CN105471509A - 一种背向激光注入式光放大装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光网络中抑制放大器瞬态效应的背向激光注入式光放大装置和方法。该装置包括放大器及其泵浦源和泵浦耦合器，还包括一控制器、输入检测单元、输出检测单元、激光源和激光耦合器；输入检测单元检测到突发信号并通知控制器，突发信号正向进入放大器，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。本发明采用激光背向注入的方式，在保持突发放大性能的同时，进一步优化了放大装置性能，降低了成本。

Description

一种背向激光注入式光放大装置和方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种用于光网络中抑制EDFA等放大器瞬态效应的背向激光注入式光放大装置和方法。

背景技术

接入网是光纤到户的最后一公里，确保用户可高速上网的技术保障。目前主流的接入技术是基于时分复用技术的GPON，下行接入容量达10Gb/s，上行接入容量达2.5Gb/s，统称为第一代光接入网（NG-PON1）。随着各种新网络应用的衍生，用户对接入速率需求的不断提升，下行接入容量40Gb/s，上行容量10Gb/s的下一代接入网-第二阶段（NG-PON2）获得持续深入地研究。由于技术的成熟性和与现有网络结构的兼容性，时分、波分混用的无源光通信网络(TWDM-PON)成为NG-PON2的首选解决方案。相关标准化工作正在进行之中，预计2015年开始商用。在NG-PON2中，接入距离延伸至40公里，用户数最多可扩展至512个，链路损耗高达40dB。由于在光用户单元（ONU）信号的输出功率较低，为了提高上行信号的功率预算，需要在光线路终端（OLT）使用光放大器来提高上行信号的接收灵敏度，由于高增益低噪声指数的优点，掺铒光纤放大器（EDFA）是实现提高接收灵敏度的较佳选择。在NG-PON2中，来自于不同用户的数据信号具有突发的特征，不同用户的突发数据包以时分复用的方式加载在同一波长上。这使得EDFA需要具备很好的应付突发数据放大的能力，这一点有别于用于传输连续数据的现有通信主干网络中的EDFA。由于铒离子激发态寿命时间的存在，掺铒光纤放大器在遭遇到突发数据的情况下会产生极大的上冲脉冲。这不但会影响接收机的接收灵敏度，甚至有可能打坏接收机内的光电探头。

为了解决EDFA突发光放大这一难题，美国专利《Methodandapparatusforsuppressingopticalsurgeinopticalburstswitchingnetwork

》（公告号：US7844185B2）提出了一种放大装置（如图1所示），引入一束不同波长的补偿光，与突发信号一起耦合输入光放大器，放大信号光再经一光滤波器滤波，过滤掉放大的补偿光，输出放大的信号光。首先通过计算，得到突发脉冲前后的输入光功率变化值；在光放大器中，引入另一束输入光用以补偿该输入信号的变化。这种被引入的新的输入光可以完全补偿信号光在脉冲突发前后的能量变化从而使光放大器的输出信号不发生任何的变化，有效地抑制光放大器在遇到突发信号时的上冲脉冲的产生。中国专利申请《光网络中基于SOA交叉增益调制效应的全光突发放大器》（申请号：200810225331.X）提出一种光网络中基于SOA交叉增益调制效应的全光突发放大器，如图2所示，输入突发信号和本地一个连续光控制信号同时被输入到SOA中去，由于SOA交叉增益调制效应，控制信号被转换成与原输入信号互补的突发信号，因而二者的总功率变得基本恒定，将此合路信号输入到EDFA中放大，可以大大抑制EDFA瞬态效应，从而在经过光滤波器之后即可得到无畸变放大的突发信号。

通过引入额外的激光源（控制信号）来补偿突发信号的变化确实可以抑制光放大器的上冲脉冲，但其仍然存在如下不足：1）由于引入激光与信号光同向输入，需要在输出端使用滤波器将引入的激光功率滤除。因此激光器与滤波器的波长必须对准，所选用的激光源必须是具备温控的分布式反馈激光器(DFB)。这将为光放大器带来较高的额外费用。2）用于耦合和分离激光源的耦合器和滤波器需要加入到放大器的输入端和输出端，这也将带来额外的费用。3）输入端的耦合器所带来的额外损耗将会劣化放大器的噪声指数(NF)，从而劣化上行信号的接收灵敏度。基于上述几点，即便这一方案可以解决突发数据给光放大器所带来上冲问题，但在其成本和性能的设计上仍然存在很大程度的优化空间。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种背向激光注入式光放大装置和方法，可用于光网络中抑制EDFA等放大器瞬态效应，对激光源的要求较低，且不需要滤波器，大大降低了成本；减少了输入信号的损耗，避免噪声指数劣化。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种背向激光注入式光放大装置，用于光网络中抑制突发信号的增益，包括放大器及其泵浦源和泵浦耦合器，还包括一控制器、输入检测单元、输出检测单元、激光源和激光耦合器；输入检测单元检测到突发信号并通知控制器，突发信号正向进入放大器，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

本发明提供的背向激光注入式光放大方法，用于光网络中抑制突发信号的增益，包括：输入检测单元检测输入信号，当检测到突发信号时，将突发信号光功率发送给控制器；突发信号正向进入放大器进行放大，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，消耗放大器一部分处于高能级的铒离子，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

