CN1075299C - 光放大器设备 - Google Patents

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Abstract

当传输具有不同波长的光信号的混合信号时，波长依赖衰减出现在光学部件—例如光耦合器或玻璃光纤中。这种衰减通过具有可调节的波长依赖放大率的光放大器(EDFA)在光放大器设备(REG)中被补偿。除了光放大器(EDFA)，放大器设备(REG)具有可控的光衰减装置(DG)和控制单元(CTRL)。由放大器(EDFA)实现的放大率以一定的输出功率非线性依赖于波长。放大曲线的形状可以通过放大器的激励光源(PUMP)和由衰减装置(DG)实现的衰减而被调节。放大曲线的形状和由衰减装置(DG)实现的衰减通过控制单元(CTRL)依据在放大器(EDFA)的输出端处的光信号电平而被调节。

Description

光放大器设备
本发明涉及一种光放大器设备。
光放大器用于光传输系统中，例如，有线电视分配(distribution)系统中，并且用于放大其信号电平(level)由光学部件，例如耦合器或玻璃光纤，衰减了的光信号。许多光学部件能引起波长依赖衰减。如果一个光传输系统传输由具有各自不同波长的光信号组成的复合信号，波长依赖衰减导致在光放大器的输入端收到不同电平的光信号。放大器在预定的输入功率范围内放大不同电平的光信号，这造成波长依赖衰减扩展到用户，并且这就使传输距离由衰减最强的波长来决定。
在IEEE Photonics Letters,Vol.4,No.8,August 1992,pages 920-922的文章“Equalization in Amplified WDM Light Wave TransmissionSystem”中，描述了一种光传输系统，其中由具有各不相同的波长组成的复合信号经由玻璃光纤路径通过一个发送单元被传输到一个接收单元。为了补偿波长依赖衰减并且在接收单元处提供相同电平的光信号，这些光信号经由可变光衰减器以各自不同的信号电平通过发送单元被传输。某些其波长处衰减严重的光信号被以更高的信号电平传输。从接收单元到发送单元需要一条监视线来调节信号电平。由于在如树形分布分支网络中的发送单元和接收单元间的距离不同且光学部件数不同，只能有条件地沿传输方向调节光信号的电平，以便在所有接收单元中产生相同的信号电平。
因此，本发明的目的是提供一种设备，借此波长依赖衰减可以以更灵活的方式被补偿。
本发明提供一种用于传输由具有不同波长的光信号组成的复合信号的光放大器设备，所述光放大器设备包括，一个可变衰减器，一个可变增益光放大器，一个非对称耦合器，一个复合信号输入端，一个复合信号输出端，及一个用于确定用于可变衰减器和可变增益光放大器的控制信号的控制单元，
其中复合信号输入端经由可变衰减器，可变增益光放大器及非对称耦合器的串联组合而连接到复合信号输出端，
其中复合信号在可变增益光放大器的输出端处的部分可经由非对称耦合器反馈到控制单元，及
其中控制信号可从该复合信号部分的光信号的各个电平在控制单元中确定。
本发明的特殊的优点是，通过用铒掺杂光纤放大器来光学操作波长依赖光谱，增加了具有各不相同波长的光信号的传输距离，这些波长是经由玻璃光纤路径被有选择地传输的。
本发明通过配置例(configuration example)并借助图1至图3在下面加以解释，在图中：
图1是根据本发明的传输系统的示意图，
图2是根据本发明的放大器设备的配置示意图，
图3有三个图，其中在每一种情况下信号电平画在波长之上。
现在通过图1至图3描述本发明的配置例。图1表示一个根据本发明的一个传输系统。例如该传输系统SYS是一个混合分配系统。通过一个分配网(distribution network)NET，光信号被从中心ZE传送到几个接收单元EMP1至EMPN。
中心ZE包括发送单元SEN1，发送单元SEN2及光耦合器K1。
具有波长λ1的光信号在发送单元SEN1中产生。光信号的内容例如可以是电影胶片，被通过中心ZE经由玻璃光纤路径传输到电影院的接收单元EMP1，用于在银幕上放映。例如，波长λ1的值为1530nm。发送单元SEN1含有一台λ1激光器，其输出信号，例如可以用电影胶片的数字可变视频及音频数据加以调制。
发送单元SEN2产生具有波长λ2的光信号。例如，波长λ2的值为1560nm。该光信号的内容，例如可以是电视节目，被经由玻璃光纤路径和一个同轴电缆用户线路网络ANET通过中心ZE传输到各个用户的几个接收单元EMP2至EMPN。发送单元SEN2有一个λ2激光器，其输出信号用电视节目的视频和音频数据加以调制。
在光耦合器K1中，发送单元SEN1的光信号和发送单元SEN2的光信号被合成为一个复合信号，它被传送到分配网NET。
分配网NET包括数个光耦合器、玻璃光纤路径、及可能的在其中光信号被放大的中间放大器。波长依赖衰减发生在许多光学部件中，如像玻璃光纤线路或多级级联熔合耦合器中，例如，多级级联熔合耦合器的分配系数为1∶8或1∶16。这就是说，单个光信号的电平被衰减到了不同的范围。例如，具有波长λ2的光信号比具有波长λ1的光信号衰减的严重。如果具有波长λ1的光信号和那些具有波长λ2的光信号以相同的信号电平由中心发射，在它们通过分配网NET之后，具有波长λ2的光信号的电平比具有波长λ1的光信号的电平要小。为了补偿波长依赖衰减，该复合信号通过一个放大器设备REG传送，此时该放大器设备被设计为一个光再生器(opticalregenerator)。
光再生器REG中，复合信号的光信号被放大成不同的大小。例如，具有波长λ2的光信号此时有更高的衰减，它被以比具有波长λ1的光信号的增益更高的增益而被放大。为此，光信号的电平在光再生器REG的输出端被确定，并且对于两种波长λ1和λ2的波长依赖衰减作为其函数被调节。于是，光再生器REG的输出含有一个其光信号具有相同电平的复合信号。
