和噪聲功率比值的方 法包括步驟一，系統(tǒng)接受信號(hào)波長信息，并且信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通 道切換器件IS，把輸入的光通道從主光路切換到信號(hào)波長所在的濾波器BPF ;步驟二，濾波 器BPF將帶通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，從而減小ASE噪聲功率的光而信號(hào)光 功率通過濾波器BPF ;步驟三，通過輸出光通道切換器件OS將所述小部分ASE噪聲功率的 光和光信號(hào)功率切換回光路。 其中，較佳又選方案為步驟一之前還包括微處理器MCU接受波長探測器WD信息 判斷信號(hào)波長范圍。 本發(fā)明還包括一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征在 于包括一 1Xn輸入光通道切換器件IS， n個(gè)濾波器BPF和一 nX 1輸出光通道切換器件 0S，其中，信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通道切換器件IS，把輸入的光通道切換 到信號(hào)功率所在的濾波器BPF，濾波器BPF將帶通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，通 過輸出光通道切換器件OS將所述小部分ASE噪聲功率的光和光信號(hào)功率切換進(jìn)入光路。
其中，較佳優(yōu)選方案為，所述的濾波器BPF為帶通濾波器，它們的譜線覆蓋整個(gè)放 大器的波長工作范圍。 其中，較佳優(yōu)選方案為，所述裝置，當(dāng)n二2時(shí)，它由一個(gè)lX2光開關(guān)，兩個(gè)濾波器 BPF和一個(gè)2 X 1光開串聯(lián)組成。當(dāng)n〉2時(shí)，它由一個(gè)lXn光開關(guān)IS，n個(gè)帶通濾波器和
3一nXl光開關(guān)串聯(lián)組成。所述光開關(guān)，在輸入端，它為lXn型，在輸出端它為nXl型。 其中，較佳優(yōu)選方案為，所述濾波器可為帶通濾波器，其數(shù)量大于等于2。 其中，較佳優(yōu)選方案為，該裝置的位置可位于放大器末端，放大器中間級(jí)或多級(jí)放
大器之間。 其中，較佳優(yōu)選方案為，本裝置還包括一波長探測器WD，它由一系列三端口波分復(fù)
用器WDM組成，各波分復(fù)用器WDM透射波帶和帶通濾波器BPF帶通范圍相對(duì)應(yīng)。 其中，較佳優(yōu)選方案為，所述波長探測器WD由多個(gè)波分復(fù)用器WDM串聯(lián)組成，每個(gè)
波分復(fù)用器W匿透射端后可接一探測器PD探測。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 1.該裝置SBS能夠提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值，從而有效地抑制接收器飽 和現(xiàn)象和ASE和ASE之間的拍頻噪聲。對(duì)于一個(gè)n通道的裝置SBS，它改善信號(hào)功率和ASE 噪聲功率比值約為10*logl0(n)dB。 2.該裝置SBS相對(duì)于其它同等功能器件，如可調(diào)濾波器，它成本低，占用空間小。 SBS —般由光開關(guān)和帶通濾波器組成，器件技術(shù)成熟生產(chǎn)工期短，因而它非常實(shí)用。
3.該裝置SBS設(shè)計(jì)靈活，無論是裝置SBS的通道數(shù)還是裝置SBS在EDFA的位置都 是一種設(shè)計(jì)自由度，設(shè)計(jì)者可在成本和性能中可進(jìn)行自由取舍，根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行不同設(shè) 計(jì)。因而含裝置SBS的EDFA的設(shè)計(jì)很靈活。 4.當(dāng)系統(tǒng)不能提高波長信息時(shí)，波長探測器能夠?qū)崟r(shí)，連續(xù)提供探測信號(hào)波長范 圍，提供給裝置SBS實(shí)時(shí)控制信息。


下面接合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方法進(jìn)一步說明 圖l表示本發(fā)明一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置的結(jié)構(gòu) 圖。 圖2表示本發(fā)明提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于放大 器中的光路圖。 圖3表示本發(fā)明一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置的BPF的 譜形圖。 圖4表示本發(fā)明一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置的放大器 的控制方法流程。 圖5a表示本發(fā)明提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于放 大器的末端。 圖5b表示本發(fā)明提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于放 大器的中間級(jí)。 圖5c表示本發(fā)明提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于位 于多級(jí)放大器之間。 圖6表示本發(fā)明一種提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置的波長探測器WD 結(jié)構(gòu)圖。 