CN105119136B - 一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法 - Google Patents
一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，其带差损的拉曼光纤放大器的结构包括:第一WDM、第一耦合器、第一探测器、第二探测器、隔离器、泵浦和CPU；其中，CPU发送电脉冲至泵浦，泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过隔离器、第一耦合器、第一WDM后输出至主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、第二探测器后由CPU接收；通过光纤差损探测方法，对传输光纤上的差损归一化处理，从而精确的进行增益控制；并且可以用于激光安全防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种拉曼光纤放大器，尤其是关于一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法。
背景技术
受激拉曼散射(SRS)是光纤中的一种非线性现象，其将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上；如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光就可以得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器(FRA)。
对于分布式拉曼光纤放大器，一般通过定标增益和信号工作带宽外的某段波长内的自发辐射放大光功率来控制增益。如果传输光纤和拉曼光纤放大器之间存在较大的接头损耗，就会影响到自发辐射光功率和增益之间的定标关系，从而造成较大的增益误差，因此有效的探测传输光纤差损分布是拉曼光纤放大器增益控制的重要部分。
专利CN203859384U中阐述了一种带光时域反射探测技术的拉曼光纤放大器，其中泵浦作为光时域反射探测技术光源。但是，这种方法的局限性包括两点：第一点：环形器需要承受的功率非常高，如使用的4泵拉曼放大器，那么环形器需要承受的功率达到2瓦，如此高的功率会造成环形器失效率增加或者成本增加；第二点：环形器差损比较大(大于1.2dB)，会造成泵浦功率的巨大浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，用于探测沿传输光纤的差损分布，然后计算归一化差损，最后根据归一化差损进行精确的增益控制。
本发明的另一目的为，能够在拉曼光纤激光器开启之前探测传输光纤的差损和反射是否正常，线路是否断裂，连接器端面是否良好，防止烧毁光纤连接器的端面和保护工程人员。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，其带差损的拉曼光纤放大器的结构包括:第一WDM、第一耦合器、第一探测器、第二探测器、隔离器、泵浦和CPU；其中，沿正向主光路包括泵浦、隔离器、第一耦合器、第一WDM；反向瑞利散射光路包括第一WDM、第一耦合器、第二探测器；其中，CPU发送电脉冲至泵浦，泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过隔离器、第一耦合器、第一WDM后输出至主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、第二探测器后由CPU接收。
其中，优选实施方式为：泵浦发送脉冲序列。
其中，优选实施方式为：第一耦合器的分光比为5％。
其中，优选实施方式为：第一WDM为信号光和泵浦光的合波器，把拉曼光纤放大器的泵浦光耦合进主光路。
其中，优选实施方式为：第一探测器探测泵浦的光功率；第二探测器探测反向泵浦光功率。
本发明提供另一技术方案如下：一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，其带差损的拉曼光纤放大器的结构包括:第一WDM、第一耦合器、第一探测器、第二探测器、IPBCD、泵浦、第二泵浦和CPU；其中，沿正向主光路包括泵浦、第二泵浦、IPBCD、第一耦合器、第一WDM；反向瑞利散射光路包括第一WDM、第一耦合器、第二探测器；其中，CPU发送电脉冲至泵浦、第二泵浦，泵浦、第二泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过IPBCD、第一耦合器、第一WDM后输出至主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、第二探测器后由CPU接收。
