CN109194390B - 一种光放大器的光学参数的测量方法 - Google Patents

一种光放大器的光学参数的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光放大器的光学参数的测量方法，以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并采用二次曲线拟合计算信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig，进而计算光放大器的光学参数，相对于现有的EDFA的测量方法中根据经验选取一个固定的ASE噪声取样带宽Btotal并假定ASE谱是平坦的一次曲线来说，测量得到的光放大器的光学参数更真实，结果更精确。

Description

一种光放大器的光学参数的测量方法
技术领域：
本发明属于光纤通讯技术领域，特别涉及一种光放大器的光学参数的测量方法。
背景技术：
光放大器的主要光学参数包括增益(Gain，G)，光信噪比(Optical Signal NoiseRatio，OSNR)，和噪声系数(Noise Figure，NF)。其中NF是光放大器的最重要的光学指标之一，表征了输入光经过放大后其光信噪比的恶化程度。
当前工业界使用的光放大器主要分为三种，包括掺铒光纤放大器(Erbium DopedFiber Amplifier，EDFA)，拉曼光纤放大器(Raman Fiber Amplifier，RFA)，半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)，其中使用最多的是EDFA，尤其在光通信传输网中使用最多的密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing)领域中得到了广泛应用。但是EDFA的放大波长受到增益介质即掺铒光纤的限制，只能在1550nm附近的C波段和L波段进行光放大。而随着数据中心、稀疏波分复用(Coarse Wavelength DivisionMultiplexing，CWDM)等应用的兴起，1310nm以及附近的1270nm、1290nm、1330nm等波长得到了越来越广泛的使用，对该波段进行放大主要以半导体光放大器为主要选择。当前工业界测量各种光放大器包括半导体光放大器的主要光学参数的方法主要还是沿用EDFA的测量方法，在这种方法中计算光学参数时值往往是认为整个放大自发辐射(ASE)噪声谱是平坦的，但对于半导体光放大器来说，ASE谱往往是不平坦的而是呈类似开口向下的抛物线形状，因此对于半导体光放大器来说，继续沿用EDFA的测量方法得到的光学参数值可能会不准确，甚至严重失实。此外，因为传统的DWDM中的典型信道间隔只有0.8nm，而CWDM中的典型信道间隔则是20nm，这导致后者的噪声带宽大了一个数量级，因此不仅不能再被看作是平坦的，而且实际进入信号接收器的噪声功率也会大很多。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种光放大器的光学参数的测量方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种光放大器的光学参数的测量方法，包括以下步骤：
(1)采用光谱仪扫描光放大器的输入信号光并得到输入信号光光谱，获取信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输入信号光总功率Pin，sig；
(2)采用光谱仪扫描光放大器的输出信号光并得到输出信号光光谱，获取与步骤(1)对应的信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输出信号光总功率Pout，sig；
(3)以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并根据公式：BASE＝Btotal-Bsig计算出ASE噪声的带宽BASE；
(4)采用光谱扫描仪获取带宽Btotal内的总功率作为输出光总功率Pout，total，获取带宽BASE内任意波长对应的功率，得到ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)，其中λ为波长；
(5)采用二次曲线拟合的方式，由带宽BASE内的噪声光功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)拟合得到位于Bsig波长范围内的ASE噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)，然后依据积分公式
Figure GDA0002941171220000031
计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
或者在使用二次曲线拟合得到位于Bsig波长范围内的噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)后，直接计算得到PASE,sig(λ)|λ0即中心波长λ0处的ASE光功率谱密度，再用公式PASE,sig＝PASE，sig(λ)|λ0*Bsig计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
(6)将以上步骤(1)-步骤(5)获取的Pin，sig、Pout，sig、Pout，total、PASE，sig、Bsig、Btotal、BASE代入到以下公式，并记PASE，ASE为在BASE波长范围内的总ASE功率，计算出光放大器的增益G、输出光信噪比OSNR以及噪声系数NF：
PASE,ASE＝Pout,total-Pout,sig (a)
G＝(Pout,sig-PASE,sig)/Pin,sig (b)
Figure GDA0002941171220000032
Figure GDA0002941171220000033
其中h指普朗克常数，ν指信号光频率。
所述步骤(4)中的ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，AES(λ)也可以从无信号光输入时光放大器输出的ASE扫描图谱上获取。
所述光放大器为掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、半导体光放大器或光学参量放大器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并采用二次曲线拟合计算信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig，进而计算光放大器的光学参数，相对于现有的EDFA的测量方法中根据经验选取一个固定的ASE噪声取样带宽Btotal并假定ASE谱是平坦的一次曲线来说，测量得到的光放大器的光学参数更真实，结果更精确。
附图说明：
图1为本发明光放大器的光学参数的测量方法中信号光输出时Bsig、Btotal取样位置的示意图；
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，一种光放大器的光学参数的测量方法，包括以下步骤：
