CN105529604A - 泵浦共享的光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泵浦共享的光纤放大器，其包括：一泵浦光源、与该泵浦光源连接的光分路器、以及均与该光分路器连接的第一光纤放大器和第二光纤放大器，其中，本泵浦共享的光纤放大器与一光收发器连接，该光收发器包括合波器和分波器，所述第一光纤放大器的信号输入端与所述光收发器的合波器连接，所述第二光纤放大器的信号输出端与所述光收发器的分波器连接。本发明采用一个泵浦源给两个光纤放大器(EDFA)提供激励，实现在突发模式下的自动增益控制，具有体积小和成本低的特点。

Description

泵浦共享的光纤放大器
技术领域
本发明属于掺铒光纤放大器技术领域，尤其涉及一种泵浦共享的光纤放大器。
背景技术
光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。掺铒光纤放大器(EDFA，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3+的光信号放大器)是英国南安普顿大学和日本东北大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。
图1所示为现有光纤放大器的组成结构示意图，光纤放大器包括：第一光隔离器(ISO)、光耦合器(WDM)、掺铒光纤(EDF)、第二光隔离器(ISO)、光滤波器(OpticalFilter)、以及泵浦光源(PumpingSupply)。
掺铒光纤放大器在输入光信号端和输出光信号端各设置一个光隔离器，目的是使光信号单向传输；泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量；光耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中；掺铒光纤的作用把泵浦光源的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大；实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，采用两个或多个泵浦源的结构，中间加上隔离器进行相互隔离。
光放大器在光通信系统中得到广泛应用，传统的应用主要是长途网和城域网，现在已经逐步渗透到接入网和数据通信的收发器中。为了能够实现高速和长距离传输,往往需要在收发器中加上光放大器,用来提高光发射功率和接收功率。
对于这种应用的主要挑战是光放大器的尺寸和成本。
除此之外，在NG-PON2的应用场合，还要求接收端的光放大器能够正常工作在突发模式下，即在输入光功率不断变化的情况下，能够保持恒定的增益。
故，有必要设计一种新的光纤放大器。
发明内容
本发明的目的在于实现在突发模式下自动增益控制、具有体积小和成本低特点的泵浦共享的光纤放大器。
本发明提供一种泵浦共享的光纤放大器，其包括：一泵浦光源、与该泵浦光源连接的光分路器、以及均与该光分路器连接的第一光纤放大器和第二光纤放大器，其中，本泵浦共享的光纤放大器与一光收发器连接，该光收发器包括合波器和分波器，所述第一光纤放大器的信号输入端与所述光收发器的合波器连接，所述第二光纤放大器的信号输出端与所述光收发器的分波器连接。
其中，所述第二光纤放大器的信号输入端连接一第一光波长选择滤波器，所述第二光纤放大器的信号输出端连接一第二光波长选择滤波器，该第一光波长选择滤波器和第二光波长选择滤波器连接。
其中，所述第一光波长选择滤波器和第二光波长选择滤波器均为三端口光波长选择滤波器。
其中，所述第二光纤放大器包括光耦合器，所述光分路器和所述光收发器的分波器均与第二光纤放大器的光耦合器连接。
其中，所述第二光纤放大器依序包括：第一光隔离器、所述第一光波长选择滤波器、所述光耦合器、掺铒光纤、所述第二光波长选择滤波器、以及第二光隔离器。
其中，第二光纤放大器包括：第一光隔离器与光耦合器集成器件、掺铒光纤、光耦合器、以及第二光隔离器与光耦合器集成器件，其中，第一光隔离器与光耦合器集成器件包括第一光隔离器和第一光波长选择滤波器，第二光隔离器与光耦合器集成器件包括第二光波长选择滤波器和第二光隔离器，所述光分路器和所述光收发器的分波器均与第二光纤放大器的光耦合器连接。
其中，所述第二光纤放大器的信号输出端连接一增益均衡滤波器。
其中，该增益均衡滤波器与所述第二光纤放大器的第二光隔离器连接。