圖7表示本發(fā)明一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的另一實(shí)施例包括波長探測器WD結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種提高EDFA中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值比值的裝 置和方法作進(jìn)一步說明。 本發(fā)明提出了一種提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS，該裝置是主光 路中新加入的一個(gè)組合器件。 圖1為本發(fā)明多通道SBS裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，裝置SBS由三組器件組成 輸入端通道切換開關(guān)IS、帶通濾波器BPF和輸出通道切換開關(guān)OS。對(duì)于n通道的SBS，輸入 端通道切換開關(guān)IS應(yīng)該是也應(yīng)該為1 Xn結(jié)構(gòu)，帶通濾波器BPF應(yīng)該而OS應(yīng)該為nX 1的 結(jié)構(gòu)，其中開關(guān)的切換可被微處理器MCU控制的。其通道數(shù)n取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，n值越 大，輸入端通道切換開關(guān)IS和輸出通道切換開關(guān)OS帶來的插損也越大，帶通濾波器BPF也 越多，這樣雖然信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值會(huì)更大，但同是也會(huì)造成成本成倍增加和泵 浦功率浪費(fèi)，當(dāng)然n值越小，那么信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值改善越不明顯。
圖2表示本發(fā)明提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于放大 器中的光路圖，如圖2所示提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS為二通 道的裝置SBS，由第一輸入光通道切換器件IS1、第二輸入光通道切換器件IS2、第一帶通濾 波器BPF1、第二代通濾波器BPF2以及以耦合器coupler組成，從主光路接受信號(hào)波長信息， 并且信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光從第一輸入光通道切換器件IS1/第二輸入光通道切換 器件IS2中選擇相應(yīng)的信道，把輸入的光通道從主光路切換到信號(hào)波長所在的第一帶通濾 波器BPF1/第二代通濾波器BPF2 ;帶通濾波器BPF1/第二代通濾波器BPF2將帶通范圍外 的ASE噪聲功率的光全部濾掉，從而減小ASE噪聲功率的光而信號(hào)光功率通過帶通濾波器 BPF1/第二代通濾波器BPF2 ;通過耦合器coupler將所述小部分ASE噪聲功率的光和光信 號(hào)功率切換回主光路。 圖3為本發(fā)明提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS的帶通濾波器BPF譜 形圖，從圖3可以看出，整個(gè)工作波長范圍被分為n段，不同帶通濾波器BPF帶通波段不同。 當(dāng)當(dāng)前工作波長變換時(shí)，提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS會(huì)切換到信號(hào)光所 在的帶通濾波器BPF，把帶通濾波器BPF帶通范圍外的ASE噪聲功率光全部濾掉，這樣就會(huì) 降低ASE噪聲功率光而保持信號(hào)光功率不變，提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值。
該發(fā)明提出的一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的方法，它的工作 原理如下 本實(shí)施例以摻鉺光放大器為例，當(dāng)普通單信道工作波長可變摻鉺光放大器工作 時(shí)，鉺纖會(huì)產(chǎn)生大量的自發(fā)輻射噪聲ASE， ASE被增益平坦濾波器GFF后會(huì)濾掉工作區(qū)間外 絕大部分，但在經(jīng)過EDFA輸出后的ASE噪聲功率仍然很大，它們功率大部分集中在工作波 長范圍內(nèi)。本發(fā)明把輸出的信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光切換到信號(hào)光所在的帶通濾波器 BPF，這樣帶通濾波器BPF帶通范圍外的ASE噪聲功率光就會(huì)被濾掉。在理想情況下，帶通 濾波器BPF帶寬占信號(hào)頻率范圍的比值就是ASE噪聲功率光減小的倍數(shù)，也就是信號(hào)功率 和ASE噪聲功率比值提高的倍數(shù)。如對(duì)于一 n通道等波長間距的提高信號(hào)功率和ASE噪聲 功率比值的裝置SBS，那么它可可提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值為lOWoglO(n)，單位為dB。同時(shí)SBS切換時(shí)間短，為100ms以內(nèi)。 本發(fā)明方法主要包括下列步驟步驟一，MCU接受波長探測器WD信息判斷信號(hào)波 長范圍；步驟二，系統(tǒng)接受信號(hào)波長信息，并且信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通 道切換器件，把輸入的光通道從主光路切換到信號(hào)波長所在的帶通濾波器；步驟三，帶通濾 波器將帶通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，從而減小ASE噪聲功率的光而信號(hào)光功 率通過帶通濾波器；步驟四，通過輸出光通道切換器件將所述小部分ASE噪聲功率的光和 光信號(hào)功率切換回主光路。 本發(fā)明方法的操作步驟如圖3所示左邊是光放大器工作的主流程，在光放大器 EDFA啟動(dòng)后，進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)置，然后它就處于正常工作狀態(tài)直至關(guān)閉。右邊是波長切換時(shí) 候的中斷流程，在波長切換信息到來之后，EDFA就立即進(jìn)行設(shè)置參數(shù)保存和關(guān)泵；然后根 據(jù)新的工作波長切換輸入光通道切換器件IS和輸出光通道切換器件0S，使工作波長位于 帶通濾波器BPF的帶通范圍之內(nèi)；最后開泵，釋放保存的EDFA參數(shù)，中斷結(jié)束。
