CN100336323C - 提供增益的光功率均衡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提供增益的光功率均衡器，其能够在放大信号输出时使光信道输出或增益达到均衡。在现有技术中，通过根据光信道而不同程度地衰减信号输出来达到光功率均衡。但是，本发明的光功率均衡器的特征在于，通过根据光信道而不同程度地供给光增益来达到光功率的均衡。根据本发明，可将光信道的输出调整达到平衡或者根据需要进行调整，而不会降低信噪比。

Description

提供增益的光功率均衡器
技术领域
本发明涉及一种光功率均衡器，更特别地涉及一种提供增益的光功率均衡器，用于在放大信号输出时均衡光信道输出或增益。
背景技术
通常，广泛用在光通信系统中的光放大器相对于不同的信道(即，不同的波长)具有不同的增益。如果多个信道中的一个信道与其余信道相比具有相对较低的增益或者相对较高的增益，那么在这种光放大器中可能会出现严重的问题。更详细地，使信号在光放大系统中衰减或反复地再次放大的情况下，不同信道之间的这种增益差会不断地累积，从而增至能够损坏光放大系统的程度。因此，需要平坦增益从而为不同的信道(即，不同的波长)提供相同的增益。
按照惯例，为了实现增益平坦，已经广泛使用一种用于调整构成光放大器的增益介质成分的方法，或者一种利用增益平坦滤波器的固定方法。但是，光放大器的增益特性随光放大器的外部环境而变化，因此对于固定方法来说，很难有效地应付光放大器的这种可变的增益特性。
为了解决这一问题，已经提出一种动态增益均衡器，用于可变地均衡光信道的输出。这种动态增益均衡器包括：光分路滤波器(也称为光解多路复用器)，用于将多路复用光源分为各个波长的信号，从而产生分离的光功率信号；衰减器阵列，用于根据其信道来衰减分离的光功率信号；以及光多路复用器，用于收集由衰减器进行均衡的信道信号。光多路复用器与用作光解多路复用器的光分路滤波器对称光解多路复用器。已经提出了利用光多路复用器和光解多路复用器之间这种对称性的各种改进的动态增益均衡器，例如，在光多路复用器和光解多路复用器的对称中心设置反射器的方法，通过改变光相位差而引起光衰减的方法，等等。尽管有各种改进的动态增益均衡器，但是它们具有相同的原理，都是基于光衰减技术。因为增益均衡器是基于光衰减技术，因此它们被称为衰减增益均衡器(即，损耗型增益均衡器)。这种损耗型增益均衡器可以利用各种方法来实现，例如，供体光栅(bulkgrating)，阵列波导光栅(AWG)或电介质滤波器等使用的光多路复用器和光解多路复用器的构造方法，或者用于相位干扰过程或衰减器阵列的衰减方法等。但是，在一般的通信系统中，信号衰减使SNR(信噪比)降低，因此，对于系统来说，需要在没有信号衰减的条件下均衡光信道输出或增益。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的一个目的是提供一种提供增益的光功率均衡器，用于通过放大信号输出而使每个信道的光功率同时达到均衡。
本发明的另一个目的是提供一种提供增益的光功率均衡器，用于实现每个信道的功率均衡，而不使用市场上价格昂贵的放大器如光纤放大器。
依照本发明的一个方面，通过提供一种提供增益的光功率均衡装置来实现上述和其他目的，所述装置用于均衡每个光信道上光信号的不均匀功率电平，该装置包括：光解多路复用器，用于将对于每个光信道具有不均匀功率电平的光信号的功率信号分成对应于每个光信道的信号；多个光路，所述多个光路为波导，并且每个波导都包含一个增益介质，由光解多路复用器分离的光功率信号通过所述光路传输；光放大器，设置于多个光路上，起到用于为多个信道提供不同增益的光放大器阵列的作用，用于为每个光信道的光信号提供不同的增益，从而使光信号的每个信道的功率电平达到均衡；光多路复用器，用于收集由光放大器阵列进行均衡的信号信道，所述光放大器阵列是光波导放大器阵列，其中光放大器通过顶泵浦操作来驱动，光波导放大器阵列通过顶泵浦操作来驱动，增益介质由掺杂钠米晶体和稀土元素的硅基材料制成，光放大器为设置在具有所述增益介质的波导上的泵浦光源。
