CN100393015C - 多波长光源的产生装置及使用其检测光放大器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长光源的产生装置及使用其检测光放大器的方法，旨在提供一种装置简单、成本很低，能够应用在波分复用系统的光器件评估和测试中，有效、简捷、准确的对光放大器增益平坦度和噪声系数进行指标上的测试装置及测试方法。噪声源部分与分波部分连接，分波部分分波出来的各信道波长的光信号与合波部分的各信道连接。合波部分与信号光的放大部分连接。信号光的放大部分由光纤放大器和可调衰减器构成。分波部分由信道交织器和分波器件组成。将上述装置与待测光放大部分、光谱分析仪依次连接，用于光放大器增益平坦度和噪声系数测试。

Description

多波长光源的产生装置及使用其检测光放大器的方法

技术领域

本发明涉及一种多波长光源的产生装置及其在光放大器增益平坦度和噪声系数测试方面的应用。

背景技术

在密集波分复用系统中，尤其是长距离的传输系统中，光放大器增益平坦度和噪声系数对于系统的传输性能是一个影响至关重要的指标，所以需要对系统中所用的光放大器增益平坦度和噪声系数进行准确的测试。在测试中一种容纳光放大器正常工作范围内的所有信号通路并且根据实际通路数进行变化的多波长光源就显得尤其重要。本多波长信号源构成装置的发明就是基于这个背景下而提出的。

传统多波长信号源的构成一种是采用多个激光器的方式，基本原理是采用一定的控制方式，从而让不同激光器发出不同波长的信号光，将这些激光器有效的组合到一起即构成所需的信号光源。这种信号源属于相干光源，并且可应用范围较广，但需要多个价格昂贵的激光器作为发光体，并且随着密集波分系统传输的扩容，激光器的数量还会增多，成本很高；并且其波长和光功率控制部分的构成装置也较为复杂。目前在光放大器的测试中通常都采用上述这种多波长信号源，在波分复用系统中一种典型的多波长信号源的产生装置是将SDH分析仪输出的光信号经过耦合器进行功率平均分配之后的各个通路光功率均匀分配到OTU1、OTU2、…OTUn(光转发器件)的输入，SDH分析仪和耦合器是为了给各OTU加入合适功率、合适速率的调制信号，在光转发器件的输出端得到功率平均的各波长信号光功率，然后合波器件将上述多波长信号耦合进一根光纤中，从而在合波器件的输出端得到功率均匀的各种波长信号。

另外一种光放大器测试中采用的光源装置是基于单波长光源逐个产生的原理进行的。这种方法虽然在测试单波长的增益和噪声系数方面较为准确，但从根本上来说，并不符合多波长信道同时工作的情况，光放大器的功率点并没有工作在实际状态下，另该方法测试所需时间冗长，不具备实时和快速性。公开发表的专利文献《98117158.3多信道光纤放大器的增益测量装置》就是基于单波长光源的测试原理提出的，为了模拟光放大器工作在实际的功率点下，在采用一个可调波长信号源的情况下，增加了多个其数目少于多波长光信道数目的信号源，公布了一种用以放大预定波长范围的输入多信道光信号的多信道光纤放大器的增益测量装置。它的组成部分包括多个其数目少于多信道光信号的信道数目的光信号源、一探询信号源、一光学多路复用器、一光学放大部分、一测量系统。该装置较为复杂，并且由于光源的单一产生性导致花费时间较多，随着波分复用系统的信道数目的增长时间还会继续延长，造成工作效率较低。公开发表的专利文献《6016213Method and apparatusfor optical amplifier gain and noise figure measurement》也是基于单波长光源的原理提出的，它使用已知损耗的光形成自激回路，调节波长回路将光放大器连接到示波器。光路包括控制波长的可调滤波器和控制增益的可调衰减器。使用光谱分析仪测试其增益和信噪比的变化大小，从而得到光放大器的增益和噪声特性。该文献只考虑了单波长工作的情况，并没有模拟众多信道同时工作的实际情况，在测试结果上与实际偏差较大。另该装置较为复杂，不适合工程大批量的测试。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种装置简单、成本低的多波长光源的产生装置及使用其对光放大器测试的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多波长光源的产生装置，噪声源与具有滤波特性的分波部分连接，分波部分分波出来的各信道波长的光信号与合波部分的各信道连接，合波部分与信号光的放大部分连接；信号光的放大部分由光纤放大器和可调衰减器构成。分波部分由信道交织器和分波器件组成。

