CN110061407A - 一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光信号放大技术领域，提供了一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，包括增益开关单元，所述增益开关单元包括两个光开关、掺铒光纤单元以及控制器，两个所述光开关分别为第一光开关以及第二光开关，所述第一光开关的一端与所述第二光开关的一端连接，所述第一光开关的另一端以及所述第二光开关的另一端分别与所述掺铒光纤单元连接，两个所述光开关均与所述控制器连接。本发明提供的掺铒光纤放大器光路可以提供较宽的增益范围，并保证较好的光学特性。
Description
技术领域
本发明涉及光信号放大技术领域，尤其涉及一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路。
背景技术
掺铒光纤放大器(EDFA)是DWDM全光网络中不可或缺的单元，能直接对多路光信号进行同时在线放大，用于补偿由于线路传输以及节点损耗等因素带来的光功率的衰减。在网络配置中，一般保持每个节点的EDFA输出单波功率不变。不同的跨度损耗使得模块的入光随之变化，如是通过调整模块的增益配置来达到固定的单波功率输出。普通的EDFA不能覆盖太宽范围的跨度损耗，当光路中增益平坦滤波器衰减值较大时，会导致低增益点的噪声恶化，泵浦功率增加。增益平坦滤波器的温度，波长以及偏振特性的恶化会使EDFA的指标进一步变差。所以通常会根据不同的跨度损耗，配置不同的EDFA类型，比如IR EDFA(短距离)，LR EDFA(长距离)，ER EDFA(超长距离)等。这增加了系统的模块类型与维护成本。
随着Open ROADM系统的推行，对于网络的灵活性要求更高。这也要求EDFA的灵活度更高。
因此有必要设计一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，以克服上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，实现更宽的增益范围、能覆盖更宽的跨度损耗范围，同时也保证良好的光学性能。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，包括增益开关单元，所述增益开关单元包括两个光开关、掺铒光纤单元以及控制器，两个所述光开关分别为第一光开关以及第二光开关，所述第一光开关的一端与所述第二光开关的一端连接，所述第一光开关的另一端以及所述第二光开关的另一端分别与所述掺铒光纤单元连接，两个所述光开关均与所述控制器连接。
进一步地，所述掺铒光纤单元包括组合波分复用器件、饵纤以及增益平坦滤波器；
所述组合波分复用器件包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一光开关和所述第二光开关均为1×2光开关，所述第一光开关包括第一接口、第二接口以及第三接口，所述第二光开关包括第四接口、第五接口以及第六接口；
所述第一端口为所述增益开关单元的输入接口，所述第二端口与所述第一接口连接，所述第二接口与所述第四端口连接，所述第三端口与所述饵纤连接，所述饵纤与所述增益平坦滤波器连接，所述增益平坦滤波器与所述第五接口连接，所述第四接口为所述增益开关单元的输出接口；
所述第三接口与所述第六接口连接。
进一步地，所述组合波分复用器件包括两个波分复用器，两个所述波分复用器内部相互连接，一个所述波分复用器与所述第一光开关连接，另一个所述波分复用器与所述饵纤连接。
进一步地，所述第一光开关以及所述第二光开关均为MEMS光开关。
进一步地，两个所述光开关集成于一块芯片上。
进一步地，所述增益开关单元为多个，各所述增益开关单元依次连接。
进一步地，还包括固定掺铒光纤放大器单元，所述增益开关单元与所述固定掺铒光纤放大器单元连接。
本发明具有以下有益效果：
1、能在扩展掺铒光纤放大器的增益范围的同时，降低噪声指数，减小泵浦功率以及保持输出的平坦。
2、光衰减器工作在较小的衰减范围内，使得其具有较好的温度、波长以及偏振特性，这都有益于光学指标优化。
3、高增益的平坦滤波器被切分成不同低增益的平坦滤波器，滤波器的曲线将变得平缓，这有利于平坦滤波器的制作。
4、可以根据实际的需要对可调增益范围的数量进行扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路的增益开关单元的结构示意图；
图2为现有技术中普通光路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路的增益开关单元的光路示意图；