本發(fā)明提供的一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS的另一 應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖，它在放大器中的位置比較靈活，主要取決于實(shí)際系統(tǒng)的需要。如圖4a所示，提 高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS處于放大器的末端，此時(shí)少量通道就 實(shí)現(xiàn)較大性能的信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的提高，但同時(shí)會(huì)因?yàn)樘岣叻糯笃髦行盘?hào)功 率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS的插損而需要更大的輸出信號(hào)功率。如圖4b中，提高放 大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS也可位于EDFA的中間級(jí)，因?yàn)檩敵龉β手?要取決于后級(jí)0A，因此此結(jié)構(gòu)并不會(huì)造成泵浦功率的浪費(fèi)，但因?yàn)樘岣叻糯笃髦行盘?hào)功率 和ASE噪聲功率比值的裝置SBS只能過濾第一級(jí)帶通濾波器BPF帶寬外的噪聲功率ASE，第 二級(jí)OA仍會(huì)在帶通濾波器BPF帶寬外產(chǎn)生噪聲功率ASE，因此它對(duì)信號(hào)功率和ASE噪聲功 率的改善不如上圖4a。提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS的具體位置 主要取決于成本，噪聲和信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值指標(biāo)的權(quán)衡。圖4c所述的裝置SBS 位于多級(jí)放大器之間，它能夠提高放大器級(jí)聯(lián)時(shí)的信號(hào)功率和ASE噪聲功率的比值。
圖6所示為本發(fā)明波長探測器，它由一系列三端口 WDM組成，各WDM透射波帶和 BPF帶通范圍相對(duì)應(yīng)，當(dāng)輸入光從主光路經(jīng)過耦合器分出來的光經(jīng)過WDM時(shí)，如果它的波長 在WDM透射帶范圍之內(nèi)，那么此WDM后的功率探測器PD讀數(shù)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它PD讀數(shù)，也就 是說波長在此WDM透射帶中。 圖7所示為本發(fā)明一種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置的二通 道的實(shí)驗(yàn)裝置圖。其中，所述二通道波長探測器WD，可由一3dB耦合器coupler、第一功率 探測器PD1 、第二功率探測器PD2和一個(gè)帶通濾波器BPF組成。當(dāng)?shù)谝还β侍綔y器PD1和第 二功率探測器PD2功率讀數(shù)差別很大時(shí)，波長肯定位于帶通濾波器BPF外；如果第一功率探 測器PD1和第二功率探測器PD2功率讀數(shù)差別很小時(shí)，波長肯定位于帶通濾波器BPF內(nèi)。
圖7中的二通道裝置SBS由一光開關(guān)和一3dB耦合器3dB Coupler組成。首先， 輸入端波長探測器WD將第一功率探測器PD1、第二功率探測器PD2探測的輸入信號(hào)功率信 息輸入到微處理器MCU，微處理器MCU判斷信號(hào)波長范圍；然后，所述微處理器MCU根據(jù)信 號(hào)波長范圍控制裝置SBS，使SBS輸入光開關(guān)切換到信號(hào)波長所對(duì)應(yīng)的帶通濾波器BPF ;最 后，放大后的信號(hào)光經(jīng)3dB Coupler匯入主光路。 其中，所述提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置SBS中的輸出光通道切換器件OS部分可由一個(gè)3dB耦合器代替，這樣雖然會(huì)降低輸出功率，但減小了裝置SBS 部分成本和占用的空間。這種結(jié)構(gòu)的裝置SBS特別適合置于兩級(jí)EDFA中的中間級(jí)中。此 裝置SBS為雙通道，因此它可以提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值為10*logl0 (2)，即3dB。 其中，所述處理器MCU負(fù)責(zé)增益設(shè)置、泵浦控制、輸入輸出功率監(jiān)測和工作波長切換中斷處理。 本發(fā)明提供一種實(shí)用的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置和方 法，它的優(yōu)點(diǎn)在于 1.該裝置SBS能夠提高信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值，從而有效地抑制接收器飽 和現(xiàn)象和ASE之間的拍頻噪聲。對(duì)于一個(gè)n通道的裝置SBS，它改善信號(hào)功率和ASE噪聲功 率比值約為10*loglO(n)dB。 2.該裝置SBS相對(duì)于其它同等功能器件，如可調(diào)濾波器，它成本低，占用空間小。 裝置SBS —般由光開關(guān)和帶通濾波器組成，器件技術(shù)成熟生產(chǎn)工期短，因而它非常實(shí)用。