(1)采用光谱仪扫描光放大器的输入信号光并得到输入信号光光谱，获取信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输入信号光总功率Pin，sig；
(2)采用光谱仪扫描光放大器的输出信号光并得到输出信号光光谱，获取与步骤(1)对应的信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输出信号光总功率Pout，sig；
(3)以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并根据公式：BASE＝Btotal-Bsig计算出ASE噪声的带宽BASE；
(4)采用光谱扫描仪获取带宽Btotal内的总功率作为输出光总功率Pout，total，获取带宽BASE内任意波长对应的功率，得到ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)，其中λ为波长；
(5)采用二次曲线拟合的方式，由带宽BASE内的噪声光功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)拟合得到位于Bsig波长范围内的ASE噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)，然后依据积分公式
Figure GDA0002941171220000051
计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
或者在使用二次曲线拟合得到位于Bsig波长范围内的噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)后，直接计算得到PASE,sig(λ)|λ0即中心波长λ0处的ASE光功率谱密度，再用公式PASE,sig＝PASE，sig(λ)|λ0*Bsig计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
(6)将以上步骤(1)-步骤(5)获取的Pin，sig、Pout，sig、Pout，total、PASE，sig、Bsig、Btotal、BASE代入到以下公式，并记PASE，ASE为在BASE波长范围内的总ASE功率，计算出光放大器的增益G、输出光信噪比OSNR以及噪声系数NF：
PASE,ASE＝Pout,total-Pout,sig (a)
G＝(Pout,sig-PASE,sig)/Pin,sig (b)
Figure GDA0002941171220000052
Figure GDA0002941171220000053
其中h指普朗克常数，ν指信号光频率。
所述步骤(4)中的ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)也可以从无信号光输入时光放大器输出的ASE扫描图谱上获取。
所述光放大器为掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、半导体光放大器或光学参量放大器。
其中步骤(4)中的带宽BASE也可以由无信号光输入时光放大器输出的ASE扫描图谱得到。
其中步骤(5)也可以采用三次曲线或者更高次曲线或者其他几何曲线对ASE扫描图谱进行拟合计算。
本发明以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并采用二次曲线拟合计算信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig，进而计算光放大器的光学参数，相对于现有的EDFA的测量方法中根据经验选取一个固定的ASE噪声取样带宽Btotal并假定ASE谱是平坦的一次曲线来说，测量得到的光放大器的光学参数更真实，结果更精确，适用于不同的光传输系统，包括但不限于密集波分复用系统、稀疏波分复用系统和单波长系统。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种光放大器的光学参数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用光谱仪扫描光放大器的输入信号光并得到输入信号光光谱，获取信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输入信号光总功率Pin，sig；
(2)采用光谱仪扫描光放大器的输出信号光并得到输出信号光光谱，获取与步骤(1)对应的信号峰部分的带宽Bsig内的总功率作为输出信号光总功率Pout，sig；
(3)以相邻信号峰中间点位作为取样点，两个相邻的取样点之间的距离作为放大自发辐射(ASE)噪声的带宽Btotal，并根据公式：BASE＝Btotal-Bsig计算出ASE噪声的带宽BASE；
(4)采用光谱扫描仪获取带宽Btotal内的总功率作为输出光总功率Pout，total，获取带宽BASE内任意波长对应的功率，得到ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)，其中λ为波长；
(5)采用二次曲线拟合的方式，由带宽BASE内的噪声光功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)拟合得到位于Bsig波长范围内的ASE噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)，然后依据积分公式
Figure FDA0002941171210000011
计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
或者在使用二次曲线拟合得到位于Bsig波长范围内的噪声功率谱密度曲线PASE，sig(λ)后，直接计算得到PASE，sig(λ)|λ0即中心波长λ0处的ASE光功率谱密度，再用公式PASE,sig＝PASE,sig(λ)|λ0*Bsig计算出信号峰的带宽Bsig内ASE光的总功率PASE，sig；
(6)将以上步骤(1)-步骤(5)获取的Pin，sig、Pout，sig、Pout，total、PASE，sig、Bsig、Btotal、BASE代入到以下公式，并记PASE，ASE为在BASE波长范围内的总ASE功率，计算出光放大器的增益G、输出光信噪比OSNR以及噪声系数NF：
PASE,ASE＝Pout,total-Pout,sig (a)
G＝(Pout,sig-PASE,sig)/Pin,sig (b)
Figure FDA0002941171210000021
Figure FDA0002941171210000022
其中h指普朗克常数，ν指信号光频率。
2.根据权利要求1所述的一种光放大器的光学参数的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中的ASE噪声光的功率谱密度曲线PASE，ASE(λ)从无信号光输入时光放大器输出的ASE扫描图谱上获取。
3.根据权利要求1所述的一种光放大器的光学参数的测量方法，其特征在于，所述光放大器为掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、半导体光放大器或光学参量放大器。
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