CN101719796B - 自动闭环补偿精确设计增益平坦滤波器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种自动闭环补偿精确设计增益平坦滤波器(GFF)的方法，用于多级光纤放大器中。根据由第一多波光源、绕偏器、衰减器、分光器、第一级放大器、第一光谱仪、泵浦、第二多波光源、第二级放大器、光开关、第二光谱仪、和计算机控制及数据采集模块组成的平台，按照实际使用、非两端位置的GFF，采用光谱分析仪和可调光源进行自动闭环补偿的办法设计增益平坦滤波器(GFF)，设计出的GFF实际使用达到的增益平坦小于0.2dB。
Description
技术领域
本发明涉及一种增益平坦滤波器(GFF：Gain Flatness Filter)自动闭环补偿的精确设计方法。GFF是用在光纤放大器中，用来均衡增益使增益平坦的一种装置。本发明所指的光纤放大器主要是掺铒光纤放大器(EDFA：Erbium DopedFiber Amplifier)，EDFA光纤放大器主要用于密集波分复用(DWDM：DenseWavelength-Division Multiplexing)光传输系统。
背景技术
众所周知，EDFA输出增益谱翻转，做成GFF，即可实现增益均衡，使输出平坦。这种设计的GFF如果用在输出端，可以实现精确的增益均衡。但实际应用中，在输出端加GFF的做法非常少，一个非常大的缺点是影响了输出光的总功率，使泵浦光消耗增大，成本升高。如果这种设计的GFF不是用在输出端，而是用在两级的中间或其他非输出的的地方，也可以实现增益均衡的目的，但这种GFF位置的改变，改变了掺铒光纤的铒粒子的翻转特性，从而改变了输出的光谱特性，使输出增益谱不能精确的均衡。如果补偿要求不高，作为一般使用是可以的。如果补偿精度较高，要求输出的增益谱平坦在0.2dB以下，这种设计的GFF不能保证。
发明内容
本发明提出了一种自动闭环补偿精确设计GFF的方法，用于多级光纤放大器中，其特征在于：从第一多波光源输出的光，接入绕偏器，绕偏器的作用是把光源的偏振态降低；从绕偏器输出的光接衰减器，衰减器的作用是调节输入光的大小，使输入光大小符合放大器的输入要求；经过衰减器的光接入分光器，分光器一端接第一级放大器输入端，一端接光开关输入端；分光器直接接光开关的一路光进入第二光谱仪用来测试第一级放大器的输入光谱，接第二级放大器输入的一路光经放大器放大后，经光开关接入第二光谱仪，测试第二级放大器输出光谱，两级放大器的输入和输出光谱经处理后得出放大器的增益；第一级放大器的输入光经过第一级放大后，直接接入第一光谱仪测试第一级输出的光谱；用第二多波光源来模拟经过GFF均衡的信号光，调整第二多波光源各波长的功率，使第二光谱仪测得的增益谱达到设计的平坦要求，再用第一光谱仪测得的功率谱减第二多波光源的功率谱，即可获得想要的GFF谱线；其中，第一多波光源第一多波光源、衰减器、第一光谱仪、泵浦、第二多波光源、第二光谱仪通过控制和数据采集线由计算机控制及数据采集模块进行控制。
优选地，根据设计精度的要求，重复上述过程，反复修正GFF谱线。如果在修正GFF谱线的过程中，发现增益斜率不能控制，就需要更改铒纤长度。
优选地，上述光纤放大器指的是掺铒光纤放大器(EDFA)。
优选地，在设计前，预先优化好掺铒光纤放大器(EDFA)的结构、铒纤长度、第二多波光源的功率谱，从而得到一个初始GFF光谱，以便可以更加快速准确的设计好GFF。
优选地可以在中间级增加光衰减器，来调整得到的增益精度和增益斜率。
这种方法针对大于一级EDFA，如图1所示，可以按照实际使用、非两端位置的GFF，采用光谱分析仪和可调光源进行自动闭环补偿的办法。设计出的GFF实际使用达到的增益平坦小于0.2dB。
附图说明
图1为EDFA多级结构。
图2为2级EDFA中间位置GFF设计。
图3为GFF设计流程。
图4为EDFA输出增益谱线。
图5为GFF损耗谱线。
具体实施方式
图1为本发明涉及的GFF位置。图中三角