图4为本发明实施例提供的一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路的1×2光开关的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路的组合波分复用器件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路的固定掺铒光纤放大器单元的连接示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明实施例提供一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路(以下简称掺铒光纤放大器光路或本光路)，包括两个增益开关单元A，所述增益开关单元A包括两个光开关、掺铒光纤单元A3以及控制器A4，两个所述光开关分别为第一光开关A1以及第二光开关A2，所述第一光开关A1的一端与所述第二光开关A2的一端连接，所述第一光开关A1的另一端以及所述第二光开关A2的另一端分别与所述掺铒光纤单元A3连接，两个所述光开关均与所述控制器A4连接。本光路包含有两个通路，其中一路为第一光开关A1和第二光开关A2组成的无源通路，不包含任何光学器件，该通路不提供增益；而另外一路为掺铒光纤单元A3组成的有源通路，掺铒光纤单元A3提供增益，且优选包含增益平坦滤波器以保证总输出平坦。
第一光开关A1和第二光开关A2优选1×2的光开关，对1×2的光开关进行组合使用，可以实现增益范围的选择。第一光开关A1的低增益范围段以及高增益范围段的光开关状态分别为S1和S2；第二光开关A2的低增益范围段以及高增益范围段的光开关状态分别为S1’和S2’。当两个光开关的状态为S1+S1’时本光路处于无增益状态，当两个光开关的状态为S2+S2’时本光路处于有增益状态。
第一光开关A1和第二光开关A2均包括控制脚，控制脚与控制器A4的IO口连接，控制器可以为FPGA或是MCU，FPGA或是MCU根据当前的增益判断所处的增益范围，并通过IO口输出高、低电平来切换第一光开关A1和第二光开关A2的状态，以实现不同的增益范围，通过FPGA或是MCU的IO口可以进行快速的切换。
控制器A4采用类似告警回执的方式对第一光开关A1和第二光开关A2进行控制。将1～26dB的增益范围分为三个小增益范围，三个小增益范围分别为1～10dB、9～18dB以及17～26dB。控制器A4记录上一个增益值与当前增益值，当上一个增益值在1～10dB增益范围内时，当前增益值>＝10dB控制器A4会切换至9～18dB增益范围，再进行自动增益控制锁定，当前增益>＝18dB控制器A4会先切换到17～26dB增益范围，然后再进行相应的控制。以此类推，当上一个增益值在17～26dB增益范围内时，当前增益<＝17控制器A4会切换到9～18dB增益范围，当前增益<＝9则会切换到1～10dB增益范围。其他情况以此类推，在此不再赘述。
本发明通过控制器控制两个增益开关单元四个光开关的状态，以实现较宽的增益范围，并且泵浦消耗小，噪声指数低。以1～26dB的增益范围，饱和输出22dBm为例，如果采用普通光路实现26dB的增益范围，普通光路如图2所示，其中EDFA1为前级放大，EDFA2为后级放大。中间为EVOA，用来调整整个光路的外部增益。
普通光路的模拟结果如表1：
| 增益 | EVOA衰减值 | 输入 | 输出 | 泵浦 | 噪声 |
| dB | dB | dBm | dBm | mW | dB |
| 26 | 0 | -4 | 22 | 800 | 4.2 |
| 13 | 12 | 9 | 22 | 950 | 11 |
| 1 | 25 | 22 | 22 | 1000 | 37 |
表1
从表1中的模拟结果可以看出，当模块的增益范围很大的时候，如果采用普通光路，在低增益的时候，泵浦消耗大，噪声指数非常差，没有实际应用意义。所以普通光路无法实现较宽的增益范围。
另一方面，从表1中的模拟结果还可以看出，导致泵浦消耗大、噪声指数差的原因是，在小增益的时候EVOA的衰减值太大，另外EVOA的衰减值大的时候，相应的温度相关损耗，波长相关损耗以及偏振相关损耗都会恶化。
本发明为了能减小EVOA的衰减值，在掺铒光纤放大器光路中增加了两个增益开关单元，对增益范围进行切割，将1～26dB的增益范围分为三个小增益范围，三个小增益范围分别为1～10dB、9～18dB以及17～26dB。
本光路的模拟结果如表2-4：
1)增益范围1～10dB
表2
2)增益范围9～18dB
| 增益 | EVOA衰减值 | 输入 | 输出 | 泵浦 | 噪声 |
| dB | dB | dBm | dBm | mW | dB |
| 18 | 0 | 4 | 22 | 800 | 5.4 |
| 13 | 5 | 9 | 22 | 820 | 10 |
| 9 | 9 | 13 | 22 | 840 | 15.7 |
表3
3)增益范围17～26dB
| 增益 | EVOA衰减值 | 输入 | 输出 | 泵浦 | 噪声 |