本发明还提供了一种多波长光源产生装置检测放大器的方法，它包括下列步骤：

(1)将噪声源、具有滤波特性的分波部分、合波部分、光纤放大器和可调衰减器依次连接，之后再与待测光放大器件连接，并与测量系统部分连接，即组成一个测试装置；

(2)噪声源发出一个噪声信号谱，经过上述测试装置进行测量；

(3)通过仪表内部的数据计算或人工数据整理，得到待测光放大器指标的测试结果。

本发明具有下述有益效果：采用本发明的一种多波长光源的产生装置与传统的多波长光源相比，取得了成本低、装置简单的特点，它通过一个简单易行的装置模拟波分复用系统中光器件测试所需要的多波长信号源，产生了所需要的大容量的多波长信号光源。并且本装置所产生的信号光源具有着较高的信噪比，在光通讯领域中有着较大的应用，本发明列举了通过这个装置模拟出的信号源对光放大器的增益平坦度和噪声系数进行测试方面的应用，在光放大器的增益平坦度和噪声系数的测试上有着显著的应用效果。同时节省了购买不同信号源激光器所需要的高昂成本，在测试应用方面更加简洁有效，尤其适合实验室光源不足和工程环境下条件不具备的情况下的场合。并且在本发明中对比了用传统多个激光器作为信号源和本装置产生的信号源对相同光放大器进行增益平坦度和噪声系数测试的实际结果，获得了基本一致的结果，也说明了本发明的正确性和实用性。

附图说明

图1是一种形成信号光源的装置结构图。

图2是一个经过本装置产生的典型32波的信号光谱图。

图3是应用本装置产生的多波长信号源进行光放大器增益平坦度和噪声系数测试的光路原理图。

图4是一只标称为14dB增益的光放大器增益测量结果。

图5是一只标称为22dB增益的光放大器增益测量结果。

图6是一只标称为14dB增益的光放大器噪声系数测试结果。

图7是一只标称为22dB增益的光放大器噪声系数测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

多波长光源的产生装置包括：

噪声源部分：噪声源部分由一个宽带噪声谱组成，可以为网络分析仪或者光谱分析仪发出的噪声源，也可以为可调光源发出的宽带噪声源，这里要保证的就是噪声谱曲线要在所需要的工作波长范围内尽量保持波形平坦，如发出的光不是很平坦，可以适当加入一定增益斜率的放大器对噪声谱进行微小的调节。噪声源部分的输出与分波部分的梳状滤波器的输入部分相连。

分波部分：分波部分的原理通常分为两种，一种是利用介质膜的原理达到不同频率光信号的解复用过程；一只宽带滤波片可以使2个波段的光进行解复用，滤波片树状级联(1只接2只，2只接4只，4只接8只...)，依此类推直到通道的数量满足系统实际所能承载的最大通路数为止。一种是利用阵列波导光栅的原理达到不同频率光信号的解复用过程；入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光信号以不同的角度进行反射，然后经透镜会聚到不同的输出光纤，从而完成波长的选择功能，获得系统实际运转时所需要的最大复用通路数，只是这种方法由于材料的热膨胀系数和折射率随温度漂移而产生微小的变化，从而在使用这种器件时要注意采用良好的温控措施。不管哪种原理的分波器件，都要保证各个信道之间的插入损耗一致性要好，从而保证各个信道波长的光功率基本相同。分波出来的各信道波长的信号光通过光纤与合波部分的各信道相连。

合波部分：合波部分的原理与分波部分的原理具有光学可逆的特点，根据合波与分波的光学指标要求不同，可以选择不同性能的器件，构成不同的符合系统设计需求的合波或者分波部分。合波部分通常为三种，前两种基本原理与分波部分相同，只不过是分波部分的反过程。第三种原理直接采用功率耦合的形式，对波长则没有选择性，它所起的作用只是将不同波长的光信号在功率上进行耦合，最后合并成一路进入光纤传输。合波器件也同分波器件一样，都需要保证各个信道之间的插入损耗一致性要好，也就是说耦合进光纤的各个信道波长之间的光功率基本相同。

信号光的放大部分：信号光的放大部分由一只光纤放大器和一只可调衰减器构成，由于噪声源和合分波的部分插入损耗的原因，光信号功率通常很小，光纤放大器的作用是将经过分波和合波之后的光信号功率进行放大；可调衰减器的作用是对放大后的光信号功率进行灵活的调整，从而得到多波长光源应用所需要的不同光功率的数值。(信号光的放大部分是否有其他构成方式)

将噪声源、分波部分、合波部分、信号光的放大部分依次连接，即组成一个多波长光源的产生装置。

将噪声源、分波部分、合波部分、光纤放大器和可调衰减器依次连接，之后再与待测光放大器件连接，并与测量系统部分连接，即组成一个测试装置。

一般情况下，待测光放大器件本身已经给定标称的增益和正常的输入光功率范围。

测量系统部分由测试光谱的光谱分析仪等光谱测试仪表组成，如果仪表本身没有内带衰减器，则尚需在进入仪表之前外加可调衰减器，可调衰减器的作用是让进入仪表的光功率在仪表的正常接收范围内，防止造成仪表的损害。测量部分完成待测放大器的各信道输入光功率、各信道输出光功率、输入信噪比、输出信噪比等数据的采集，并处理相关通道的数据，通过仪表内部的数据计算或者人工的数据整理得到待测放大器指标的测试结果。