其中，所述第一光纤放大器和第二光纤放大器之间连接有一增益均衡滤波器。
其中，所述第一光纤放大器包括光耦合器，所述光分路器和所述光收发器的合波器均与第一光纤放大器的光耦合器连接。
其中，所述第一光纤放大器依序包括：第一光隔离器、所述光耦合器、掺铒光纤、以及第二光隔离器。
其中，第一光纤放大器包括光隔离器与光耦合器集成器件和掺铒光纤，所述光分路器和所述光收发器的合波器均与第一光纤放大器的光隔离器与光耦合器集成器件连接。
其中，本泵浦共享的光纤放大器还包括连接在第一光纤放大器和光分束器之间的至少一新光分束器，第一光纤放大器还包括与第二光隔离器连接的新光耦合器、以及与新光耦合器连接的新掺铒光纤，所述新光分束器与所述新光耦合器连接。
本发明采用一个泵浦源给两个光纤放大器(EDFA)提供激励，实现在突发模式下的自动增益控制，具有体积小和成本低的特点。
附图说明
图1所示为现有光纤放大器的结构示意图；
图2所示为本发明泵浦共享的光纤放大器的应用示意图；
图3所示本发明泵浦共享的光纤放大器的第一实施例的结构示意图；
图4所示本发明泵浦共享的光纤放大器的第二实施例的结构示意图；
图5所示本发明泵浦共享的光纤放大器的第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种泵浦共享的光纤放大器(EDFA)200，如图2所示为光纤放大器的应用示意图，其包括：一泵浦光源10、与该泵浦光源10连接的光分路器20、以及均与该光分路器20连接的第一光纤放大器31和第二光纤放大器32。其中，第一光纤放大器31的光耦合器(如图1)和第二光纤放大器32的光耦合器(如图1)均与所述光分路器20连接，所述泵浦光源10发出的光经所述光分路器20，将x％的光分给所述第一光纤放大器31，将(1-x)％的光分给所述第二光纤放大器32。
本泵浦共享的光纤放大器(EDFA)200与光收发器100连接，在本实施例中，光收发器100为波长复用器，该光收发器100包括合波器(MUX)101和分波器(DEMUX)102。在本实施例中，本两个光纤放大器31、32公用一个泵浦光源10，分光比和泵浦功率的选择取决于本两个光纤放大器31、32所需要的最大功率。
当本泵浦共享的光纤放大器(EDFA)200用于光收发器的场合时，所述第一光纤放大器31的信号输入端与所述光收发器的合波器101连接，其作用是增强发送信号，即：功效；所述第二光纤放大器32的信号输出端与所述光收发器的分波器102连接，其作用是放大接收信号，即预放，也称前置放大器，用该第二光纤放大器32提高接收机的灵敏度。
对于功放而言，如果输入光变化较小，第一光纤放大器31工作在恒流模式下并能保持相对稳定的恒定增益。
对于预放而言，当第二光纤放大器32在NG-PON2(下一代无源光接入网第二阶段)的应用场合，第二光纤放大器32需要在突发模式下工作，在输入光发生较大变化的情况下，第二光纤放大器32需要保持增益稳定。
在本实施例中，该第二光纤放大器32采用光反馈来实现增益稳定，其实现方法如下：所述第二光纤放大器32的信号输入端和信号输出端均设有一光波长选择滤波器，分别为：连接在所述第二光纤放大器32的信号输入端的第一光波长选择滤波器41和连接在所述第二光纤放大器32的信号输出端的第二光波长选择滤波器42，该第一光波长选择滤波器41和第二光波长选择滤波器42连接。
在本实施例中，所述第一光波长选择滤波器41和第二光波长选择滤波器42均为三端口光波长选择滤波器。
当泵浦光源10经光分路器20分出(1-x)％的光至所述第二光纤放大器32，经该第二光纤放大器32的信号输出端的第二光波长选择滤波器42，该第二光波长选择滤波器42滤出波长为λl的ASE光(放大自发辐射光源，AmplifiedSpontaneousEmission)后，经所述衰减器进行固定光衰减43，固定光衰减43后至所述第一光波长选择滤波器41，在第二光波长选择滤波器42、固定光衰减43、第一光波长选择滤波器41三者之间形成一个光反馈回路，使第二光纤放大器32在波长λl可以产生激光，第二光纤放大器32的在波长λl下的增益由所述光反馈回路的衰减来决定。
本发明通过改变所述光反馈回路的衰减来决定所需要的增益。当掺铒光纤放大器的在某一波长的增益锁定以后，其平均粒子数反转的比例将会确定。因为掺铒光纤基本为均匀展宽增益介质，在信号波长的增益谱将会确定。反馈激光波长可以选择在信号波长以外。比如，如果信号的波长范围为1530nm到1566nm,反馈激光波长可以选在1528nm或1568nm。
