CN101719800B - 一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法包括：信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件，把输入的光通道切换到信号波长所在的带通滤波器；带通滤波器将带通范围外的噪声功率光滤掉；通过输出光通道切换器件将剩余的信号光切换进入主光路。该方法使窄带或单信道信号在信号波长变化时能切换到相应的带通滤波器，从而滤掉了波段外噪声功率光积累，提高信号功率光和噪声功率光比值。该方法能有效提高信号功率光和噪声功率光比值，成本低，占用空间小，设计灵活。

Description

一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法和装置
技术领域
本发明涉及光纤放大器领域，特别是涉及一种提高信号功率和自发辐射ASE功率比值的装置和方法。
背景技术
在现有放大器中，特别是单信道工作波长可变的放大器中，信号功率(Ps)和自发辐射功率(ASE为自发辐射在整个带宽内积分)的比值P是衡量光放大器的一个重要指标。如果比值较小可能会因为ASE功率较大而导致接收器饱和甚至达到破坏阈值而烧毁，而且较大ASE和ASE之间的拍频噪声也会降低接收器的信噪比。但由于放大器的自身特点，如不采取特殊器件，Ps/ASE的比值将会限制在一个较低的值上。如取EDFA信号波长范围为1528nm-1562nm，输入-28dBm，增益为38dB，已知EDFA的噪声极限为3dB，那么据计算可得Ps/ASE极限为11.7dB。而实际情况会因为增益谱不平坦，EDFA噪声大于3dB而远远低于这个值。因此一种有效增加Ps/ASE比值方法成为必要。
发明内容
本发明提出一种实用的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法和装置。该方法和装置把输出的光通道切换到信号功率所在的带通滤波器，把带通滤波器带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，这样就会降低ASE噪声功率的光功率而保持信号光功率不变，从而提高信号功率和ASE噪声功率之间的比值。
为了实现上述目的，本发明提供一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法包括：步骤一，系统接受包含信号功率光和噪声功率光的信号波长信息，系统根据该信号波长信息种的信号功率光控制输入光通道切换器件，将该信号波长信息通过输入光通道切换器件从主光路切换到该信号功率光所在的带通滤波器；步骤二，该带通滤波器将该信号波长信息中包含的噪声功率光滤掉；步骤三，通过输出光通道切换器件将剩余的信号波长信息切换回主光路。
其中，优选方案为：通过使用微处理器接收波长探测器信息判断信号波长范围。
本发明还包括一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，包括：一输入光通道切换器件，其包含多个切换通道的开关；一带通滤波器，该带通滤波器与该输入光通道切换器件串联连接，且该带通滤波器设置于该光通道切换器件之后；一输出光通道切换器件，其包含多个切换通道的开关，且该输出光通道切换器件设置于该带通滤波器之后；其中，该输入光通道切换器件的其中一个开关、该带通滤波器中的一个以及该输出光通道切换器件中的相对应的开关串联连接。
其中，优选方案之一为，带通滤波器包含多个带通滤波器且所有的带通滤波器组合起来的谱线覆盖整个放大器的波长工作范围。
其中，优选方案之一为，该提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，该输入光通道切换器件包含n个切换开关，该带通滤波器包含n个带通滤波器，该输出光通道切换器件包含n个切换开关串联组成，其中n为大于等于2的自然数。
其中，优选方案之一为，该提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置设置于放大器末端、放大器中间级或多级放大器之间。
其中，优选方案之一为，该提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置还包括一波长探测器，该波长探测器由一系列三端口波分复用器组成，各波分复用器透射波带和带通滤波器带通范围相对应。
其中，优选方案之一为，所述波长探测器由多个波分复用器串联组成，每个波分复用器透射端后连接一探测器。
本发明的优点在于：
1.该装置SBS能够提高信号功率和ASE噪声功率比值，从而有效地抑制接收器饱和现象和ASE和ASE之间的拍频噪声。对于一个n通道的装置SBS，它改善信号功率和ASE噪声功率比值约为10*log10(n)dB。
2.该装置SBS相对于其它同等功能器件，如可调滤波器，它成本低，占用空间小。SBS一般由光开关和带通滤波器组成，器件技术成熟生产工期短，因而它非常实用。
3.该装置SBS设计灵活，无论是装置SBS的通道数还是装置SBS在EDFA的位置都是一种设计自由度，设计者可在成本和性能中可进行自由取舍，根据系统需要进行不同设计。因而含装置SBS的EDFA的设计很灵活。
4.当系统不能提高波长信息时，波长探测器能够实时，连续提供探测信号波长范围，提供给装置SBS实时控制信息。
附图说明
下面接合附图对本发明的实施方法进一步说明：
图1表示本发明一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置的结构图。
图2表示本发明提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置处于放大器中的光路图。
图3表示本发明一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置的带通滤波器的谱形图。
图4表示本发明一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置的放大器的控制方法流程。
图5a表示本发明提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置处于放大器的末端。
图5b表示本发明提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置处于放大器的中间级。
图5c表示本发明提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置处于位于多级放大器之间。
