CN110456589A - 一种半导体光纤放大器的光路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通讯技术领域，具体涉及一种半导体光纤放大器的光路结构，所述光路结构包括：输入分光器、输入合波器、输入隔离器、半导体光放大器、输出隔离器、输出合波器、输出分光器、辅助光源和辅助输入分光器；所述输入分光器的输入端为光信号输入端，输入分光器的主输出端连接输入合波器的第一信号端；所述辅助光源连接辅助输入分光器的输入端，所述辅助输入分光器的主输出端连接输入合波器的第二信号端；所述输入合波器的公共端通过输入隔离器连接半导体光放大器的输入端，导体光放大器的输出端通过输出隔离器连接输出合波器的公共端，所述输出合波器的第一信号端连接输出分光器的输入端，所述分光器的主输出端为光信号输出端。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯技术领域，具体涉及一种半导体光纤放大器的光路结构。
背景技术
目前广泛应于传输系统的光放大器，主要为拉曼光纤放大器、掺杂光纤放大器、半导体光放大器（SOA：Semiconductor Optical Amplifier）。拉曼光纤放大器功耗很大、成本极高。掺铒之外的其它掺光纤放大器，经过多年研究，迄今未获得应用。而SOA和其它几种放大器相比，有直接电注入产生增益、体积小、功耗低、便于和其它半导体光电子器件单片集成的能力等优点。目前半导体光放大器用于通信传输网主要为短距离、小容量的城域接入网，涉及的信道数有限，传输跟踪一般不超过20km，故对饱和输出光功率要求不高。在这种短跟踪内，一个SOA就可以胜任，不会存在多个SOA级联所引起的噪声逐级被放大所形成的积累。
当传输信号为稳定信号时，SOA的控制方式通过输入、输出光电二极管即可实现自动增益控制（传统控制方法）。当传输信号为突发或者脉冲信号时，输入、输出光电二极管虽然可以检测信号功率大小，但反馈控制较慢，无法及时实现自动增益控制或者增益控制不准确，出现光浪涌等问题。传统SOA用于突发信号时，当输入光功率在小信号线性放大区时，SOA可采用恒电流控制方式，此时恒电流即为恒增益，但环境、温度、SOA老化等因素影响，会导致SOA效率变化，即虽是恒电流，但无法保证恒增益。当SOA工作于小信号线性放大区以外时，由于饱和效应，恒电流下的增益差别很大。因此，如何进一步的保证恒增益和在突发信号下如何减弱饱和区的影响成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种半导体光纤放大器的光路结构。
根据本发明提供的技术方案，一种半导体光纤放大器的光路结构，所述光路结构包括：输入分光器、输入合波器、输入隔离器、半导体光放大器、输出隔离器、输出合波器、输出分光器、辅助光源和辅助输入分光器；
所述输入分光器的输入端为光信号输入端，输入分光器的主输出端连接输入合波器的第一信号端；
所述辅助光源连接辅助输入分光器的输入端，所述辅助输入分光器的主输出端连接输入合波器的第二信号端；
所述输入合波器的公共端通过输入隔离器连接半导体光放大器的输入端，导体光放大器的输出端通过输出隔离器连接输出合波器的公共端，所述输出合波器的第一信号端连接输出分光器的输入端，所述分光器的主输出端为光信号输出端。
进一步地，所述输入分光器的次输出端连接第一光电二极管；辅助输入分光器的次输出端连接第二光电二极管；输出分光器的次输出端连接第三光电二极管。
进一步地，所述输出合波器的第二信号端连接辅助输出分光器的输入端，所述辅助输出分光器的次输出端为光信号次输出端。
进一步地，所述输出合波器的第二信号端通过第二带通滤波器连接辅助输出分光器的输入端。
进一步地，所述辅助输出分光器的主输出端连接第四光电二极管。
进一步地，所述辅助光源通过第一带通滤波器连接辅助输入分光器的输入端。
从以上所述可以看出，本发明提供的半导体光放大器光路结构与现有技术相比具备以下优点：本发明的光路结构简单，实现方便。可用于稳定信号放大，也可以用非稳定信号（快速变化的信号，包括突发或者脉冲）的放大。可减小或者消除环境、温度、老化等因素的影响。可减弱饱和区的影响，当突发信号在线性区及饱和区变化时，可使得增益保持不变。