其中，优选实施方式为：IPBCD集成隔离器、解偏振、合波器，对泵浦和第二泵浦输出的光信号进行合波、解偏振。
本发明提供另一技术方案如下：一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，其带差损的拉曼光纤放大器的结构包括:第一WDM、第一耦合器、第一探测器、第二探测器、PBCD、隔离器、第二隔离器、泵浦、第三耦合器、第二泵浦和CPU；其中，CPU发送电脉冲至第二泵浦，第二泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过第二隔离器、第三耦合器、PBCD、第一耦合器、第一WDM后输出至主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、PBCD、第三耦合器、第二探测器后由CPU接收。
其中，优选实施方式为：上述的第一耦合器、第二耦合器均可由环形器替代。
本发明提供另一技术方案如下：一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法，其光纤差损探测方法包括以下步骤：
第一步，拉曼光纤放大器通电，泵浦和/或第二泵浦关闭；
第二步，CPU发出电脉冲信号到泵浦和/或第二泵浦；
第三步，泵浦和/或第二泵浦接收电脉冲信号，将其转换为光脉冲信号发出；光脉冲信号经由第一耦合器和第一WDM进入正向主光路；
第四步，第二探测器探测背向泵浦瑞利散射光功率；其中，背向瑞利散射光经由第一WDM和耦合器，经过第二探测器后由CPU接收；
第五步，多次重复第二步至第四步，并对第四步的背向瑞利散射光功率进行平均；
第六步，通过CPU的数据处理，获得传输光纤的差损分布；
第七步，判断是否存在差损异常告警；如有线路告警，则转入第二步执行；如无线路告警，则转入第八步执行；
第八步，泵浦和/或第二泵浦启动，正常工作。
本发明的一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法相比于现有技术来说具有以下优点和积极效果：通过光纤差损探测方法，对传输光纤上的差损归一化处理，通过差损的归一化处理精确的进行拉曼光纤放大器的增益控制；另外，本发明的带差损探测的拉曼光纤放大器用于激光安全防护，能够在RFA开启之前探测传输光纤差损与反射是否正常，线路是否有断裂，连接器端面连接是否良好；防止烧毁光纤连接器端面和保护工程人员。
附图说明
图1为本发明第一实施例的拉曼光纤放大器的结构示意图。
图2为本发明第二实施例的拉曼光纤放大器的结构示意图。
图3为本发明第三实施例的拉曼光纤放大器的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，配合附图详细说明如下。应当理解，此部分所描述的具体实施例仅可用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，第一实施例以采用后向泵浦方式的分布式拉曼光纤放大器(RFA)为例，RFA的结构包括第一WDM10、第一耦合器15、第一探测器30、第二探测器40、隔离器70、泵浦80和CPU90。其中，沿正向主光路包括泵浦80、隔离器70、耦合器15、第一WDM10；反向瑞利散射光路包括第一WDM10、耦合器15、第二探测器40。
其中，泵浦80为RFA的泵浦源，可发送一个脉冲序列，如格雷码代替单脉冲，用于提高系统的信噪比；隔离器70隔离反向泵浦光；第一耦合器15的分光比可使用5％，差损只有0.2dB左右；第一WDM为信号光和泵浦光的合波器，主要作用为把RFA的泵浦光耦合进主光路；第一探测器30探测泵浦80的光功率；第二探测器40探测反向泵浦光功率；
上述结构还包括第二WDM20、第三探测器50、第二耦合器25、第四探测器60。其中，第二WDM20为带外ASE滤波器，把主光路中反向带外ASE分离出来；第三探测器50探测反向带外ASE光功率；第四探测器60探测输入信号光功率；CPU90产生光时域脉冲序列，接收和处理信号。
其中，第一耦合器15和第二耦合器25可由环形器替换。
本发明的拉曼光纤放大器的传输光纤差损的探测方法，包括以下步骤：
第一步，FRA通电，泵浦80关闭；