图6表示本发明一种提高信号功率和噪声功率比值的装置的波长探测器结构图。
图7表示本发明一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的另一实施例包括波长探测器结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种提高EDFA中信号功率和ASE噪声功率比值的装置和方法作进一步说明。
本发明提出了一种提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS，该装置是由主光路中新加入一个组合器件构成的。
图1为本发明多通道SBS装置的结构图。如图1所示，装置SBS由三组器件组成：输入端通道切换开关IS、带通滤波器BPF和输出通道切换开关OS。对于n通道的SBS，输入端通道切换开关IS是1×n结构，带通滤波器BPF包含n个，OS是n×1的结构，其中开关的切换被微处理器MCU控制的。其通道数n取决于系统设计需要，n值越大，输入端通道切换开关IS和输出通道切换开关OS带来的插损也越大，所需的带通滤波器BPF也越多，这样虽然信号功率和ASE噪声功率比值会更大，但同时也会造成成本成倍增加和泵浦功率浪费，当然n值越小，那么信号功率和ASE噪声功率比值改善越不明显。
图2表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放大器中的光路图。如图2所示，提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS为二通道的装置SBS，由第一输入光通道切换器件IS1、第二输入光通道切换器件IS2、第一带通滤波器BPF1、第二带通滤波器BPF2以及一3dB的耦合器C1组成，该信号功率和ASE噪声功率装置从主光路接收信号波长信息，并且信号功率光和ASE噪声功率光从第一输入光通道切换器件IS1和第二输入光通道切换器件IS2中选择相应的信道，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的第一带通滤波器BPF1或者第二带通滤波器BPF2；第一带通滤波器BPF1或第二带通滤波器BPF2将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光，同时信号光功率通过第一带通滤波器BPF1或第二带通滤波器BPF2；通过耦合器C1将剩余的ASE噪声功率的光和光信号功率切换回主光路。
图3为本发明提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的带通滤波器BPF谱形图。从图3可以看出，整个工作波长范围分为n段，不同带通滤波器BPF1-BPFn的带通波段不同。当前工作波长变换时，提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS会切换到信号光所在的带通滤波器BPF，把带通滤波器BPF带通范围外的ASE噪声功率光全部滤掉，这样就会降低ASE噪声功率光而保持信号光功率不变，提高信号功率和ASE噪声功率比值。
该发明同时提出一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法，它的工作原理如下：
本实施例以掺铒光放大器为例，当普通单信道工作波长可变掺铒光放大器工作时，铒纤会产生大量的自发辐射噪声ASE，ASE被增益平坦滤波器GFF滤波后会滤掉工作区间外的绝大部分波，但在经过EDFA输出后的ASE噪声功率仍然很大，且它们功率大部分集中在工作波长范围内。本发明把输出的信号功率光和ASE噪声功率光切换到信号光所在的带通滤波器BPF，这样带通滤波器BPF带通范围外的ASE噪声功率光就会被滤掉。在理想情况下，带通滤波器BPF带宽占信号频率范围的比值就是ASE噪声功率光减小的倍数，也就是信号功率和ASE噪声功率比值提高的倍数。如对于一n通道等波长间距的提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS，它提高的信号功率和ASE噪声功率比值为10*log10(n)，单位为dB。同时装置SBS切换时间短，在100ms以内。
本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法主要包括下列步骤：步骤一，微处理器MCU接收波长探测器WD信息并判断信号波长范围；步骤二，系统接收信号波长信息，并且信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件IS，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的带通滤波器BPF；步骤三，带通滤波器BPF将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光功率通过带通滤波器BPF；步骤四，通过输出光通道切换器件OS将剩余的ASE噪声功率的光和光信号功率切换回主光路。
本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法的操作步骤如图4所示，其中图4左边是光放大器工作的主流程，在光放大器EDFA启动后，首先进行工作参数设置，然后EDFA就处于正常工作状态直至关闭。图4的右边是波长切换时候的中断流程，在波长切换信息到来之后，EDFA就立即进行设置参数保存和关泵；然后根据新的工作波长切换输入光通道切换器件IS和输出光通道切换器件OS，使工作波长位于带通滤波器BPF的带通范围之内；最后开泵，释放保存的EDFA参数后，该中断结束。
本发明同时提供的一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的另一应用结构图，它在放大器中的位置比较灵活，主要取决于实际系统的需要。如图5a所示，提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放大器的末端，此时少量通道就实现较大性能的信号功率和ASE噪声功率比值的提高，但同时会因为提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的插损而需要更大的输出信号功率。如图5b所示，提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS也可位于EDFA的中间级，因为输出功率主要取决于后级放大器，因此此结构并不会造成泵浦功率的浪费，但因为提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS只能过滤第一级带通滤波器BPF带宽外的噪声功率ASE，第二级放大器仍会在带通滤波器BPF带宽外产生噪声功率ASE，因此它对信号功率和ASE噪声功率的改善不如图5a。提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的具体位置主要取决于成本，噪声和信号功率和ASE噪声功率比值指标的权衡。图5c所述的装置SBS位于多级放大器之间，它能够提高放大器级联时的信号功率和ASE噪声功率的比值。