附图说明
图1为SOA光路结构示意图。
图2 、图3、图4为SOA光路结构改进后的示意图。
1-1.第一分光器，1-2.第二分光器，1-3.第三分光器，1-4. 辅助输出分光，2-1.第一带通滤波器，2-2.第二带通滤波器，3-1.第一合波器，3-2第二合波器，4-1.第一隔离器，4-2.第二隔离器，5.半导体放大器，6-1.第一光电二极管，6-2.第二光电二极管，6-3.第三光电二极管，6-4.第四光电二极管，7.辅助光源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
作为本发明第一种实施例：
如附图1所示，所述光路结构包括：输入分光器1-1、输入合波器3-1、输入隔离器4-1、半导体光放大器5、输出隔离器4-2、输出合波器3-2、输出分光器1-3、辅助光源7、第一带通滤波器2-1、第二带通滤波器2-2和辅助输入分光器1-2；
所述输入分光器1-1，其输入端为光信号输入端，光信号从所述光信号输入端输入本发明所述的光路结构，输入分光器1-1的主输出端连接输入合波器3-1的第一信号端，输入分光器1-1的次输出端连接第一光电二极管6-1；
所述辅助光源7通过第一带通滤波器2-1连接辅助输入分光器1-2的输入端，所述辅助输入分光器1-2的主输出端连接输入合波器3-1的第二信号端，所述辅助输入分光器1-2的次输出端连接第二光电二极管6-2；
所述输入合波器3-1的公共端通过输入隔离器4-1连接半导体光放大器5的输入端，导体光放大器5的输出端通过输出隔离器4-2连接输出合波器3-2的公共端，所述输出合波器3-2的第一信号端连接输出分光器1-3的输入端，所述分光器1-3的主输出端为光信号输出端，所述分光器1-3的次输出端连接第三光电二极管6-3；所述输出合波器3-2的第二信号端连接第二带通滤波器2-2的输入端，所述第二带通滤波器2-2的输出端连接第四光电二极管6-4。
在使用时，若辅助光源7为ASE光源，输入光信号为突发信号或者脉冲信号，且当所述突发信号或者脉冲信号间隔达到微秒或者纳秒量级时，可检测到其功率，但由于信号变化太快，无法利用该检测功率进行反馈控制。若半导体光放大器5对输入光信号和辅助信号（辅助光源7产生）的增益分别是为G(λa)和G(λb)，定义offset=G(λa)-G(λb)，offset为固定值。因此可以通过辅助光源间接对信号进行反馈控制，此时不仅可以可消除环境、温度、SOA老化等因素的影响，还可减弱饱和区的影响。
可以理解的是，通过第二光电二极管6-2和第四光电二极管6-4间接实现对传输信号的增益控制。该控制方式简单，为本专业人员所熟悉，下面仅作简单介绍。
设第二光电二极管6-2和第四光电二极管6-4的上报功率分别为P2和P4
第一步：第一光电二极管6-1和第三光电二极管6-3的校准：输入光信号接入光路，调整半导体光放大器5电流值，根据输入光信号进行直接校准第一光电二极管6-1和第三光电二极管6-3，该校准方法为本专业人员所熟知，本专利不再详细说明。
第二步：第二光电二极管6-2的校准：第二光电二极管6-2前面设有第一带通滤波器2-1，此时只允许λb+/-0.2nm的波长通过，所述λb为辅助信号的波长；故需要使用中心波长为λb的窄线宽光源进行第二光电二极管6-2校准。具体来说，辅助信号不接入光路中，带通滤波器2-1输出端接中心波长为λb的窄线宽光源，从而校准第二光电二极管6-2。
第三步：将辅助信号接入光路中，调整辅助信号功率，并读取第二光电二极管6-2的上报功率，当上报功率处于小信号线性区较小值时（辅助光源功率一般比信号光（突发）小2~3dB，这样对信号光影响较小。具体辅助光大小也可以实际测定，以不影响信号光控制精度为准），则可认为辅助信号调整到位，然后辅助信号保持恒电流或恒功率即可。
第四步：调整λa的输入光功率为典型值，调整半导体光放大器5电流，利用光谱分析仪进行扫描，当扫描到的增益达到要求值G时，表明半导体光放大器5增益控制到位。由于辅助信号经过了第一带通滤波器2-1和第二带通滤波器2-2，其带宽小于0.4nm，辅助信号经过半导体光放大器5放大产生的ASE功率可以直接忽略。此时校准光电二极管6-4，使其上报功率P4=P2+ G(λb)=P1+ G(λa)- offset。