图3所示本发明光纤放大器的第一实施例的结构示意图，所述第一光纤放大器31依序包括：第一光隔离器311、光耦合器312、掺铒光纤(EDF)313、以及第二光隔离器(ISO)314，其中，光分路器20和所述光收发器的合波器101均与第一光纤放大器31的光耦合器312连接；泵浦光源10经光分路器20分出x％的光至所述第一光纤放大器31的光耦合器312；泵浦光和合波器101均经所述光耦合器312加至掺铒光纤312中。
所述第二光纤放大器32依序包括：第一光隔离器321、第一光波长选择滤波器41、光耦合器322、掺铒光纤(EDF)323、第二光波长选择滤波器42、以及第二光隔离器(ISO)324，其中，该第一光波长选择滤波器41和第二光波长选择滤波器42连接；光分路器20和所述光收发器的分波器102均与第二光纤放大器32的光耦合器322连接。
在本实施例中，所述第一光波长选择滤波器41和第二光波长选择滤波器42均为三端口光波长选择滤波器。
泵浦光源10经光分路器20分出(1-x)％的光至所述第二光纤放大器32的光耦合器322；泵浦光和分波器102均经所述光耦合器322加至掺铒光纤322中。
第二光纤放大器32作为预放工作在突发模式下，其中波长选择滤波器42、43的反射中心波长位于信号波长带外，第二光波长选择滤波器43滤出放大器输出端带外ASE光并经过一定衰减后由第二光波长选择滤波器43反馈到放大器的输入端，而形成一个光反馈回路。当光反馈回路的损耗与放大器的增益相等时，将在滤波器的中心波长产生激光。
此时增益可以钳制在一个固定值，这个钳制的增益值与光反馈回路的损耗相等，通过改变光反馈回路的损耗来改变所要控制的增益。当输入光减少时，产生的激光就会增强，反之，就会变弱，从而保持信号光增益稳定。这样，可以通过激光反馈达到自动增益控制的目的。
如果第二光纤放大器32的增益不高，比如，第二光纤放大器32的分贝小于10dB时，信号输入端或信号输出端的光隔离器可以不用。
图4所示本发明光纤放大器的第二实施例的结构示意图，与上述第一实施例相比：第一光纤放大器31的光隔离器311、314和光耦合器312集成为一个器件。第一光纤放大器31包括光隔离器与光耦合器集成器件315和掺铒光纤(EDF)313，所述光分路器20和所述光收发器的合波器101均与第一光纤放大器31的光隔离器与光耦合器集成器件315连接。
与上述第一实施例相比：所述第二光纤放大器32的第一光隔离器321和第一光波长选择滤波器41集成为一个器件，第二光波长选择滤波器42和第二光隔离器(ISO)324集成一个器件。
第二光纤放大器32包括：第一光隔离器与光耦合器集成器件44、掺铒光纤(EDF)323、光耦合器322、以及第二光隔离器与光耦合器集成器件45，第一光隔离器与光耦合器集成器件44包括第一光隔离器和第一光波长选择滤波器，第二光隔离器与光耦合器集成器件45包括第二光波长选择滤波器和第二光隔离器，所述光分路器20和所述光收发器的分波器102均与第二光纤放大器32的光耦合器322连接。
在本实施例中，光隔离器和光耦合器可以集成到一起器件中，或，光隔离器和光波长选择滤波器可以集成到一起器件中，以节省空间和成本。
图5所示本发明光纤放大器的第三实施例的结构示意图，与上述第一实施例相比，为了应用实现增益均衡的场合，在作为预放的第二光纤放大器32的输出端增加一增益均衡滤波器(GEF：GainEqualizationFilter)325，该增益均衡滤波器325与所述第二光纤放大器32的第二光隔离器(ISO)324连接。
在其他实施例中，该增益均衡滤波器设置在第一光纤放大器和第二光纤放大器之间，即：该增益均衡滤波器设置在第一光纤放大器的第二光隔离器(ISO)314和第二光纤放大器的第二光隔离器(ISO)324之间。
在作为功放的第一光纤放大器31，对发射机的输入光功率进行预均衡。为了得到较高增益，通过将经光分路器20分出x％的光再进行多级放大。
如果进行将经光分路器20分出x％的光再进行一级放大时，新增一新光分路器50，第一光纤放大器31还包括与第二光隔离器(ISO)314连接的新光耦合器316、以及与新光耦合器316连接的新掺铒光纤(EDF)317，所述新光分束器50与所述新光耦合器316连接，经该新光分路器50分出的一束光进入所述第一光纤放大器31的光耦合器312，经经该新光分路器50分出的另一束光进入至所述第一光纤放大器31的新光耦合器316。