| dB | dB | dBm | dBm | mW | dB |
| 26 | 0 | -4 | 22 | 800 | 4.5 |
| 21 | 5 | 1 | 22 | 820 | 5.5 |
| 17 | 9 | 5 | 22 | 840 | 8.1 |
表4
从本光路三个小增益范围的模拟结果可以看到，在三个增益范围内都可以有较好的光学指标，并且降低了泵浦的功率需求。
本光路可以用于优化改善噪声指数。对于较宽的增益范围来说，如果系统对于噪声指数的要求比较高，那么可以将增益范围切分为更小的增益范围，从而改善最小增益处的噪声指数。以26dB的增益范围分三段为例。不同增益范围以及增益值对应的EVOA衰减值如表4：
| 增益范围1 | 增益范围2 | 增益范围3 | EVOA衰减值 |
| dB | dB | dB | dB |
| 10 | 18 | 26 | 0 |
| 9 | 17 | 25 | 1 |
| 8 | 16 | 24 | 2 |
| 7 | 15 | 23 | 3 |
| 6 | 14 | 22 | 4 |
| 5 | 13 | 21 | 5 |
| 4 | 12 | 20 | 6 |
| 3 | 11 | 19 | 7 |
| 2 | 10 | 18 | 8 |
| 1 | 9 | 17 | 9 |
本发明通过增加一对增益开关单元进行光路切换，使得光路中存在不同的基准铒纤增益，从而减小EVOA的最大衰减值。使得本光路在具有超宽的增益范围同时，具有非常好的光学性能指标。可满足实际的使用需求，并且光路的组网方式更灵活，组网成本更低。
优选的，如图3，所述掺铒光纤放大器单元A3包括组合波分复用器件A31、饵纤A32以及增益平坦滤波器A33；
所述组合波分复用器件A31包括第一端口3-1、第二端口3-2、第三端口3-3以及第四端口3-4，所述第一光开关A1和所述第二光开关A2均为1×2光开关，所述第一光开关A1包括第一接口1-1、第二接口1-2以及第三接口1-3，所述第二光开关A2包括第四接口2-1、第五接口2-2以及第六接口2-3；
所述第一端口3-1为所述增益开关单元A的输入接口，所述第二端口3-2与所述第一接口1-1连接，所述第二接口1-2与所述第四端口3-4连接，所述第三端口3-3与所述饵纤A32连接，所述饵纤A32与所述增益平坦滤波器A33连接，所述增益平坦滤波器A33与所述第五接口2-2连接，所述第四接口2-1为所述增益开关单元A的输出接口；所述第三接口1-3与所述第六接口2-3连接。
如图4所示，1×2光开关具有两个独立状态，通过逻辑电平来进行状态控制。当逻辑电平为低电平时，光开关处于第一独立状态：Port1至Port1’、Port2至Port2’。第一独立状态对应于图3中的第一光开关A1的第一接口1-1至第二接口1-2以及第二光开关A2的第五接口2-2至第四接口2-1。当逻辑电平为高电平时，光开关处于第二独立状态：Port1至Port4’、Port2至Port3’，第二独立状态对应于图3中的第一光开关A1的第一接口1-1至第三接口1-3以及第二光开关A2的第六接口2-3至第四接口2-1。
如图3所示，光增益开关单元A的输入为上一级EDFA单元的输出，包含有经过上一级EDFA单元放大了的C波段信号以及没有消耗完的980nm泵浦光。980nm/1550nm混合光从第一端口1-1输入，其中980nm泵浦光经过透射输出至第三端口1-3。而C波段的信号光经过膜片反射通过第二端口1-2输出。当第一光开关A1和第二光开关A2处于第一独立状态时，组合波分复用器件A31的第二端口1-2输出端的C波段信号经过第一光开关A1后与其自身的第四端口1-4连接，经过膜片的反射与第三端口1-3输出的980nm泵浦光混合在一起，进入饵纤A32。混合光在铒纤A32中传输后，由于980nm泵浦光的转换作用，C波段的信号得到了有效的放大，从而提供了额外的增益。由于光路中增加了一段铒纤A32，因此需要增加相应的增益平坦滤波器A33来均衡输出的增益谱型。当第一光开关A1和第二光开关A2处于第二独立状态时，组合波分复用器件A31的第二端口1-2输出的C波段信号经过第一光开关A1后，直接与第二光开关A2相连，并从第四接口2-1输出到后续的光路，可以看到当第一光开关A1和第二光开关A2处于第二独立状态时，本光路并没有提供额外的增益。
优选的，如图5，所述组合波分复用器件A31包括两个波分复用器WDM1和WDM2，两个所述波分复用器内部相互连接，所述波分复用器WDM1以及WDM2分别与所述第一光开关A1以及所述铒纤A32连接。本实施例提供的组合波分复用器件A31由两个完全一样的980nm/1550nm的波分复用器组合而成。
优选的，所述第一光开关1以及所述第二光开关2均为MEMS光开关。MEMS光开关的切换速度可以到ms级别，同时具有超长的切换寿命，可到亿次，为光路提供高可靠性。
优选的，两个所述光开关集成于一块芯片上。例如可以选用AGILTRON的etMEMSTM系列超小集成光开光，当模块的尺寸有限时，可以选用该集成光开关以节约布局空间。