第二步，CPU90发出电脉冲信号到泵浦80；
第三步，泵浦80接收电脉冲信号，将其转换为光脉冲信号发出；光脉冲信号经由第一耦合器15和第一WDM10进入正向主光路；
第四步，第二探测器40探测背向泵浦瑞利散射光功率；其中，背向瑞利散射光经由第一WDM10和耦合器15，经过第二探测器40后由CPU90接收；
第五步，多次重复第二步至第四步，并对第四步的背向瑞利散射光功率进行平均；
第六步，通过CPU90的数据处理，获得传输光纤的差损分布；
第七步，判断是否存在差损异常告警；如有线路告警，则转入第二步执行；如无线路告警，则转入第八步执行；
第八步，RFA泵浦80启动，正常工作。
由于RFA的泵浦80的功率高达500mW，虽然第一耦合器15的分光比低，仍然可以满足信噪比的要求。
如图2所示，第二实施例以采用后向泵浦方式的分布式拉曼光纤放大器(RFA)为例，相比第一实施例，第二实施例中用IPBCD75代替隔离器70，并增加第二泵浦85。
其中，IPBCD75是一个合成器件，由隔离器、解偏振、合波器的功能集成，对泵浦70和第二泵浦85输出的光信号进行合波、解偏振，防止背向散射光从第一耦合器15进入泵浦70或第二泵浦85。
其中，第一耦合器15和第二耦合器25可由环形器替换。
本发明的拉曼光纤放大器的传输光纤差损的探测方法，包括以下步骤：
第一步，FRA通电，泵浦80、第二泵浦85关闭；
第二步，CPU90发出电脉冲信号到泵浦80、第二泵浦85；
第三步，泵浦80、第二泵浦85接收电脉冲信号，将其转换为光脉冲信号发出；光脉冲信号经由第一耦合器15和第一WDM10进入正向主光路；
第四步，第二探测器40探测背向泵浦瑞利散射光功率；其中，背向瑞利散射光经由第一WDM10和耦合器15，经过第二探测器40后由CPU90接收；
第五步，多次重复第二步至第四步，并对第四步的背向瑞利散射光功率进行平均；
第六步，通过CPU90的数据处理，获得传输光纤的差损分布；
第七步，判断是否存在差损异常告警；如有线路告警，则转入第二步执行；如无线路告警，则转入第八步执行；
第八步，RFA泵浦80、第二泵浦85启动，正常工作。
第二实施例的泵浦80或者第二泵浦85均可以作为光时域检测的光源。
如图3所示，第三实施例以采用后向泵浦方式的分布式拉曼光纤放大器(RFA)为例，相比第二实施例，第三实施例中用用第二泵浦85作为光时域检测的光源，PBCD76为解偏振和合波的合成剑气；第三耦合器28、隔离器70和第二隔离器78都是偏振保持元件。
其中，第一耦合器15和第二耦合器25可由环形器替换。
本发明的拉曼光纤放大器的传输光纤差损的探测方法，包括以下步骤：
第一步，FRA通电，第二泵浦85关闭；
第二步，CPU90发出电脉冲信号到第二泵浦85；
第三步，第二泵浦85接收电脉冲信号，将其转换为光脉冲信号发出；光脉冲信号经由PBCD76、第一耦合器15和第一WDM10进入正向主光路；
第四步，第二探测器40探测背向泵浦瑞利散射光功率；其中，背向瑞利散射光经由第一WDM10、第一耦合器15、PBCD76、第三耦合器28后经过第二探测器40后由CPU90接收；
第五步，多次重复第二步至第四步，并对第四步的背向瑞利散射光功率进行平均；
第六步，通过CPU90的数据处理，获得传输光纤的差损分布；
第七步，判断是否存在差损异常告警；如有线路告警，则转入第二步执行；如无线路告警，则转入第八步执行；
第八步，第二泵浦85启动，正常工作。
第二实施例的第二泵浦85均可以作为光时域检测的光源。
本发明的一种带差损探测的拉曼光纤放大器及其光纤差损探测方法相比于现有技术来说具有以下优点和积极效果：通过光纤差损探测方法，对传输光纤上的差损归一化处理，通过差损的归一化处理精确的进行拉曼光纤放大器的增益控制；另外，本发明的带差损探测的拉曼光纤放大器用于激光安全防护，能够在RFA开启之前探测传输光纤差损与反射是否正常，线路是否有断裂，连接器端面连接是否良好；防止烧毁光纤连接器端面和保护工程人员。
以上所述,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)