由于offset为固定值，故可以把offset归零处理，即offset假设为0，即光电二极管6-4的上报功率P4=P2+ G(λb)=P1+ G(λa)。
第五步：输入光信号的增益G(λa)控制，可通过辅助信号来实现，输入光信号的增益G(λa)等于辅助信号的增益G(λb)，即 G(λa)=G(λb)=P4-P2，其中P4，P2分别为第二光电二极管6-2和第四光电二极管6-4的检测上报值。
作为本发明的第二种实施例：
如图2所示，所述光路结构包括：输入分光器1-1、输入合波器3-1、输入隔离器4-1、半导体光放大器5、输出隔离器4-2、输出合波器3-2、输出分光器1-3、辅助光源7、第一带通滤波器2-1、第二带通滤波器2-2、辅助输入分光器1-2和辅助输出分光器1-4；
所述输入分光器1-1，其输入端为光信号输入端，光信号从所述光信号输入端输入本发明所述的光路结构，输入分光器1-1的主输出端连接输入合波器3-1的第一信号端，输入分光器1-1的次输出端连接第一光电二极管6-1；
所述辅助光源7通过第一带通滤波器2-1连接辅助输入分光器1-2的输入端，所述辅助输入分光器1-2的主输出端连接输入合波器3-1的第二信号端，所述辅助输入分光器1-2的次输出端连接第二光电二极管6-2；
所述输入合波器3-1的公共端通过输入隔离器4-1连接半导体光放大器5的输入端，导体光放大器5的输出端通过输出隔离器4-2连接输出合波器3-2的公共端，所述输出合波器3-2的第一信号端连接输出分光器1-3的输入端，所述分光器1-3的主输出端为光信号输出端，所述分光器1-3的次输出端连接第三光电二极管6-3；所述输出合波器3-2的第二信号端连接第二带通滤波器2-2的输入端，所述第二带通滤波器2-2的输出端连接辅助输出分光器1-4的输入端，所述辅助输出分光器1-4的次输出端为辅助光信号输出端，辅助输出分光器1-4的主输出端连接第四光电二极管6-4。
作为本发明第三种实施例：
如图3所示，所述光路结构包括：输入分光器1-1、输入合波器3-1、输入隔离器4-1、半导体光放大器5、输出隔离器4-2、输出合波器3-2、输出分光器1-3、辅助光源7和辅助输入分光器1-2；
所述输入分光器1-1，其输入端为光信号输入端，光信号从所述光信号输入端输入本发明所述的光路结构，输入分光器1-1的主输出端连接输入合波器3-1的第一信号端，输入分光器1-1的次输出端连接第一光电二极管6-1；
所述辅助光源7连接辅助输入分光器1-2的输入端，所述辅助输入分光器1-2的主输出端连接输入合波器3-1的第二信号端，所述辅助输入分光器1-2的次输出端连接第二光电二极管6-2；
所述输入合波器3-1的公共端通过输入隔离器4-1连接半导体光放大器5的输入端，导体光放大器5的输出端通过输出隔离器4-2连接输出合波器3-2的公共端，所述输出合波器3-2的第一信号端连接输出分光器1-3的输入端，所述分光器1-3的主输出端为光信号输出端，所述分光器1-3的次输出端连接第三光电二极管6-3；所述输出合波器3-2的第二信号端连接第四光电二极管6-4。
作为本发明第四种实施例：
如图4所示，所述光路结构包括：输入分光器1-1、输入合波器3-1、输入隔离器4-1、半导体光放大器5、输出隔离器4-2、输出合波器3-2、输出分光器1-3、辅助光源7、辅助输入分光器1-2和辅助输出分光器1-4；
所述输入分光器1-1，其输入端为光信号输入端，光信号从所述光信号输入端输入本发明所述的光路结构，输入分光器1-1的主输出端连接输入合波器3-1的第一信号端，输入分光器1-1的次输出端连接第一光电二极管6-1；
所述辅助光源7连接辅助输入分光器1-2的输入端，所述辅助输入分光器1-2的主输出端连接输入合波器3-1的第二信号端，所述辅助输入分光器1-2的次输出端连接第二光电二极管6-2；
