CN101621175A - 一种具有色散补偿功能的光纤放大器及方法 - Google Patents

一种具有色散补偿功能的光纤放大器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有色散补偿功能的光纤放大器及方法，涉及光通信领域，用以解决色散补偿光节点单泵二级放大技术中存在的泵浦效率不高，对泵浦光的功率要求比较高的问题。光纤放大器包括：泵浦源(10)，产生泵浦光；第一合波放大装置(20)，接收泵浦光和输入的信号光，并在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出；WDM分波器(30)，接收合波光，将放大后的信号光与泵浦光分开，并分别输出；色散补偿装置(40)，接收输出的信号光，并对信号光色散补偿后输出；第二合波放大装置(50)，接收色散补偿后的信号光和输出的泵浦光，在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。

Description

一种具有色散补偿功能的光纤放大器及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别是用在长距离传输，色散补偿站点和OADM(Optical Add/Drop Multiplexer，光分叉复用)站点的掺杂光纤放大器应用技术。
背景技术
1550nm掺铒光纤放大技术已经作为一个成熟的技术应用在光通信，尤其是光传输的领域当中。密集波分复用系统和掺铒光纤放大技术的在1550nm波段的结合，大大推动了光纤通信技术的发展，100G间隔甚至50G间隔的密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)，已经承载了长距传输、城域传输的庞大的数字信息，在有线电视(Cable Television，CATV)光纤接入网中，大量光功率分配，也需要掺铒光纤放大器的功率支撑。
用在长距传输色散补偿器(DCM)前面的预放，它的特点增益较高，输出功率却较小，由于输入功率较低，所以该放大器要求具有较低的噪声系数(NF＜5.5dB)，这种放大器通常采用单泵单向泵浦的方式，泵浦激光器为980nm制冷激光器。
另外一种是用于DCM后的功放，它的特点是要求较高的输出光功率，由于输入光功率相对较高，所以对噪声系数的要求相对较低，这样的通常采用双向泵浦的方式。前向为980nm制冷泵浦激光器，后向采用1480nm制冷泵浦激光器的方案。
在长距离传输中，在色散补偿光节点，由于色散补偿器本身的损耗过大，通常采用预放+功放两级放大的模式，这样既可以避免由于损耗过大引起的信噪比下降过大，同时又避免了色散补偿器功率的输入功率过高，而产生的非线性效应。
还有专利提出了一种利用一个光放大器完成两级光放大的方法，其创新在于利用单个泵浦激光器利用耦合器先分光，两束光分别进入两段铒纤作为泵浦源，用来补偿DCM所产生的损耗，所以这个装置即补偿了色散又补偿了损耗。
这种设计的缺点：由于预放是属于增益较大输出光功率较低的第一级放大器，消耗的泵浦光功率很低，如果降低这一级的泵浦光功率输入，掺铒光纤中的铒离子的粒子数反转也将降低，这样会产生较大的噪声系数，性能得不到保证，如果提高第一级的泵浦光功率，就会造成较大的泵浦光功率的浪费，需要单泵具有较大的光功率，带来成本上的增加。
发明内容
本发明提供一种具有色散补偿功能的光纤放大器及方法，用以解决色散补偿光节点单泵二级放大技术中存在的泵浦效率不高，对泵浦光的功率要求比较高的问题。
本发明的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，包括：泵浦源10，用于产生泵浦光，并输出；第一合波放大装置20，用于接收泵浦源10输出的泵浦光和输入的信号光，并在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出；WDM分波器30，用于接收第一合波放大装置20输出的合波光，将放大后的信号光与泵浦光分开，并分别输出；色散补偿装置40，用于接收WDM分波器30输出的信号光，并对信号光进行色散补偿后输出；第二合波放大装置50，用于接收色散补偿装置40输出的信号光和WDM分波器30输出的泵浦光，在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。
