專利名稱：自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償精確設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增益平坦濾波器(GFF:Gain Flatness Filter)自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償?shù)?精確設(shè)計(jì)方法。GFF是用在光纖放大器中，用來均衡增益使增益平坦的一種裝置。本發(fā)明所 指的光纖放大器主要是摻鉺光纖放大器(EDFA :Erbium DopedFiber Amplifier) ，EDFA光纖 放大器主要用于密集波分復(fù)用(DWDM :DenseWavelength-Division Multiplexing)光傳輸 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，EDFA輸出增益譜翻轉(zhuǎn)，做成GFF，即可實(shí)現(xiàn)增益均衡，使輸出平坦。這種 設(shè)計(jì)的GFF如果用在輸出端，可以實(shí)現(xiàn)精確的增益均衡。但實(shí)際應(yīng)用中，在輸出端加GFF的 做法非常少，一個(gè)非常大的缺點(diǎn)是影響了輸出光的總功率，使泵浦光消耗增大，成本升高。 如果這種設(shè)計(jì)的GFF不是用在輸出端，而是用在兩級的中間或其他非輸出的的地方，也可 以實(shí)現(xiàn)增益均衡的目的，但這種GFF位置的改變，改變了摻鉺光纖的鉺粒子的翻轉(zhuǎn)特性，從 而改變了輸出的光譜特性，使輸出增益譜不能精確的均衡。如果補(bǔ)償要求不高，作為一般使 用是可以的。如果補(bǔ)償精度較高，要求輸出的增益譜平坦在O. 2dB以下，這種設(shè)計(jì)的GFF不 能保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償精確設(shè)計(jì)GFF的方法，用于多級光纖放大器中， 其特征在于從第一多波光源輸出的光，接入繞偏器，繞偏器的作用是把光源的偏振態(tài)降 低；從繞偏器輸出的光接衰減器，衰減器的作用是調(diào)節(jié)輸入光的大小，使輸入光大小符合放 大器的輸入要求；經(jīng)過衰減器的光接入分光器，分光器一端接第一級放大器輸入端， 一端接 光開關(guān)輸入端；分光器直接接光開關(guān)的一路光進(jìn)入第二光譜儀用來測試第一級放大器的輸 入光譜，接第二級放大器輸入的一路光經(jīng)放大器放大后，經(jīng)光開關(guān)接入第二光譜儀，測試第 二級放大器輸出光譜，兩級放大器的輸入和輸出光譜經(jīng)處理后得出放大器的增益；第一級 放大器的輸入光經(jīng)過第一級放大后，直接接入第一光譜儀測試第一級輸出的光譜；用第二 多波光源來模擬經(jīng)過GFF均衡的信號光，調(diào)整第二多波光源各波長的功率，使第二光譜儀 測得的增益譜達(dá)到設(shè)計(jì)的平坦要求，再用第一光譜儀測得的功率譜減第二多波光源的功率 譜，即可獲得想要的GFF譜線；其中，第一多波光源第一多波光源、衰減器、第一光譜儀、泵 浦、第二多波光源、第二光譜儀通過控制和數(shù)據(jù)采集線由計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行 控制。 優(yōu)選地，根據(jù)設(shè)計(jì)精度的要求，重復(fù)上述過程，反復(fù)修正GFF譜線。如果在修正GFF 譜線的過程中，發(fā)現(xiàn)增益斜率不能控制，就需要更改鉺纖長度。
優(yōu)選地，上述光纖放大器指的是摻鉺光纖放大器(EDFA)。 優(yōu)選地，在設(shè)計(jì)前，預(yù)先優(yōu)化好摻鉺光纖放大器(EDFA)的結(jié)構(gòu)、鉺纖長度、第二多 波光源的功率譜，從而得到一個(gè)初始GFF光譜，以便可以更加快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)好GFF。
優(yōu)選地可以在中間級增加光衰減器，來調(diào)整得到的增益精度和增益斜率。
這種方法針對大于一級EDFA，如圖1所示，可以按照實(shí)際使用、非兩端位置的GFF， 采用光譜分析儀和可調(diào)光源進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償?shù)霓k法。設(shè)計(jì)出的GFF實(shí)際使用達(dá)到的增益 平坦小于0. 2dB。