从光再生器REG出来后，复合信号被传送到斜波装置VE。斜波装置VE含有一个波长选择耦合器和一个光电变换器。该波长选择耦合器把复合信号分成具有波长λ1的光信号和具有波长λ2的光信号。具有波长λ1的光信号经由玻璃光纤线路被传输到电影院的接收单元EMP1。具有波长λ2的光信号被光电变换器变成电信号并且经由用户线路网被传输到各个用户的接收单元EMP2至EMPX。
图2示出了根据本发明的放大器设备。在配置例中该放大器被设计为一个光再生器REG。光再生器REG包括一个可变衰减器DG、一个可变增益光放大器EDFA、一个控制单元CTRL和一个具有例如1∶10的分配比的非对称耦合器K2。光再生器REG有一个复合信号输入端E和一个复合信号输出端A。复合信号输入端E经由一个包括一个可变衰减器(DG)、一个可变增益光放大器(EDFA)和一个非对称耦合器K2的串联电路连接到复合信号输出端A。在配置例中，光放大器EDFA是一个铒掺杂光纤放大器。光放大器EDFA的增益可以经由施加其上的被激励的输出而调节。光放大器EDFA的这个增益是作为输入信号和被激励的输出的电平的函数而波长依赖的。该增益描述了一个沿着波长的非线性过程。在1520nm和1570nm的波长窗口处的增益曲线形状可以用输入信号和被激励的输出的电平被单独调节。如果对波长λ1和λ2的放大率被选择得使对于两个波长λ1和λ2，在光放大器的输出端处出现相同的信号电平，波长依赖衰减就被补偿了。
可变衰减器DG通过一个大于一的系数均匀衰减复合信号的电平。该系数的调节，例如可通过一个电控电压实现。
光再生器REG的输入端处的复合信号经可变衰减器DG、光放大器EDFA和非对称耦合器K2而被串联传送到再生器REG的输出端。
复合信号在非对称耦合器K2中被分离。例如，复合信号的90％被传送到光再生器REG的输出端并且复合信号的10％被传送到控制单元CTRL。控制单元CTRL有两个输出端，一个用于控制光衰减器DG，一个用于控制光放大器EDFA的光激励输出。
控制单元CTRL包括，一个波长选择耦合器K3、两个光电变换器OE1和OE2、一个校正单元KOR、一个被激励的光源PUMP和一个控制器STE。
复合信号的10％被传送到波长选择耦合器K3。耦合器K3按照波长分离复合信号的10％。具有波长λ1的光信号被传送到光电变换器OE1，在那里它们被变换成电信号。该电信号被传送到校正单元KOR。具有波长λ2的光信号被传送到光电变换器OE2，在那里它们被变换成电信号。该电信号也被传送到校正单元KOR。
校正单元KOR包括一个微控制器，该微控制器有两个内部模数转换器和一个内存储器，例如称作EPROM(可擦写可编程只读存储器)的存储器。光电变换器OE1和OE2的输出信号通过模数转换器被变换成数字信号。该数字信号决定用于放大器EDFA的被激励输出的参数设置和用于衰减器DG的控制电压。存储器储存作为波长函数的对于不同输入功率的放大器EDFA的增益曲线的值。该数字信号被与存储的值作比较，并且用于被激励的光源PUMP和控制器STE的控制信号由此被确定。
被激励的光源PUMP把所需的被激励的光提供到光放大器EDFA。被激励的光源PUMP的输出越高，就可以得到更多的在光放大器EDFA中用于受激发射的受激电子。被激励的光源PUMP的输出作为由校正单元KOR确定的值的函数被调节。
作为由校正单元KOR确定的值的函数，控制器把衰减调节电控电压提供给可变衰减器DG。
图3示出了三个图，其中信号电平画在波长之上。图3a)描述的是在图1中的中心ZE的输出端的复合信号电平的图。具有波长λ1的光信号的电平和具有波长λ2的光信号的电平是相同的。它们每一个具有的值为P0。
图3b)描绘的是在图1中的光再生器REG的输入端处的复合信号电平的图。由于在分配网中的波长依赖衰减，具有波长λ1的光信号的电平高于，例如，具有波长λ2的光信号的电平。前者值为P1。具有波长λ2的光信号的电平值为P2。P1＞P2成立。图1中的光放大器EDFA的放大系数通过图2中的衰减器DG和被激励的光源PUMP对两个波长λ1和λ2以一个方式被调节，这样，对波长λ1的放大系数对应于P2/P1乘对于波长λ2的放大系数。这就得出，在光放大器EDFA的输出端，具有波长λ1的光信号的电平与具有波长λ2的光信号的电平是相同的，并且对应于P3。
图3c)描绘了图1中的光再生器REG的输出端处的复合信号的电平图。具有波长λ1的光信号的电平与具有波长λ2的光信号的电平是相同的。其值是P3。
在配置例中的传输系统是一个混合分配系统。一个光分配系统，或一个具有返回信道和混合或纯光学结构的宽带通信系统也可以用来替代混合分配系统。本发明也可以被用于具有数个连续的再生器的情况，这就允许增加复合信号的传输距离。本发明还可以进一步用作为光接收器中的前置放大器。有利的是，已有的光电变换器可以被使用，并且具有补偿了衰减的复合信号不再受光学部件的影响。另一优点是，波长依赖衰减的起伏被平滑了。
在配置例中，一个铒掺杂光纤放大器被用作光放大器。不用铒掺杂光纤放大器，也可以用任何其它光放大器，例如，稀土元素掺杂光纤放大器。
在配置例中，复合信号含有两个波长。复合信号也可以含有多于两个的波长。在那种情况下，控制单元可以被更改，例如，以下列两种方式：
1)该控制单元含有两个波长选择耦合器。一个波长选择耦合器从复合信号中滤波具有最低波长的光信号，并且另一个滤波具有最高波长的光信号。被滤波的光信号被从光信号转换成电信号并且依次被传送到校正单元，在校正单元中，发生如配置例所描述的进一步的处理。
2)该控制单元含有数个用于滤波具有不同波长的单独的光信号的波长选择耦合器，并且，对每一个波长有一个用于把光信号转换成电信号的光电变换器。该电信号被传送到含有一个计算机单元的校正单元。该计算机单元把所有电信号的电平存在EPROM中，并且通过插值和与存储的增益曲线值作比较来确定用于被激励的光源和控制器的控制信号。
因此，本发明可用于补偿任何复合信号中的任何衰减损耗。