进一步的，第一合波放大装置20中具体包括：第一WDM合波器201，用于接收泵浦源10输出的泵浦光，接收输入的信号光，并将接收到的泵浦光和信号光合波后输出；第一掺杂增益光纤202，用于接收第一WDM合波器201输出的合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出到WDM分波器30。
进一步的，第二合波放大装置50中具体包括：第二WDM合波器501，用于接收色散补偿装置40输出的信号光和WDM分波器30输出的泵浦光，并将接收到的泵浦光和信号光合波后输出；第二掺杂增益光纤502，用于接收第二WDM合波器501输出的合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。
进一步的，色散补偿装置40具体为DCM色散补偿器件(401)。或者具体为OADM光分叉复用器402；DCM色散补偿器件401采用色散补偿光纤DCF。
进一步的，还包括：第一隔离器60，所述信号光输入到第一合波放大装置20之前，先经由隔离器60处理；第二隔离器70，第二合波放大装置50输出合波光之前，先经由第二隔离器70处理。
进一步的，还包括：PIN管，位于信号光的输入端、信号光的输出端，或者信号光的输入端与输出端之间，用于对光功率进行检测和控制。
进一步的，还包括：光衰减器模拟DCM器件，位于信号光的输入端与输出端之间，用于引入损耗，并根据总增益和总输出光功率的要求来调节泵浦源10的偏执电流。
本发明的一种对光信号色散补偿及放大的方法，包括下列步骤：将泵浦光和信号光合波为合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光；将放大后的信号光与泵浦光从所述合波光中分离；对分离出的放大后的信号光进行色散补偿；将分离出的泵浦光和色散补偿后的信号光合波为合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，再将处理后的合波光输出。
本发明有益效果如下：
本发明的光纤放大器，包括一个泵浦激光器，两段掺杂增益光纤(不限于掺铒光纤EDF)，两个波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)合波器，一个WDM分波器和一个色散补偿装置。仅利用一个泵浦激光器完成DCM前后两级掺杂光纤的泵浦，信号光和泵浦光合波后，在第一级掺杂增益光纤中放大，利用WDM分波器将第一级掺杂光纤的残余泵浦光分解出来，再对第二级掺杂光纤进行泵浦，两级掺杂光纤中间的信号光耦合出来进入色散补偿装置进行色散补偿，该装置补偿色散的同时，补偿了色散补偿带来的损耗。
基于本发明，可提高泵浦光功率转化率，由于第一级放大完成后，利用WDM器件将剩余的980nm泵浦光提取了出来加以重新利用，而WDM器件又具有较低的插入损耗，而目前作为预放的光放大器这部分光被浪费掉了，所以提高了泵浦功率转化效率。
降低了成本，由于使用一个泵浦激光器，替代了目前两个甚至三个泵浦激光器的解决方案，驱动电路的成本降低了；第一级的泵浦光功率较高，只需很短的掺杂增益光纤就可完成所需要的增益；功率使用率的提高，必然降低了功率成本。
噪声性能的提高，由于该装置的噪声系数主要由第一级放大来决定，而该方式的第一级掺杂增益光纤中的泵浦光具有较高的功率，这段的光纤中增益粒子的粒子数处在高度反转的状态，这时铒纤中产生的噪声是极小的，从而导致噪声系数会比现有的方案有所改善。
附图说明
图1为本发明光纤放大器的实施例一的结构示意图；
图2为本发明光纤放大器的实施例二的结构示意图；
图2为本发明光纤放大器的实施例三的结构示意图；
图4为本发明方法步骤流程图。
具体实施方式
为了解决色散补偿光节点单泵二级放大技术中存在的泵浦效率不高，对泵浦光的功率要求比较高的问题，本发明提供了一种具有色散补偿功能的光纤放大器，下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
光纤放大器实施例一：
根据图1所示，包括：泵浦源10，用于产生泵浦光，并输出；
第一合波放大装置20，用于接收泵浦源10输出的泵浦光和输入的信号光，并在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出；
WDM分波器30，用于接收第一合波放大装置20输出的合波光，将放大后的信号光与泵浦光分开，并分别输出；