优选地，光解多路复用器，光多路复用器和光放大器阵列中的至少一种可以按照PLC(平面光波电路)的形式制作。
优选地，提供增益的光功率均衡装置可以进一步包括功率计，用于检测由光放大器根据各个信道进行均衡的功率电平；控制器，用于在功率计确定功率电平的均衡程度小于规定的参考量时调整光放大器的每个信道的放大系数。
依照本发明的另一个方面，提供一种提供增益的光功率均衡装置，包括：光循环器，用于只沿着一个规定方向引导光信号，所述光信号对于不同的光信道具有不均匀的功率电平；光解多路复用/多路复用器，用于将光循环器接收的光信号的功率信号分成各个光信道的信号，并沿着与规定方向相反的方向收集作用于光解多路复用/多路复用器本身的所有信道信号；多个光路，所述多个光路为波导，并且每个波导都包含一个增益介质，由光解多路复用/多路复用器分离或收集的光功率信号通过所述光路传输；光放大器阵列，设置于多个光路的一个端部，并为各个信道提供不同的增益；以及反射器，设置在光放大器阵列中每个部件的端部，并反射已放大的光信号，其中，光放大器阵列通过顶泵浦操作来驱动，增益介质由掺杂钠米晶体和稀土元素的硅基材料制成，光放大器为设置在所述具有增益介质的波导上的泵浦光源。
优选地，光解多路复用器，光多路复用器和光放大器阵列中的至少一种可以按照PLC(平面光波电路)的形式制作。
优选地，提供增益的光功率均衡装置可以进一步包括功率计，用于检测由光放大器根据各个信道进行均衡的功率电平；控制器，用于在功率计确定功率电平的均衡程度小于规定的参考量时调整光放大器的每个信道的放大系数。
附图说明
本发明的上述和其他目的，特征以及其他优点将从下面结合附图的详细描述中更清楚地理解，其中：
图1是说明供顶部方法使用的光波导放大器的外形图；
图2是依照本发明一优选实施方式的光功率均衡器的概念框图；
图3是依照本发明另一优选实施方式的光功率均衡器的概念框图。
具体实施方式
现在，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。在图中，相同或相似的元件由同一个参考数字表示，即使它们在不同的图中示出。在下面的描述中，当这里结合的已知功能和结构的详细描述可能使本发明的主题相当不清楚时，将其省略。
在描述本发明的优选实施方式之前，在下文参照图1详细描述利用顶泵浦方法的光波导放大器。
参考图1，在基体100上沉积硅石下包层110，在下包层110上形成作为波导120的芯层。芯层由掺杂钠米晶体和稀土元素的硅基材料制成。在波导120上形成硅石上包层130。宽带光源(未示出)安装在波导上，用以将向下的泵浦光辐照到波导120上。入射到波导1 20的光在钠米晶体中产生重新结合的电子和空穴，导致稀土元素激发。入射光接收来自受激稀土元素的能量，在穿过波导120时放大，从而变为出射光。
图2是依照本发明一优选实施方式的光功率均衡器的概念框图。
参考图2，将光信号作用于由平面光栅组成的解多路复用器200，该光信号对于每个信道具有不均匀的功率电平。输入光信号是多波长光学信号(也称为多波长光信号)，其通过光通信系统传输，或者由具有不均匀增益曲线的光放大器进行放大。多波长光信号通过解多路复用器200中的衍射而分成对应每个光信道的信号，所述解多路复用器200起平面光栅的光解多路复用器的作用，分离的光功率进入与多个光路相对应的波导210。与此同时，由平面光栅组成的多路复用器202起到光多路复用器的作用，执行与上述解多路复用器200相反的另外的操作。波导210的一些部件与图1的部件相同。