圖1為EDFA多級結(jié)構(gòu)。 圖2為2級EDFA中間位置GFF設(shè)計(jì)。 圖3為GFF設(shè)計(jì)流程。 圖4為EDFA輸出增益譜線。 圖5為GFF損耗譜線。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明涉及的GFF位置。圖中三角"[> ，，代表一具有放大功能的"級"。 在一級中，至少包含一段摻鉺光纖、一個(gè)信號泵浦合波器和泵浦光，每一級具有放大功能。 圖中雙黑線虛框的位置代表本發(fā)明的GFF的可能的位置。圖中，有單級和多級EDFA的結(jié)構(gòu) 形式，本發(fā)明主要針對大于一級的EDFA非兩端位置的GFF設(shè)計(jì)。圖1中一般情況下，n小 于6，黑色虛線框?yàn)镚FF可能的位置，雙黑線虛框?yàn)楸景l(fā)明涉及的位置。
以兩級EDFA中間位置GFF設(shè)計(jì)為例，如圖2所示。圖2是兩級EDFA中間GFF設(shè) 計(jì)的測試設(shè)備搭建圖。圖中，虛線框?qū)嶋H上是一個(gè)兩級放大器，兩級中間引出。第一級的輸 出接光譜儀，第二級的輸入接多波光源。 圖2中，單黑線為光纖連接，三黑線為控制和數(shù)據(jù)采集線。第一多波光源是符合 ITU-T 694. 1波長間隔要求WDM光源，各光源間隔均勻，一般間隔是50GHz, 100GHz或者 200GHz。第一多波光源的輸出光要平坦，一般要求小于0.5dB。從第一多波光源輸出的光， 接入繞偏器，繞偏器的作用是把光源的偏振態(tài)降低， 一般要求從繞偏器輸出的光的偏振度 小于5%。從繞偏器輸出的光接衰減器，衰減器的作用是調(diào)節(jié)輸入光的大小，使輸入光大小 符合放大器輸入而要求。注意調(diào)節(jié)衰減器的功率參考是分光器輸出到放大器的那端。經(jīng)過 衰減器的光接入分光器，分光器一端接放大器輸入端，一端接光開關(guān)輸入端。分光器直接接 光開關(guān)的一路光進(jìn)入第二光譜儀用來測試放大器的輸入光譜，接放大器輸入的一路光經(jīng)放 大器放大后，經(jīng)光開關(guān)接入第二光譜儀，測試放大器輸出光譜。放大器的輸入和輸出光譜經(jīng) 處理后得出放大器的增益。光譜處理一般集成在光譜儀的內(nèi)部功能模塊里，此處不再敘述。 此處注意，分光器等測試通路的插損波長依賴性影響增益測試，測試前想辦法校準(zhǔn)。
放大器的輸入光經(jīng)過第一級放大后，直接接入第一光譜儀測試第一級輸出的光 譜。用第二多波光源來模擬經(jīng)過GFF均衡的信號光，調(diào)整第二多波光源各波長的功率，使第 二光譜儀測得的增益譜達(dá)到設(shè)計(jì)的平坦要求。再用第一光譜儀測得的功率譜減第二多波光 源的功率譜，即可獲得想要的GFF譜線。這個(gè)過程中間會(huì)有一些反復(fù)修正，需要調(diào)節(jié)泵浦電 流、第二多波光源的功率譜甚至鉺纖長度。除更改鉺纖長度需要人工干預(yù)外，其他調(diào)節(jié)都可 以通過編寫程序進(jìn)行自動(dòng)控制。具體流程參考圖3. 圖3是GFF設(shè)計(jì)的具體流程?？梢砸罁?jù)這個(gè)流程編寫具體的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。一般開始時(shí)，利用專業(yè)的模擬軟件，預(yù)先優(yōu)化好EDFA的結(jié)構(gòu)，鉺纖長度，大概的第二多波光 源的功率譜，從而得到一個(gè)大概的初始GFF光譜。這樣可以更加快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)好GFF。實(shí) 際設(shè)計(jì)時(shí)，先按照圖2搭建好整個(gè)測試環(huán)境，各設(shè)備必須是校準(zhǔn)好的處于有效期范圍內(nèi)的 設(shè)備。調(diào)整好輸入光功率，校準(zhǔn)分光器兩端到第二光譜儀輸入輸出通道的插損和波長依賴 性。校準(zhǔn)第一光譜儀和第二光譜儀的一致性。具體校準(zhǔn)方法不是本專利的范圍。利用搭建 好的測試環(huán)境，調(diào)整好放大器的輸入光，控制泵浦打開，達(dá)到第一級功率或增益，測試第一 級輸出的光譜。第一級輸出光譜減初始GFF譜，得到第二多波光源的功率譜。按照這個(gè)功 率譜設(shè)置第二多波光源?？