Claims (6)

1．用于传输由具有不同波长的光信号组成的复合信号的光放大器设备，所述光放大器设备包括，一个可变衰减器，一个可变增益光放大器，一个非对称耦合器，一个复合信号输入端，一个复合信号输出端，及一个用于确定用于可变衰减器和可变增益光放大器的控制信号的控制单元，
其中复合信号输入端经由可变衰减器，可变增益光放大器及非对称耦合器的串联组合而连接到复合信号输出端，
其中复合信号在可变增益光放大器的输出端处的部分可经由非对称耦合器反馈到控制单元，及
其中控制信号可从该复合信号部分的光信号的各个电平在控制单元中确定。
2．权利要求1所述的光放大器设备，其特征在于光放大器是一种稀土元素掺杂光纤放大器。
3．权利要求1所述的光放大器设备，其特征在于控制单元包括一个用于从复合信号中滤出光信号的波长选择耦合器。
4．权利要求1所述的光放大器设备，其特征在于控制单元包括用于把光信号转换成电信号的光电变换器和用于从电信号的电平确定控制信号的校正单元。
5．权利要求4所述的光放大器设备，其特征在于校正单元包括一个存储器，其中对于不同输入电平和波长的可变增益光纤放大器的增益曲线值被存储，并且在于控制信号是通过把复合信号部分的光信号的电平与被存储的值相比较而确定的。
6．权利要求1所述的光放大器设备，其中所传输的光信号的波长范围是1520nm至1570nm。
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