用于每个波导的泵浦光源212设置在其波导上，以进行顶泵浦。因此，这种布置与光波导放大器结构相对应。各个泵浦光源212接收来自控制器250的不同的功率信号，从而将用于每个波导210的光放大程度能够进行不同地设置。如果分离的光功率电平对于每个波导210不相同，那么低光功率电平的光信号被高度放大，高光功率电平的其他光信号稍微放大，由此实现为各个波导提供均衡增益的光功率均衡器。按照这种方式，每个信道(即每个波导)的均衡光功率由多路复用器202收集，从而使收集的信号通过输出端O传输。依照本发明的该优选实施方式，借助于耦合器222从通过输出端O传输的光信号中提取一些信号220，然后将其传输到起光功率计作用的OSA(光谱分析仪)240，从而使OSA240测量每个信道的光功率电平，并将测得的信息传输到控制器250。在控制器250确定输出光信号的各个均衡程度没有达到所需的均衡程度的情况下，对施加于每个信道的泵浦光源212的功率电平230进行调整，从而在所有光信号中得到所需的均衡程度，同时产生动态的光功率均衡。最好将适合于上述优选实施方式的解多路复用器200，多路复用器202和波导210以PLC(平面光波电路)的形式制作。
依照上述优选实施方式，由多路复用器202收集每个信道的光功率信号，然后借助于耦合器222从通过输出端O传输的所有光信号中提取一些信号，按照这样一种方式，上述优选实施方式能够测量每个光信道的光功率。但是，如果提供适当的光提取器或者检测器，那么在完成光放大之后，可以直接从波导210中提取已放大的光信号。
图3是依照本发明另一个优选实施方式的光功率均衡器的概念框图。
应该注意，图3中示出的光功率均衡器基于解多路复用器200和多路复用器202之间的对称结构。图3的光功率均衡器使用光解多路复用/多路复用器300，该装置既起到解多路复用器的作用，也起到多路复用器的作用，而解多路复用器200和多路复用器202在图2中是彼此分开的。如图3所示，将对于每个信道具有不均匀光功率电平的光信号施加于输入端I。输入光信号是多波长光信号，其通过光通信系统传输，或者由具有不均匀增益曲线的光放大器进行放大。输入光信号通过光循环器310进入光解多路复用/多路复用器300，所述光循环器适合于朝规定的一个方向引导输入光信号。在光循环器310将其接收到的光信号引到光解多路复用/多路复用器300的情况下，光解多路复用/多路复用器300起到光解多路复用器的作用。但是，在光循环器310不将其接收到的光信号引到光解多路复用/多路复用器300的情况下，光解多路复用/多路复用器300起到光多路复用器的作用。因此，通过光循环器310作用于光解多路复用/多路复用器300的光信号被分成用于每个光信道的信号，并将分离光信号的功率电平作用于与多个光路相对应的波导320。波导320后面的部件与图2的相同。用于每个波导的泵浦光源330设置在其波导上，以进行顶泵浦。因此，这种布置与光波导放大器阵列结构相对应。各个泵浦光源330接收来自控制器350的不同功率信号360，从而将用于每个波导320的光放大程度能够进行不同地设置。如果用于每个波导210的分离的光功率电平是不同的，那么低光功率电平的光信号被高度放大，高光功率电平的其他光信号稍微放大，从而实现为各个波导提供均衡增益的光功率均衡器。泵浦光源330设置在各个波导320的同一端部，反射镜340设置为与各个泵浦光源330接触，从而使首先放大的光功率信号通过反射镜340的反射再次放大。这些光功率信号在放大两次之后反馈到光解多路复用/多路复用器300，由光解多路复用/多路复用器300收集，然后传输到输出端O。另一方面，借助于耦合器322从通过输出端O传输的光信号中提取一些信号，然后将其传输到起光功率计作用的OSA(光谱分析仪)380，从而使OSA380测量每个信道的光功率电平，并将测得的信息传输到控制器350。在控制器350确定输出光信号的各均衡程度没有达到所需均衡程度的情况下，对施加于每个信道的泵浦光源330的功率电平360进行调整，用以在所有光信号中得到所需的均衡程度，同时产生动态的光功率均衡。最好将上面第二优选实施方式中使用的光解多路复用/多路复用器300和波导320以PLC(平面光波电路)的形式制作。