优选的，所述增益开关单元可以为多个，各所述增益开关单元依次连接。当需要将增益范围分割成多段时，可以通过在光路中增加不同数量的增益开关单元来实现该要求。如图6所示，本实施例示出两个相同的增益开关单元A和B。增益开关单元B包括第一光开关B1第二光开关B2、掺铒光纤放大器单元B3以及控制器B4，增益开关单元B的各部分之间的连接关系如图6所示，与增益开关单元A一样，在此不再赘述。优选的，可使用一个控制器同时控制第一光开关A1、第二光开关A2、第一光开关B1以及第二光开关B2。当第一光开关A1和第二光开关A2处于低电平的时候，增益开关单元A对应的为有增益状态。当第一光开关B1和第二光开关B2处于低电平的时候，增益开关单元B对应的也为有增益状态，于是整个光路处于最高增益范围段。当第一光开关A1和第二光开关A2处于低电平，而第一光开关B1和第二光开关B2处于高电平的时候，增益开关单元A对应为有增益状态，增益开关单元B对应无增益状态，于是整个光路处于中增益范围段。当第一光开关A1和第二光开关A2处于高电平，而第一光开关B1和第二光开关B2也处于高电平的时候，增益开关单元A对应为无增益状态，增益开关单元B对应无增益状态，于是整个光路处于低增益范围段。这样通过两个增益开关单元A和B的切换便可以使光路工作在三个增益范围段内。如果需要更多的增益范围段，可以采用类似的方法进行处理，增加更多的增益开关单元即可。
优选的，如图6，掺铒光纤放大器光路还包括固定掺铒光纤放大器，本实施例以三个固定掺铒光纤放大器为例，三个固定掺铒光纤放大器分别为固定掺铒光纤放大器EDFA10、固定掺铒光纤放大器EDFA20以及固定掺铒光纤放大器EDFA30，所述增益开关单元有两个，固定掺铒光纤放大器EDFA10、一个增益开关单元A、固定掺铒光纤放大器EDFA20、另一个增益开关单元B以及固定掺铒光纤放大器EDFA30依次连接。固定掺铒光纤放大器部分为掺铒光纤放大器光路提供最低的增益范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于，包括增益开关单元，所述增益开关单元包括两个光开关、掺铒光纤单元以及控制器，两个所述光开关分别为第一光开关以及第二光开关，所述第一光开关的一端与所述第二光开关的一端连接，所述第一光开关的另一端以及所述第二光开关的另一端分别与所述掺铒光纤单元连接，两个所述光开关均与所述控制器连接。
2.如权利要求1所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：所述掺铒光纤单元包括组合波分复用器件、饵纤以及增益平坦滤波器；
所述组合波分复用器件包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一光开关和所述第二光开关均为1×2光开关，所述第一光开关包括第一接口、第二接口以及第三接口，所述第二光开关包括第四接口、第五接口以及第六接口；
所述第一端口为所述增益开关单元的输入接口，所述第二端口与所述第一接口连接，所述第二接口与所述第四端口连接，所述第三端口与所述饵纤连接，所述饵纤与所述增益平坦滤波器连接，所述增益平坦滤波器与所述第五接口连接，所述第四接口为所述增益开关单元的输出接口；
所述第三接口与所述第六接口连接。
3.如权利要求2所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：所述组合波分复用器件包括两个波分复用器，两个所述波分复用器相互连接，一个所述波分复用器与所述第一光开关连接，另一个所述波分复用器与所述饵纤连接。
4.如权利要求1所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：所述第一光开关以及所述第二光开关均为MEMS光开关。
5.如权利要求1所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：两个所述光开关集成于一块芯片上。
6.如权利要求1所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：所述增益开关单元为多个，各所述增益开关单元依次连接。
7.如权利要求1所述的增益范围可调的掺铒光纤放大器光路，其特征在于：还包括固定掺铒光纤放大器单元，所述增益开关单元与所述固定掺铒光纤放大器单元连接。
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| CN112887029B (zh) * | 2019-11-29 | 2022-08-26 | 华为技术有限公司 | 光放大器、光信号的处理方法及存储介质 |
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