所述输入合波器3-1的公共端通过输入隔离器4-1连接半导体光放大器5的输入端，导体光放大器5的输出端通过输出隔离器4-2连接输出合波器3-2的公共端，所述输出合波器3-2的第一信号端连接输出分光器1-3的输入端，所述分光器1-3的主输出端为光信号输出端，所述分光器1-3的次输出端连接第三光电二极管6-3；所述输出合波器3-2的第二信号端连接辅助输出分光器1-4的输入端，所述辅助输出分光器1-4的主输出端连接第四光电二极管6-4，所述辅助输出分光器1-4的次输出端为辅助光信号输出端。
需要解释的是，若输入光信号的波长为λa，输入光信号可为单个通道，也可以是多个通道，由传输系统决定。辅助光源7产生波长为λb的非突发辅助信号，稳定信号最佳，所述辅助光源7产生的辅助信号与输入光信号的波长相差在5nm以上。比如输入光信号的λa为1310~1320nm，则辅助光源7产生的辅助信号的λb可选择大于1325nm或者小于1305nm，否则输入合波器3-1和输出合波器3-2的过渡波长较小，成本较高。
辅助光源7产生的辅助信号可以选择单波窄线宽光源，也可以选择宽带光源（比如ASE光源），根据辅助光源的不同，对带滤波器的要求也不同。
若辅助光源7产生的辅助信号宽带光源时，则第一带通滤波器2-1和第二带通滤波器2-2的中心波长等于λb，且带宽不宜过大，透射隔离要足够大。否则半导体放大器5产生的噪声会叠加或者串扰到辅助信号中，同时λb以外的波长过滤不充分，导致增益控制精度误差较大。一般地，此时带宽可选择100Ghz，约0.4nm；透射隔离度大于30dB，否则需要串联叠加使用，这样可以把λb以外的波长过滤掉。
若辅助光源7产生的辅助信号为窄线宽单波光源时，比如3dB带宽小于0.1nm，且光源本身的信噪比大于30dB，则第一带通滤波器2-1和第二带通滤波器2-2可省略，此时光路结构示意图如图3、图4所示。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述光路结构包括：输入分光器（1-1）、输入合波器（3-1）、输入隔离器（4-1）、半导体光放大器（5）、输出隔离器（4-2）、输出合波器（3-2）、输出分光器（1-3）、辅助光源（7）、辅助输入分光器（1-2）；
所述输入分光器（1-1）的输入端为光信号输入端，输入分光器（1-1）的主输出端连接输入合波器（3-1）的第一信号端；
所述辅助光源（7）连接辅助输入分光器（1-2）的输入端，所述辅助输入分光器（1-2）的主输出端连接输入合波器（3-1）的第二信号端；
所述输入合波器（3-1）的公共端通过输入隔离器（4-1）连接半导体光放大器（5）的输入端，导体光放大器（5）的输出端通过输出隔离器（4-2）连接输出合波器（3-2）的公共端，所述输出合波器（3-2）的第一信号端连接输出分光器（1-3）的输入端，所述分光器（1-3）的主输出端为光信号输出端。
2.如权利要求1所述的半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述输入分光器（1-1）的次输出端连接第一光电二极管（6-1）；辅助输入分光器（1-2）的次输出端连接第二光电二极管（6-2）；输出分光器（1-3）的次输出端连接第三光电二极管（6-3）。
3.如权利要求1所述的半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述输出合波器（3-2）的第二信号端连接辅助输出分光器（1-4）的输入端，所述辅助输出分光器（1-4）的次输出端为辅助光信号输出端。
4.如权利要求3所述的半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述输出合波器（3-2）的第二信号端通过第二带通滤波器（2-2）连接辅助输出分光器（1-4）的输入端。
5.如权利要求3所述的半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述辅助输出分光器（1-4）的主输出端连接第四光电二极管（6-4）。
6.如权利要求1所述的半导体光纤放大器的光路结构，其特征在于，所述辅助光源（7）通过第一带通滤波器（2-1）连接辅助输入分光器（1-2）的输入端。
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