代表一具有放大功能的“级”。在一级中，至少包含一段掺铒光纤、一个信号泵浦合波器和泵浦光，每一级具有放大功能。图中双黑线虚框的位置代表本发明的GFF的可能的位置。图中，有单级和多级EDFA的结构形式，本发明主要针对大于一级的EDFA非两端位置的GFF设计。图1中：一般情况下，n小于6，黑色虚线框为GFF可能的位置，双黑线虚框为本发明涉及的位置。
以两级EDFA中间位置GFF设计为例，如图2所示。图2是两级EDFA中间GFF设计的测试设备搭建图。图中，虚线框实际上是一个两级放大器，两级中间引出。第一级的输出接光谱仪，第二级的输入接多波光源。
图2中，单黑线为光纤连接，三黑线为控制和数据采集线。第一多波光源是符合ITU-T 694.1波长间隔要求WDM光源，各光源间隔均匀，一般间隔是50GHz，100GHz或者200GHz。第一多波光源的输出光要平坦，一般要求小于0.5dB。从第一多波光源输出的光，接入绕偏器，绕偏器的作用是把光源的偏振态降低，一般要求从绕偏器输出的光的偏振度小于5％。从绕偏器输出的光接衰减器，衰减器的作用是调节输入光的大小，使输入光大小符合放大器输入而要求。注意调节衰减器的功率参考是分光器输出到放大器的那端。经过衰减器的光接入分光器，分光器一端接放大器输入端，一端接光开关输入端。分光器直接接光开关的一路光进入第二光谱仪用来测试放大器的输入光谱，接放大器输入的一路光经放大器放大后，经光开关接入第二光谱仪，测试放大器输出光谱。放大器的输入和输出光谱经处理后得出放大器的增益。光谱处理一般集成在光谱仪的内部功能模块里，此处不再叙述。此处注意，分光器等测试通路的插损波长依赖性影响增益测试，测试前想办法校准。
放大器的输入光经过第一级放大后，直接接入第一光谱仪测试第一级输出的光谱。用第二多波光源来模拟经过GFF均衡的信号光，调整第二多波光源各波长的功率，使第二光谱仪测得的增益谱达到设计的平坦要求。再用第一光谱仪测得的功率谱减第二多波光源的功率谱，即可获得想要的GFF谱线。这个过程中间会有一些反复修正，需要调节泵浦电流、第二多波光源的功率谱甚至铒纤长度。除更改铒纤长度需要人工干预外，其他调节都可以通过编写程序进行自动控制。具体流程参考图3.
图3是GFF设计的具体流程。可以依据这个流程编写具体的计算机自动控制系统。一般开始时，利用专业的模拟软件，预先优化好EDFA的结构，铒纤长度，大概的第二多波光源的功率谱，从而得到一个大概的初始GFF光谱。这样可以更加快速准确的设计好GFF。实际设计时，先按照图2搭建好整个测试环境，各设备必须是校准好的处于有效期范围内的设备。调整好输入光功率，校准分光器两端到第二光谱仪输入输出通道的插损和波长依赖性。校准第一光谱仪和第二光谱仪的一致性。具体校准方法不是本专利的范围。利用搭建好的测试环境，调整好放大器的输入光，控制泵浦打开，达到第一级功率或增益，测试第一级输出的光谱。第一级输出光谱减初始GFF谱，得到第二多波光源的功率谱。按照这个功率谱设置第二多波光源。控制泵浦使第二级的输出达到要求的增益，测试整个放大器的增益谱。查看这个增益谱是否达到设计要求，设计要求根据客户要求定，一般设计要求为小于0.1dB。如果不满足要求，就要把输出光谱中的不平坦度负反馈到第二多波光源的功率谱上，即输出增益大的地方要调小第二多波光源相应处的功率谱。调整的具体大小一般做归一化处理，即找输出增益谱的最小点为参考，得到负反馈的具体大小。经过负反馈的第二多波光源的功率谱再输入第二级，按照前述，测试第一级输出功率谱，测试整个放大器的增益谱。再进行判断是否达到要求。这是一个反复微调的过程，调节的次数取决于设计精度要求。如果调节过程中，发现增益斜率不能控制，就需要更改铒纤长度。然后重新进行试验。另外，通过模拟软件，把得到的GFF谱线代入，可以计算铒纤中铒离子翻转程度，检查是否符合设计要求，否则进行铒纤调整，重新设计。
图3中的预设值可以是经过模拟计算得到的大概GFF谱线，也可以是一个固定值，例如3db；所述设计要求可根据客户要求设定，一般为0.1db。