刂票闷质沟诙壍妮敵鲞_(dá)到要求的增益，測試整個(gè)放大器的增 益譜。查看這個(gè)增益譜是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)要求根據(jù)客戶要求定，一般設(shè)計(jì)要求為小于 0. ldB。如果不滿足要求，就要把輸出光譜中的不平坦度負(fù)反饋到第二多波光源的功率譜 上，即輸出增益大的地方要調(diào)小第二多波光源相應(yīng)處的功率譜。調(diào)整的具體大小一般做歸 一化處理，即找輸出增益譜的最小點(diǎn)為參考，得到負(fù)反饋的具體大小。經(jīng)過負(fù)反饋的第二多 波光源的功率譜再輸入第二級，按照前述，測試第一級輸出功率譜，測試整個(gè)放大器的增益 譜。再進(jìn)行判斷是否達(dá)到要求。這是一個(gè)反復(fù)微調(diào)的過程，調(diào)節(jié)的次數(shù)取決于設(shè)計(jì)精度要 求。如果調(diào)節(jié)過程中，發(fā)現(xiàn)增益斜率不能控制，就需要更改鉺纖長度。然后重新進(jìn)行試驗(yàn)。 另外，通過模擬軟件，把得到的GFF譜線代入，可以計(jì)算鉺纖中鉺離子翻轉(zhuǎn)程度，檢查是否 符合設(shè)計(jì)要求，否則進(jìn)行鉺纖調(diào)整，重新設(shè)計(jì)。 圖3中的預(yù)設(shè)值可以是經(jīng)過模擬計(jì)算得到的大概GFF譜線，也可以是一個(gè)固定值， 例如3db ;所述設(shè)計(jì)要求可根據(jù)客戶要求設(shè)定，一般為0. ldb。 在實(shí)際設(shè)計(jì)和試驗(yàn)前，要注意的地方在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，一般利用專業(yè)的模擬軟 件，預(yù)先優(yōu)化好EDFA的結(jié)構(gòu)，鉺纖長度，大概的第二多波光源的功率譜。這樣可以更加快 速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)好GFF ;第一多波光源和第二多波光源要求波長要一致。多波光源波長間隔 要均勻，一般根據(jù)ITU-T 694. 1的規(guī)定，設(shè)置波長點(diǎn)，可以是50GHz、100GHz間隔，也可以是 200GHz間隔，再大的間隔影響設(shè)計(jì)精度；第一多波光源的輸出功率譜的平坦度要在O. 5dB 以內(nèi)，ldB以上的光源平坦度影響設(shè)計(jì)精度；光譜儀是標(biāo)準(zhǔn)商用光譜儀，要經(jīng)過校準(zhǔn)；泵浦 控制一般采用專門的泵浦控制設(shè)備；計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)和控制軟件，參考圖3的流程。泵浦 可能是一個(gè)泵浦，或者多個(gè)泵浦。泵浦的控制可以人為判斷后控制；試驗(yàn)中，可以在中間級 增加光衰減器，來調(diào)整得到的增益精度和增益斜率?？紤]成本，可以只用一個(gè)多波光源來設(shè) 計(jì)。要保證第一級不變即可，這樣只要調(diào)整第二級和第二多波光源即可達(dá)到調(diào)整的目的?？?慮成本，可以只用一個(gè)光譜分析儀來設(shè)計(jì)。要把第一級的輸出光存儲(chǔ)，或者設(shè)計(jì)光開關(guān)來實(shí) 現(xiàn)。實(shí)際的GFF譜線是依賴于廠家的摻鉺光纖性能，使用不同廠家的摻鉺光纖，得到的GFF 光譜不同。圖4為實(shí)際EDFA增益譜，試驗(yàn)中采用的是100GHz間隔的光源，設(shè)計(jì)的放大器增 益在25.6dB。增益在整個(gè)波長范圍內(nèi)，增益平坦度小于O. ldB。 圖5是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)GFF的方法，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化后的GFF譜線，利用這個(gè)GFF，可 以得到圖4的輸出光譜。這個(gè)譜線是第一級的輸出功率譜減去第二多波光源的功率譜得到 的。 雖然本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)地示出和并描述了一個(gè)相關(guān)的特定的實(shí)施例參考，但本領(lǐng)域 的技術(shù)人員能夠應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以在形式上和細(xì)節(jié)上作出各 種改變。