进一步的，上述光放大装置和方法中，所述输入检测单元包括一光电二极管。

进一步的，上述光放大装置和方法中，所述激光耦合器可以是一光环行器、级联光隔离器或WDM等。

进一步的，上述光放大装置和方法中，所述激光源为法布里-珀罗激光器。

进一步的，上述光放大装置和方法中，所述放大器可以是EDFA（掺铒光纤放大器）、EYDFA（铒镱共掺光纤放大器）或SOA（半导体光放大器）等。

本发明的有益效果为：本发明采用背向激光注入式来抑制突发信号增益的巨大上冲，具有如下优势：1）注入激光和信号光反向传输，激光和信号光的波长不需要错开，所以激光源可以采用不具备温控的法布里-珀罗激光器，大大降低了激光器带来的额外成本；2）使用如环行器等隔离器实现激光的背向耦合，省去原有的滤波器和隔离器，进一步降低了成本；3）输入端信号光直接进入EDFA，减少了输入信号的损耗，避免噪声指数劣化。

附图说明

图1为现有技术光突发网络中放大装置一示意图；

图2为现有技术光突发网络中放大装置二示意图；

图3为本发明背向激光注入式光放大装置实施例示意图。

附图标示：101、输入检测单元；102、泵浦耦合器；103、泵浦源；104、EDFA；105、激光耦合器；106、激光源；107、输出检测单元；108、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明采用背向激光注入式来抑制突发信号增益的巨大上冲，具有如下优势：1）注入激光和信号光反向传输，激光和信号光的波长不需要错开，所以激光源可以采用不具备温控的法布里-珀罗激光器，大大降低了激光器带来的额外成本；2）使用如环行器等隔离器实现激光的背向耦合，省去原有的滤波器和隔离器，进一步降低了成本；3）输入端信号光直接进入放大器，减少了输入信号的损耗，避免噪声指数劣化。具体的，本发明用于光网络中抑制突发信号增益的巨大上冲的背向激光注入式光放大装置，包括放大器及其泵浦源和泵浦耦合器，还包括一控制器、输入检测单元、输出检测单元、激光源和激光耦合器；输入检测单元检测到突发信号并通知控制器，突发信号正向进入放大器，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

如图3所示的实施例，以EDFA（掺铒光纤放大器）为例，其中，输入检测单元101采用的是一光电二极管来检测突发信号，激光耦合器105优选光环行器，也可以采用级联光隔离器或WDM等。输入信号经过输入检测单元101，与泵浦源103的泵浦光经过泵浦耦合器102输入到EDFA104，经EDFA104放大信号后由输出检测单元107输出。当突发信号发生时，输入检测单元101会及时检测到这一变化，并通知控制器108；控制器108会及时打开激光源106并增强激光功率，激光经激光耦合器105背向注入EDFA104，消耗EDFA104部分高能级的铒离子，从而抑制突发信号发生时的巨大上冲。放大的突发信号经输出检测单元107输出；输出检测单元107将放大的突发信号光功率反馈给控制器108，控制器108根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整控制激光源106的输出功率。背向注入EDFA的激光放大之后被输入端的隔离器吸收隔绝。本发明采用激光背向注入的方式，在保持突发放大性能的同时，进一步优化了放大装置性能，降低了成本：1）因为激光和输入信号（突发信号）反向传输，激光和信号光的波长不需要错开，所以激光源可以采用不具备温控的法布里-珀罗激光器，大大降低了激光器带来的额外成本；2）使用如环行器等隔离器实现激光的背向耦合，省去原有的滤波器和隔离器，进一步降低了成本；3）输入端信号光直接进入EDFA，减少了输入信号的额外损耗，避免噪声指数劣化。

上述实施例中的EDFA也可以换成EYDFA（铒镱共掺光纤放大器）或SOA（半导体光放大器）等。

本发明的背向激光注入式光放大方法，用于光网络中抑制突发信号增益的巨大上冲，包括：输入检测单元检测输入信号，当检测到突发信号时，将突发信号光功率发送给控制器；突发信号正向进入EDFA进行放大，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进EDFA，消耗EDFA一部分处于高能级的铒离子，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

该放大方法中的EDFA也可以由EYDFA（铒镱共掺光纤放大器）或SOA（半导体光放大器）等替换。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种背向激光注入式光放大装置，用于光网络中抑制突发信号的增益，包括放大器及其泵浦源和泵浦耦合器，其特征在于：还包括一控制器、输入检测单元、输出检测单元、激光源和激光耦合器；输入检测单元检测到突发信号并通知控制器，突发信号正向进入放大器，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

2.如权利要求1所述背向激光注入式光放大装置，其特征在于：所述输入检测单元包括一光电二极管。

3.如权利要求1所述背向激光注入式光放大装置，其特征在于：所述激光耦合器为一光环行器、级联光隔离器或WDM。

4.如权利要求1所述背向激光注入式光放大装置，其特征在于：所述激光源为法布里-珀罗激光器。

5.如权来要求1所述背向激光注入式光放大装置，其特征在于：所述放大器为EDFA、EYDFA或SOA。

6.一种背向激光注入式光放大方法，用于光网络中抑制突发信号的增益，其特征在于，包括：输入检测单元检测输入信号，当检测到突发信号时，将突发信号光功率发送给控制器；突发信号正向进入放大器进行放大，同时控制器控制激光源发出激光，经激光耦合器反向耦合进放大器，消耗放大器一部分处于高能级的铒离子，抑制突发信号的增益；放大的突发信号经输出检测单元输出；输出检测单元将放大的突发信号光功率反馈给控制器，控制器根据输入突发信号光功率和放大的突发信号光功率的对比结果，调整激光源的输出功率。

7.如权利要求6所述背向激光注入式光放大方法，其特征在于：所述输入检测单元包括一光电二极管。

8.如权利要求6所述背向激光注入式光放大方法，其特征在于：所述激光耦合器为一光环行器、级联光隔离器或WDM。

9.如权利要求6所述背向激光注入式光放大方法，其特征在于：所述激光源为法布里-珀罗激光器。

10.如权利要求6所述背向激光注入式光放大方法，其特征在于：所述放大器为EDFA、EYDFA或SOA。