色散补偿装置40，用于接收WDM分波器30输出的信号光，并对信号光进行色散补偿后输出；
第二合波放大装置50，用于接收色散补偿装置40输出的信号光和WDM分波器30输出的泵浦光，在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。
光纤放大器实施例二：
根据图2所示，包括泵浦激光器(即图中泵浦源10)和第一WDM合波器201，用来将信号光与泵浦光合波，合波后的光进入到第一段掺杂增益光纤202，在泵浦光的激发下，低功率的信号光加以放大。再经过WDM分波器30将放大后的信号光与残留的泵浦分开，信号光输入到DCM色散补偿器件401，由于DCM器件通常采用色散补偿光纤(DCF)，要求输入的光功率不能太高，避免非线性光学效应的发生，所以第一段的信号光放大处在增益较大，输出功率却较低的状态，这时泵浦光的功率消耗是较低的，大部分的泵浦光被保留了下来。
信号光通过DCM色散补偿器后，会有部分的功率损失，将这部分信号光与WDM分波器30输出的泵浦光分别输入第二WDM合波器件501，重新合波，再输入到第二段掺杂增益光纤502中，完成第二段的功率放大，消耗掉剩余的泵浦光。
光隔离器(即图中第一隔离器60和第二隔离器70)，一方面保护光器件避免被强光损坏，另一方面避免噪声反射引起的噪声系数的增加。可以在输入、输出，或者中间加上PIN管作为光功率检测，以便对光功率进行控制。
在生产、调试过程中，首先应根据所需的第一级和第二及功率放大的增益，及最后的饱和输出功率来分配两段的掺铒光纤长度；建议在生产过程中，在中间段连入10dB的光衰减器模拟DCM器件的损耗，然后根据总增益和总输出光功率的要求来调节泵浦激光器的偏执电流。
光纤放大器实施例三：
本发明的另一应用场景在光分叉复用(Optical Add/Drop Multiplexer，OADM)节点上，由于在OADM站点某些波长要下路，某些波长要上路，所以必须要用到OADM光器件。另外一些波长需要透传，所以下路以后要直接上路，这样就会引入损耗。
为了补偿这部分损耗并使得上路与透传的光功率均横，图3所示的结构可以替代预放和线放两级光放大的形式，其包括：包括泵浦激光器(即图中泵浦源10)和第一WDM合波器201，用来将信号光与泵浦光合波，合波后的光进入到第一段掺杂增益光纤202，在泵浦光的激发下，低功率的信号光加以放大。再经过WDM分波器30将放大后的信号光与残留的泵浦分开。与光纤放大器实施例二相比，本实施例的结构中将DCM色散补偿器401替换为OADM光分叉复用器402，WDM分波器30分出的信号光输入到OADM的输入端口，经过OADM光信号会有部分的功率损失，将这部分衰减了的信号光与WDM分波器30耦合器分波出来的泵浦光分别输入第二WDM合波器件501，重新合波，再输入到第二段掺杂增益光纤502中，完成第二段的功率放大，消耗掉剩余的泵浦光。
光隔离器(即图中第一隔离器60和第二隔离器70)，一方面保护光器件避免被强光损坏，另一方面避免噪声反射引起的噪声系数的增加。可以在输入、输出，或者中间加上PIN管作为光功率检测，以便对光功率进行控制。
在生产、调试过程中，首先应根据所需的第一级和第二及功率放大的增益，及最后的饱和输出功率来分配两段的掺铒光纤长度；建议在生产过程中，在中间段连入10dB的光衰减器模拟DCM器件的损耗，然后根据总增益和总输出光功率的要求来调节泵浦激光器的偏执电流。
方法实施例一、参见图4所示，包括下列步骤：
S1、将泵浦光和信号光合波为合波光。
S2、在步骤S1获得的合波光中，在泵浦光的激发下放大信号光。
S3、将放大后的信号光与泵浦光从步骤S2所述的合波光中分离。
S4、对步骤S3分离出的放大后的信号光进行色散补偿。
S5、将步骤S3中分离出的泵浦光和步骤S4中进行色散补偿后的信号光合波为合波光。
S6、在步骤S5获得的合波光中，在泵浦光的激发下放大信号光，并将处理后的合波光输出。
基于上述方法实施例一，在步骤S1之前，还可对输入的信号光进行光隔离处理；以及在步骤S6中，对待输出的合波光进行光隔离处理。这样一方面可避免被强光损坏，另一方面避免噪声反射引起的噪声系数的增加。
基于上述方法实施例一，可在步骤S1，步骤S6之后，和/或步骤S1至步骤S6之间对光功率进行检测和控制。
基于上述方法实施例一，可在步骤S1至步骤S6之间引入10dB的光衰减损耗，然后根据总增益和总输出光功率的要求来调节泵浦激光器的偏执电流。