這些的改變都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種用于多級光纖放大器中，自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償精確設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于從第一多波光源輸出的光，接入繞偏器，繞偏器的作用是把光源的偏振態(tài)降低；從繞偏器輸出的光接衰減器，衰減器的作用是調(diào)節(jié)輸入光的大小，使輸入光大小符合放大器的輸入要求；經(jīng)過衰減器的光接入分光器，分光器一端接第一級放大器輸入端，一端接光開關(guān)輸入端；分光器直接接光開關(guān)的一路光進(jìn)入光譜儀二用來測試整個(gè)放大器的輸入光譜。接整個(gè)放大器輸入的一路光經(jīng)放大器放大后，經(jīng)光開關(guān)接入光譜儀二，測試放大器輸出光譜，放大器的輸入和輸出光譜經(jīng)處理后得出整個(gè)放大器的增益；放大器的輸入光經(jīng)過第一級放大后，直接接入光譜儀一測試第一級輸出的光譜；用第二多波光源來模擬經(jīng)過GFF均衡的信號光，調(diào)整第二多波光源各波長的功率，使第二光譜儀測得的增益譜達(dá)到設(shè)計(jì)的平坦要求，再用第一光譜儀測得的功率譜減第二多波光源的功率譜，即可獲得想要的GFF譜線；其中，第一多波光源、衰減器、第一光譜儀、泵浦、第二多波光源、第二光譜儀通過控制和數(shù)據(jù)采集線由計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行控制。
2. 如權(quán)利要求l中設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于根據(jù)設(shè)計(jì)精度的要求，重復(fù)上述過程，反復(fù)修正GFF譜線。
3. 如權(quán)利要求2中設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于其中的光纖放大器指的是摻鉺光纖放大器(EDFA)。
4. 如權(quán)利要求3中設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于如果在修正GFF譜線的過程中，發(fā)現(xiàn)增益斜率不能控制，就需要更改鉺纖長度。
5 如權(quán)利要求l中設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于在設(shè)計(jì)前，預(yù)先優(yōu)化好摻鉺光纖放大器(EDFA)的結(jié)構(gòu)、鉺纖長度、第二多波光源的功率譜，從而得到一個(gè)初始GFF光譜，以便可以更加快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)好GFF。
6. 如權(quán)利要求5中設(shè)計(jì)增益平坦濾波器的方法，其特征在于在中間級增加光衰減器，調(diào)整得到的增益精度和增益斜率。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償精確設(shè)計(jì)增益平坦濾波器(GFF)的方法，用于多級光纖放大器中。根據(jù)由第一多波光源、繞偏器、衰減器、分光器、第一級放大器、第一光譜儀、泵浦、第二多波光源、第二級放大器、光開關(guān)、第二光譜儀、和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集模塊組成的平臺(tái)，按照實(shí)際使用、非兩端位置的GFF，采用光譜分析儀和可調(diào)光源進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)補(bǔ)償?shù)霓k法設(shè)計(jì)增益平坦濾波器(GFF)，設(shè)計(jì)出的GFF實(shí)際使用達(dá)到的增益平坦小于0.2dB。
文檔編號H04B10/17GK101719796SQ20091023480
公開日2010年6月2日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者李現(xiàn)勤 申請人:無錫市中興光電子技術(shù)有限公司