在实际设计和试验前，要注意的地方：在实际的设计中，一般利用专业的模拟软件，预先优化好EDFA的结构，铒纤长度，大概的第二多波光源的功率谱。这样可以更加快速准确的设计好GFF；第一多波光源和第二多波光源要求波长要一致。多波光源波长间隔要均匀，一般根据ITU-T 694.1的规定，设置波长点，可以是50GHz、100GHz间隔，也可以是200GHz间隔，再大的间隔影响设计精度；第一多波光源的输出功率谱的平坦度要在0.5dB以内，1dB以上的光源平坦度影响设计精度；光谱仪是标准商用光谱仪，要经过校准；泵浦控制一般采用专门的泵浦控制设备；计算机采集数据和控制软件，参考图3的流程。泵浦可能是一个泵浦，或者多个泵浦。泵浦的控制可以人为判断后控制；试验中，可以在中间级增加光衰减器，来调整得到的增益精度和增益斜率。考虑成本，可以只用一个多波光源来设计。要保证第一级不变即可，这样只要调整第二级和第二多波光源即可达到调整的目的。考虑成本，可以只用一个光谱分析仪来设计。要把第一级的输出光存储，或者设计光开关来实现。实际的GFF谱线是依赖于厂家的掺铒光纤性能，使用不同厂家的掺铒光纤，得到的GFF光谱不同。图4为实际EDFA增益谱，试验中采用的是100GHz间隔的光源，设计的放大器增益在25.6dB。增益在整个波长范围内，增益平坦度小于0.1dB。
图5是根据本发明设计GFF的方法，经过反复优化后的GFF谱线，利用这个GFF，可以得到图4的输出光谱。这个谱线是第一级的输出功率谱减去第二多波光源的功率谱得到的。
虽然本发明已经详细地示出和并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员能够应该理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些的改变都将落入本发明的权利要求所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种用于多级光纤放大器中，自动闭环补偿精确设计增益平坦滤波器(GFF)的方法，其特征在于：
从第一多波光源输出的光，接入绕偏器，绕偏器的作用是把光源的偏振态降低；
从绕偏器输出的光接衰减器，衰减器的作用是调节输入光的大小，使输入光大小符合多级光纤放大器的输入要求；
经过衰减器的光接入分光器，分光器一端接多级光纤放大器中的第一级放大器的输入端，另一端接光开关输入端；
分光器直接接光开关的一路光进入第二光谱仪用来测试多级光纤放大器的输入光谱；接多级光纤放大器输入的一路光经多级光纤放大器放大后，经光开关接入第二光谱仪，测试多级光纤放大器输出光谱，多级光纤放大器的输入和输出光谱经处理后得出多级光纤放大器的增益；
多级光纤放大器的输入光经过第一级放大器放大后，直接接入第一光谱仪测试第一级放大器输出的光谱；
第二多波光源输出的光经多级光纤放大器的第二级放大器放大后，再经光开关进入第二光谱仪；用第二多波光源来模拟经过GFF均衡的信号光，调整第二多波光源各波长的功率，使第二光谱仪测得的增益谱达到设计的平坦要求，再用第一光谱仪测得的功率谱减第二多波光源的功率谱，即可获得想要的GFF谱线；
其中，第一多波光源、衰减器、第一光谱仪、泵浦、第二多波光源、第二光谱仪通过控制和数据采集线由计算机控制及数据采集模块进行控制。
2.如权利要求1中设计增益平坦滤波器的方法，其特征在于：根据设计精度的要求，重复上述过程，反复修正GFF谱线。
3.如权利要求2中设计增益平坦滤波器的方法，其特征在于：其中的多级光纤放大器指的是掺铒光纤放大器(EDFA)。
4.如权利要求3中设计增益平坦滤波器的方法，其特征在于：如果在修正GFF谱线的过程中，发现增益斜率不能控制，就需要更改铒纤长度。
5.如权利要求3中设计增益平坦滤波器的方法，其特征在于：在设计前，预先优化好掺铒光纤放大器(EDFA)的结构、铒纤长度、第二多波光源的功率谱，从而得到一个初始GFF光谱，以便可以更加快速准确的设计好GFF。
6.如权利要求5中设计增益平坦滤波器的方法，其特征在于：在多级光纤放大器的中间级增加光衰减器，调整得到的增益精度和增益斜率。
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