尽管本发明的上述优选实施方式仅仅描述了提供增益的光功率均衡器，但是在根据不操作泵浦光源时每个信道的光功率电平而将波导长度设置为不同的情况下，本发明也可适用于损耗型光功率均衡器。不需要驱动泵浦光源的原因是通过光吸收引起的光衰减随光波导的长度而变化。也就是说，根据本发明的光功率均衡器可以很容易地按照与常规技术相同的方式来使用。
工业实用性
如从上面描述中显而易见，根据本发明，可以将光信道的输出调整达到平衡，或者随意地进行调整，而不会降低信噪比(SNR)。
尽管已经结合特定的优选实施方式对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将理解，可以对特定的元件进行各种修改，增加和替换，而不会脱离如附加的权利要求书中公开的本发明的范围和精神。

Claims (6)

1、一种提供增益的光功率均衡装置，用于使光信号对于每个光信道的不均匀功率电平达到均衡，包括：
光解多路复用器，用于将对于每个光信道具有不均匀功率电平的光信号的功率信号分成对应于每个光信道的信号；
多个光路，所述多个光路为波导，并且每个波导都包含一个增益介质，由光解多路复用器分离的光功率信号通过所述光路传输；
光放大器，设置于多个光路上，起到用于为多个信道提供不同增益的光放大器阵列的作用，用于为每个光信道的光信号提供不同的增益，从而使光信号的每个信道的功率电平达到均衡；
光多路复用器，用于收集由光放大器阵列进行均衡的信号信道，所述光放大器阵列是光波导放大器阵列，
其中光放大器通过顶泵浦操作来驱动，光波导放大器阵列通过顶泵浦操作来驱动，增益介质由掺杂钠米晶体和稀土元素的硅基材料制成，光放大器为设置在具有所述增益介质的波导上的泵浦光源。
2、如权利要求1所述的装置，其中光解多路复用器，光多路复用器和光放大器阵列中的至少一种是以平面光波电路的形式制作。
3、如权利要求1或2所述的装置，进一步包括：
功率计，用于检测由光放大器根据各个信道进行均衡的功率电平；以及
控制器，用于在功率计确定功率电平的均衡程度小于规定的参考量时调整光放大器的每个信道的放大系数。
4、一种提供增益的光功率均衡装置，包括：
光循环器，用于只沿着一个规定方向引导光信号，所述光信号对于不同的光信道具有不均匀的功率电平；
光解多路复用/多路复用器，用于将光循环器接收的光信号的功率信号分成各个光信道的信号，并沿着与规定方向相反的方向收集作用于光解多路复用/多路复用器本身的所有信道信号；
多个光路，所述多个光路为波导，并且每个波导都包含一个增益介质，由光解多路复用/多路复用器分离或收集的光功率信号通过所述光路传输；
光放大器阵列，设置于多个光路的一个端部，并为各个信道提供不同的增益；以及
反射器，设置在光放大器阵列中每个部件的端部，并反射已放大的光信号，
其中，光放大器阵列通过顶泵浦操作来驱动，增益介质由掺杂钠米晶体和稀土元素的硅基材料制成，光放大器为设置在所述具有增益介质的波导上的泵浦光源。
5、如权利要求4所述的装置，其中光解多路复用器，光多路复用器和光放大器阵列中的至少一种是以平面光波电路的形式制作。
6、如权利要求4或5所述的装置，进一步包括：
功率计，用于根据各个信道检测由光放大器进行均衡的功率电平；和
控制器，用于在功率计确定功率电平的均衡程度小于规定的参考量时调整光放大器的每个信道的放大系数。
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