3.該裝置SBS設(shè)計(jì)靈活，無論是裝置SBS的通道數(shù)還是裝置SBS在EDFA的位置都 是一種設(shè)計(jì)自由度，設(shè)計(jì)者可在成本和性能中可進(jìn)行自由取舍，根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行不同設(shè) 計(jì)。因而含裝置SBS的EDFA的設(shè)計(jì)很靈活。 4.當(dāng)系統(tǒng)不能提高波長信息時(shí)，波長探測器能夠?qū)崟r(shí)，連續(xù)提供探測信號(hào)波長范 圍，提供給SBS裝置實(shí)時(shí)控制信息。 以上所述者，僅為本發(fā)明最佳實(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
一種提高放大器中信號(hào)功率和噪聲功率比值的方法包括步驟一，系統(tǒng)接受信號(hào)波長信息，并且信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通道切換器件IS，把輸入的光通道從主光路切換到信號(hào)波長所在的濾波器BPF；步驟二，濾波器BPF將帶通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，從而減小ASE噪聲功率的光而信號(hào)光功率通過濾波器BPF；步驟三，通過輸出光通道切換器件OS將所述小部分ASE噪聲功率的光和光信號(hào)功率切換回進(jìn)入光路。
2. 如權(quán)利要求1所述提高放大器中信號(hào)功率和噪聲功率比值的方法，其特征在于步 驟一之前還包括波長探測器WD信息判斷信號(hào)波長范圍。
3. —種提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征在于包括一 lXn 輸入光通道切換器件IS， n個(gè)濾波器BPF和一 nX 1輸出光通道切換器件0S，其中，信號(hào)功 率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通道切換器件IS，把輸入的光通道切換到信號(hào)功率所在 的濾波器BPF，濾波器BPF將帶通范圍外的ASE噪聲功率的光全部濾掉，通過輸出光通道切 換器件OS將所述小部分ASE噪聲功率的光和光信號(hào)功率切換進(jìn)入光路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征 在于所述的濾波器BPF為帶通濾波器，它們的譜線覆蓋整個(gè)放大器的波長工作范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征 在于所述裝置，當(dāng)n二2時(shí)，它由一個(gè)lX2光開關(guān)，兩個(gè)濾波器BPF和一個(gè)2 X 1光開串聯(lián) 組成。當(dāng)n > 2時(shí)，它由一個(gè)1Xn光開關(guān)IS，n個(gè)帶通濾波器和一nXl光開關(guān)串聯(lián)組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征 在于所述光開關(guān)，在輸入端，它為1 Xn型，在輸出端它為nX 1型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征 在于所述濾波器可為帶通濾波器，其數(shù)量大于等于2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE功率比值的裝置SBS，其特征 在于該裝置的位置可位于放大器末端，放大器中間級(jí)或多級(jí)放大器之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其特征 在于還包括一波長探測器WD，它由一系列三端口波分復(fù)用器WDM組成，各波分復(fù)用器WDM 透射波帶和帶通濾波器BPF帶通范圍相對(duì)應(yīng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求10中所述的提高放大器中信號(hào)功率和ASE噪聲功率比值的裝置，其 特征在于波長探測器WD由多個(gè)波分復(fù)用器WDM/耦合器coupler串聯(lián)組成，每個(gè)波分復(fù)用 器WDM/耦合器coupler透射端后可接一探測器PD探測。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高放大器中信號(hào)功率和噪聲功率比值的方法包括信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光通過輸入光通道切換器件IS，把輸入的光通道切換到信號(hào)波長所在的帶通濾波器BPF；帶通濾波器BPF將帶通范圍外的大部分ASE噪聲功率濾掉，從而減小ASE噪聲功率的光而信號(hào)光功率通過帶通濾波器；通過輸出光通道切換器件OS將所述小部分ASE噪聲功率的光和光信號(hào)功率切換進(jìn)入光路。該方法使窄帶或單信道信號(hào)在信號(hào)波長變化時(shí)能切換到相應(yīng)的帶通濾波器BPF，從而濾掉了波段外ASE噪聲功率光積累，提高信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光比值。該方法能有效提高信號(hào)功率光和ASE噪聲功率光比值，成本低，占用空間小，設(shè)計(jì)靈活。
文檔編號(hào)H04B17/00GK101719800SQ200810216688
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者虞愛華, 黃必昌 申請(qǐng)人:昂納信息技術(shù)(深圳)有限公司