如图1所示：

噪声源发出一个平坦的宽带噪声信号谱，在不经过任何处理的情况下直接输入光分波部分的输入口，分波部分是由带有滤波特性的波分复用器件组成，在本装置中使用了一个Interleaver信道交织器和一个分波器件的组合，Interleaver信道交织器的作用是将信号解复用为两组频率间隔均为合波信号的两倍、频移为频率间隔的一半的信道，从而得到信噪比很高的高质量信号光；具体波长范围根据实际光放大器所放大的波长范围进行选取，Interleaver信道交织器可以完成C波段和L波段的信道交织复用和解复用。分波器件的主要作用是将其它不需要的信号光部分进行一下过滤处理，余下WDM传输系统所需要的多通路信号光，同时对波长进行一下纠偏处理。经过光分波器件的处理，在光分波器件的输出口均匀分出WDM系统传输所需要的不同波长的信噪比较高的CH1、CH2......CHn这N个通路的光，并且由于分波器件的插入损耗一致性较好，N个通路之间的光功率基本相同。接着用N根稍短一些的光纤，将分波器件分出来的不同波长的CH1、CH2......CHn这N个通路的光功率均匀的信号光与合波器件N个波长相对应的通路CH1、CH2......CHn一一对接，经过合波器件的转换处理后，将从光分波器件分离出来的N个波长的信道光耦合进一根光纤中，从合波器件的输出口输出，这样就完成了多波长信号光源的最初产生过程。由于噪声源和合分波的部分插入损耗的原因，光信号功率通常很小，使用光放大器将经过分波和合波之后的产生的多波长光信号功率进行放大；再经过可调衰减器的作用对放大后的光信号功率进行灵活的调整，从而得到任意可调的不同光功率的多波长信号源。

在图2中，给出了C波段典型32通路信号的产生光谱图。图中经过合波器件、分波器件、放大器件之后的信号光谱图是本装置实现准确测试光放大器增益平坦度和噪声系数的重要保证。其最大波长和最小波长光功率之差小于3dBm，并且各信道的信噪比情况均＞35dB。

在图3中，表示用本发明所产生的多波长光源进行光放大器增益平坦度和噪声系数测试的整体光路原理图，它包括光源产生部分和测试系统部分。光源产生部分共分为噪声源部分、分波部分、合波部分、放大部分，这部分的具体原理描述见图一所描述的实施方式。测量系统装置是由待测增益平坦度的光放大器、进行光谱记录的光谱分析仪组成。光谱分析仪先将输入待测光放大器的各信道输入光扫描进仪表进行存储；接着将光信号输入待测放大器的输入口，将光谱分析仪与放大器的输出口对接，从仪表上均匀的扫描出经过放大器的输出波形，与前面存储的各信道输入光信号的功率做差运算，得到各信道的经由待测光放大器的增益情况，增益最大和增益最小的两个通路相减即为所测光放大器的增益平坦度；用光谱分析仪扫描的放大器前后的信噪比情况，通过计算或者仪表读数(仪表内部自带计算设置)得到待测光放大器各信道的噪声系数。

在图4和图5中，给出了两只典型光放大器分别用标定信号源和本发明所用装置产生信号源的增益测试结果曲线对比图。两种方法所测得的22dB增益的光放大器增益平坦度分别为0.67dB和0.76dB，14dB增益的光放大器增益平坦度分别为0.64dB和0.59dB，两种测试方法的误差在±0.1dB范围内。图中所给出的结果，保证了本多波长光源发明的实用性。

在图6和图7中，给出了两只典型光放大器分别用标定信号源和本发明所用装置产生信号源的噪声系数结果曲线对比图。两种方法所测得的22dB增益的光放大器噪声系数最大值分别为5.46dB和5.49dB，14dB增益的光放大器噪声系数最大值分别为5.08dB和5.25dB，两种测试方法的各通路的噪声系数数值误差变化情况均在±0.2dB范围内。图中所给出的结果，保证了本多波长光源发明的实用性。

Claims (4)

1.一种多波长光源的产生装置，其特征在于，噪声源与具有滤波特性的分波部分连接，所述分波部分分波出来的各信道波长的光信号与合波部分的各信道连接，所述合波部分与信号光的放大部分连接。

2.根据权利要求1所述的多波长光源的产生装置，其特征在于所述信号光的放大部分由光纤放大器和可调衰减器构成。

3.根据权利要求1或2所述的多波长光源的产生装置，其特征在于，所述分波部分由信道交织器和分波器件组成。

4.一种使用权利要求2所述的多波长光源产生装置检测放大器的方法，其特征在于，它包括下列步骤：

(1)将噪声源、具有滤波特性的分波部分、合波部分、光纤放大器和可调衰减器依次连接，之后再与待测光放大器件连接，并与测量系统部分连接，即组成一个测试装置；

(2)噪声源发出一个噪声信号谱，经过上述测试装置进行测量；

(3)通过仪表内部的数据计算或人工数据整理，得到待测光放大器指标的测试结果。

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