图6所示为波长探测器的结构图，它由一系列的三端口波分复用器WDM串联组成，各波分复用器WDM透射波带和带通滤波器BPF带通范围相对应，当输入光从主光路经过耦合器分出来的光经过波分复用器WDM时，如果波长在波分复用器WDM的透射带范围之内，那么此波分复用器WDM后面连接的功率探测器PD的读数会远远大于其它功率探测器PD读数，也就是说波长在此波分复用器WDM的透射带中，其中，该波分复用器WDM可替换为耦合器。
图7所示为本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置的二通道的实验装置图。其中，所述二通道波长探测器WD，是由3dB的耦合器C2、第一功率探测器PD1、第二功率探测器PD2和一个带通滤波器BPFa组成。当第一功率探测器PD1和第二功率探测器PD2功率读数差别很大时，波长肯定位于带通滤波器BPFa外；如果第一功率探测器PD1和第二功率探测器PD2功率读数差别很小时，波长肯定位于带通滤波器BPFa内。
图7中的二通道装置SBS由一光开关和一3dB的耦合器C3组成。首先，输入端波长探测器WD将第一功率探测器PD1、第二功率探测器PD2探测的输入信号功率信息输入到微处理器MCU，然后，微处理器MCU判断信号波长范围，该微处理器MCU根据信号波长范围控制装置SBS，使SBS输入光开关切换到信号波长所对应的带通滤波器BPFx，其中x为1或2；最后，放大后的信号光经耦合器C3汇入主光路。
其中，所述提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS中的输出光通道切换器件OS部分由一个3dB的耦合器C3代替，这样虽然会降低输出功率，但减小了装置SBS部分成本和占用的空间。这种结构的装置SBS特别适合置于两级EDFA中的中间级中。此装置SBS为双通道，因此它可以提高信号功率和ASE噪声功率比值为10*log10(2)，即3dB。其中，所述处理器MCU负责增益设置、泵浦控制、输入输出功率监测和工作波长切换中断处理。
本发明提供一种实用的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置和方法，它的优点在于：
1.该装置SBS能够提高信号功率和ASE噪声功率比值，从而有效地抑制接收器饱和现象和ASE之间的拍频噪声。对于一个n通道的装置SBS，它改善信号功率和ASE噪声功率比值约为10*log10(n)dB。
2.该装置SBS相对于其它同等功能器件，如可调滤波器，它成本低，占用空间小。装置SBS一般由光开关和带通滤波器组成，器件技术成熟生产工期短，因而它非常实用。
3.该装置SBS设计灵活，无论是装置SBS的通道数还是装置SBS在EDFA的位置都是一种设计自由度，设计者可在成本和性能中可进行自由取舍，根据系统需要进行不同设计。因而含装置SBS的EDFA的设计很灵活。
4.当系统不能提高波长信息时，波长探测器能够实时，连续提供探测信号波长范围，提供给SBS装置实时控制信息。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (9)

1.一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法，包括：步骤一，系统接受包含信号功率光和噪声功率光的信号波长信息，系统根据该信号波长信息中的信号功率光控制输入光通道切换器件，将该信号波长信息通过输入光通道切换器件从主光路切换到该信号功率光所在的带通滤波器；步骤二，该带通滤波器将该信号波长信息中包含的噪声功率光滤掉；步骤三，通过输出光通道切换器件将剩余的信号波长信息切换回主光路。
2.如权利要求1所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法，其特征在于：通过波长探测器监测和判断该信号波长信息包含的信号功率光的范围。
3.一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，包括：一输入光通道切换器件，其包含多个切换通道的开关；一带通滤波器，该带通滤波器与该输入光通道切换器件串联连接，且该带通滤波器设置于该光通道切换器件之后；一输出光通道切换器件，其包含多个切换通道的开关，且该输出光通道切换器件设置于该带通滤波器之后；其中，该输入光通道切换器件的其中一个开关、该带通滤波器中的一个以及该输出光通道切换器件中的相对应的开关串联连接。
4.根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：该带通滤波器包含多个带通滤波器，其所有的带通滤波器组合起来的谱线覆盖整个放大器的波长工作范围。
5.根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：该输入光通道切换器件包含n个切换开关，该带通滤波器包含n个带通滤波器，该输出光通道切换开关包含n个切换开关，其中n为大于等于2的自然数。
6.根据权利要求5所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：该切换开关，在输入光通道切换器件端为1×n型，在 输出光通道切换器件端为n×1型，其中n为大于等于2的自然数。
7.根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：该装置设置于放大器电路的末端、放大器电路的中间级或多级放大器之间。
8.根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：还包括一波长探测器，其由多个三端口波分复用器串联组成，各波分复用器透射波带和带通滤波器带通范围相对应。
9.根据权利要求8中所述的提高放大器中信号功率和噪声功率比值的装置，其特征在于：该三端口波分复用器的透射端后连接一探测器。 
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