综上，本发明既提高了功率转化效率，提高了噪声性能，同时有节省了器件降低了成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，包括：
泵浦源(10)，用于产生泵浦光，并输出；
第一合波放大装置(20)，用于接收泵浦源(10)输出的泵浦光和输入的信号光，并在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出；
WDM分波器(30)，用于接收第一合波放大装置(20)输出的合波光，将放大后的信号光与泵浦光分开，并分别输出；
色散补偿装置(40)，用于接收WDM分波器(30)输出的信号光，并对信号光进行色散补偿后输出；
第二合波放大装置(50)，用于接收色散补偿装置(40)输出的信号光和WDM分波器(30)输出的泵浦光，在合波后，在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。
2、如权利要求1所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，所述第一合波放大装置(20)中具体包括：
第一WDM合波器(201)，用于接收泵浦源(10)输出的泵浦光，接收输入的信号光，并将接收到的泵浦光和信号光合波后输出；
第一掺杂增益光纤(202)，用于接收第一WDM合波器(201)输出的合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出到WDM分波器(30)。
3、如权利要求1所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，所述第二合波放大装置(50)中具体包括：
第二WDM合波器(501)，用于接收色散补偿装置(40)输出的信号光和WDM分波器(30)输出的泵浦光，并将接收到的泵浦光和信号光合波后输出；
第二掺杂增益光纤(502)，用于接收第二WDM合波器(501)输出的合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，以及将处理后的合波光输出。
4、如权利要求1或3所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，所述色散补偿装置(40)具体为DCM色散补偿器件(401)。
5、如权利要求4所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，所述DCM色散补偿器件(401)采用色散补偿光纤DCF。
6、如权利要求1或3所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，所述色散补偿装置(40)具体为OADM光分叉复用器(402)。
7、如权利要求1所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，还包括：
第一隔离器(60)，所述信号光输入到第一合波放大装置(20)之前，先经由隔离器(60)处理；
第二隔离器(70)，第二合波放大装置(50)输出合波光之前，先经由第二隔离器(70)处理。
8、如权利要求1所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，还包括：
PIN管，位于信号光的输入端、信号光的输出端，或者信号光的输入端与输出端之间，用于对光功率进行检测和控制。
9、如权利要求1所述的一种具有色散补偿功能的光纤放大器，其特征在于，还包括：
光衰减器模拟DCM器件，位于信号光的输入端与输出端之间，用于引入损耗，并根据总增益和总输出光功率的要求来调节泵浦源(10)的偏执电流。
10、一种对光信号色散补偿及放大的方法，其特征在于，包括下列步骤：
将泵浦光和信号光合波为合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光；
将放大后的信号光与泵浦光从所述合波光中分离；
对分离出的放大后的信号光进行色散补偿；
将分离出的泵浦光和色散补偿后的信号光合波为合波光，并在泵浦光的激发下放大信号光，再将处理后的合波光输出。
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