本发明采用一个泵浦源给两个光纤放大器(EDFA)提供激励，实现在突发模式下的自动增益控制，具有体积小和成本低的特点。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种泵浦共享的光纤放大器，其特征在于，其包括：一泵浦光源、与该泵浦光源连接的光分路器、以及均与该光分路器连接的第一光纤放大器和第二光纤放大器，其中，本泵浦共享的光纤放大器与一光收发器连接，该光收发器包括合波器和分波器，所述第一光纤放大器的信号输入端与所述光收发器的合波器连接，所述第二光纤放大器的信号输出端与所述光收发器的分波器连接。
2.根据权利要求1所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第二光纤放大器的信号输入端连接一第一光波长选择滤波器，所述第二光纤放大器的信号输出端连接一第二光波长选择滤波器，该第一光波长选择滤波器和第二光波长选择滤波器连接。
3.根据权利要求2所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第一光波长选择滤波器和第二光波长选择滤波器均为三端口光波长选择滤波器。
4.根据权利要求1-3任一所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第二光纤放大器包括光耦合器，所述光分路器和所述光收发器的分波器均与第二光纤放大器的光耦合器连接。
5.根据权利要求4所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第二光纤放大器依序包括：第一光隔离器、所述第一光波长选择滤波器、所述光耦合器、掺铒光纤、所述第二光波长选择滤波器、以及第二光隔离器。
6.根据权利要求1所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：第二光纤放大器包括：第一光隔离器与光耦合器集成器件、掺铒光纤、光耦合器、以及第二光隔离器与光耦合器集成器件，其中，第一光隔离器与光耦合器集成器件包括第一光隔离器和第一光波长选择滤波器，第二光隔离器与光耦合器集成器件包括第二光波长选择滤波器和第二光隔离器，所述光分路器和所述光收发器的分波器均与第二光纤放大器的光耦合器连接。
7.根据权利要求5或6所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第二光纤放大器的信号输出端连接一增益均衡滤波器。
8.根据权利要求7所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：该增益均衡滤波器与所述第二光纤放大器的第二光隔离器连接。
9.根据权利要求1所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第一光纤放大器和第二光纤放大器之间连接有一增益均衡滤波器。
10.根据权利要求1-3任一所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第一光纤放大器包括光耦合器，所述光分路器和所述光收发器的合波器均与第一光纤放大器的光耦合器连接。
11.根据权利要求10所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：所述第一光纤放大器依序包括：第一光隔离器、所述光耦合器、掺铒光纤、以及第二光隔离器。
12.根据权利要求1或2所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：第一光纤放大器包括光隔离器与光耦合器集成器件和掺铒光纤，所述光分路器和所述光收发器的合波器均与第一光纤放大器的光隔离器与光耦合器集成器件连接。
13.根据权利要求10所述的泵浦共享的光纤放大器，其特征在于：本泵浦共享的光纤放大器还包括连接在第一光纤放大器和光分束器之间的至少一新光分束器，第一光纤放大器还包括与第二光隔离器连接的新光耦合器、以及与新光耦合器连接的新掺铒光纤，所述新光分束器与所述新光耦合器连接。
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Application publication date: 20160427