1.一种带差损探测的拉曼光纤放大器，包括:第一WDM、第一耦合器、隔离器、泵浦、CPU以及均与所述第一耦合器耦合的第一探测器、第二探测器和隔离器，第一探测器用于探测泵浦的光功率；其中，沿泵浦正向光路包括泵浦、隔离器、第一耦合器、第一WDM；反向瑞利散射光路包括第一WDM、第一耦合器、第二探测器；其特征在于：CPU发送电脉冲至泵浦，其中，当CPU处在发送电脉冲状态时，泵浦关闭，泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过隔离器、第一耦合器、第一WDM后输出至正向主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、第二探测器后由CPU接收，第二探测器探测反向瑞利散射光功率完成一次探测，重复多次探测，对多次得到的反向瑞丽散射光功率进行平均，通过CPU经数据处理获得传输光纤的差损分布，根据差损分布判断是否存在差损异常，若不存在差损异常，则启动泵浦。
2.如权利要求1所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器，其特征在于：泵浦发送脉冲序列。
3.如权利要求1所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器，其特征在于：第一耦合器的分光比为5％。
4.如权利要求1所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器，其特征在于：第一WDM为信号光和泵浦光的合波器，把拉曼光纤放大器的泵浦光耦合进正向主光路。
5.一种带差损探测的拉曼光纤放大器，包括:第一WDM、第一耦合器、IPBCD、与所述IPBCD耦合的泵浦、与所述IPBCD耦合的第二泵浦、CPU以及均与所述第一耦合器耦合的第一探测器、第二探测器，第一探测器用于探测泵浦的光功率；其中，沿泵浦正向光路包括泵浦、第二泵浦、IPBCD、第一耦合器、第一WDM；反向瑞利散射光路包括第一WDM、第一耦合器、第二探测器；其特征在于：CPU发送电脉冲至泵浦、第二泵浦，其中，当CPU处在发送电脉冲状态时，泵浦、第二泵浦关闭，泵浦、第二泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过IPBCD、第一耦合器、第一WDM后输出至正向主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、第二探测器后由CPU接收；第二探测器探测反向瑞利散射光功率完成一次探测，重复多次探测，对多次得到的反向瑞丽散射光功率进行平均，通过CPU经数据处理获得传输光纤的差损分布，根据差损分布判断是否存在差损异常，若不存在差损异常，启动泵浦和第二泵浦。
6.如权利要求5所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器，其特征在于：IPBCD集成隔离器、解偏振、合波器，对泵浦和第二泵浦输出的光信号进行合波、解偏振。
7.一种带差损探测的拉曼光纤放大器，包括:第一WDM、第一耦合器、与所述第一耦合器耦合的第一探测器、第二探测器、PBCD、隔离器、第二隔离器、泵浦、第三耦合器、第二泵浦和CPU，第一探测器用于探测泵浦的光功率；第一WDM、第一耦合器、PBCD、隔离器和泵浦组成光路，其特征在于：CPU发送电脉冲至第二泵浦，其中，当CPU处在发送电脉冲状态时，第二泵浦关闭，第二泵浦将电脉冲转换为光脉冲后输出，光脉冲经过第二隔离器、第三耦合器、PBCD、第一耦合器、第一WDM后输出至正向主光路；反向瑞丽散射光经过第一WDM、第一耦合器、PBCD、第三耦合器、第二探测器后由CPU接收；第二探测器探测反向瑞利散射光功率，完成一次探测，重复多次探测，对多次得到的反向瑞丽散射光功率进行平均，通过CPU经数据处理获得传输光纤的差损分布，根据差损分布判断是否存在差损异常，若不存在差损异常，启动第二泵浦。
8.如权利要求1、5或7所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器，其特征在于：上述的第一耦合器由环形器替代。
9.如权利要求1所述的一种带差损探测的拉曼光纤放大器的光纤差损探测方法，该光纤差损探测方法包括以下步骤：
第一步，拉曼光纤放大器通电，泵浦关闭；
第二步，CPU发出电脉冲信号到泵浦；
第三步，泵浦接收电脉冲信号，将其转换为光脉冲信号发出；光脉冲信号经由第一耦合器和第一WDM进入正向主光路；
第四步，第二探测器探测反向泵浦瑞利散射光功率；其中，反向瑞利散射光经由第一WDM和耦合器，经过第二探测器后由CPU接收；
第五步，多次重复第二步至第四步，并对第四步的反向瑞利散射光功率进行平均；
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