CN1109919C - 含有增益控制电路的掺铒光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含有增益控制电路的掺铒光纤放大器，包括光输入端、光输出端、掺铒光纤放大器；在光输出端与掺铒光纤放大器的输出端之间有光耦合器，所述光耦合器的输出一路接光输出端，另一路依次经输出光检测电路、第一模数转换电路、接至数字信号处理器；数字信号处理器的输出端经数/模转换电路和激光器驱动电路接至掺铒光纤放大器中的激光器控制端。该电路可简单地实现增益控制，且可克服老化对增益稳定性的影响。
Description
本发明涉及一种含有增益控制电路的掺铒光纤放大器。
用电路控制掺铒光纤放大器(简称EDFA)增益的方法常见的有：1)把经过EDFA放大后的多个波长混在一起的光信号通过处理后分成多个单波长的信号，然后分别检测各个单波长光信号的光功率并与输入的各个波长光信号的功率进行比较，然后根据比较的结果进行反馈控制，从而达到增益稳定的目的；2)补光的方法，其原理如图2所示，其要点是要保持B点的光功率恒定，即输入EDFA的光功率恒定，而EDFA要能够对输入恒定的光功率达到某一恒定的增益。(图2中EDFA是指掺铒光纤放大器，CPU是指中央处理器)这样，当输入耦合器的信号光发生变化时，输入EDFA的光(信号光和补的光)功率保持恒定，信号光和无用光经过EDFA后得以同样增益的放大，最后经过分波器就得到了所需的信号光。
上述的电控增益方法的第一种由于需要用到把在一起传输的多个波长信号分成多个单波长信号的装置，通常为光器件，不但技术难度高，而且成本高。第二种方法即补光的方法由于要补光，所以就额外地增加了一个激光器，这不但增加了成本，而且不能够克服器件老化对系统的影响。用补光方法来稳定增益受限于两个假设条件：首先，输入EDFA的光功率恒定；其次，EDFA内的激光器加恒定的驱动电流即可以达到某一恒定增益。实际上，随着设备运行时间的增加，器件尤其是激光器就会有不同程度的老化，由于激光器的老化致使发光效率降低，从而同样的驱动电流下EDFA的增益降低。
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种含有增益控制电路的掺铒光纤放大器，其增益控制电路比上述两种电控增益方法的成本低，而且能够非常好地克服老化对稳定增益的影响。
本发明实现上述目的的方案是：一种含有增益控制电路的掺铒光纤放大器，包括光输入端、光输出端、掺铒光纤放大器，在光输出端与掺铒光纤放大器的输出端之间有第一光耦合器，所述第一光耦合器的输出光有两路，其中一路即为上述光输出端，另一路光依次经输出光检测电路、第一模数转换电路、接至数字信号处理器；数字信号处理器的输出端通过数/模转换电路接至激光器驱动电路；激光器驱动电路的输出端接至掺铒光纤放大器中的激光器控制端；在光输入端与掺铒光纤放大器的输入端之间还包括第二光耦合器、输入光检测电路、第二模/数转换电路；所述第二光耦合器接于光输入端和掺铒光纤放大器的输入端之间，其输出光一路接入掺铒光纤放大器的输入端，另一路依次经输入光检测电路、第二模/数转换电路接入数字信号处理器中。
由于采用了以上的方案，不需要将多个波长分成多个单波长，省去了昂贵的光器件，而与补光法相比，省去了补光激光器，因而成本大大降低。另一方面，由于从第一光耦合器中分出有反馈光信号，有效地克服了老化的影响。(用补光的方法进行增益控制之所以随着老化增益下降，是由于这种方法的EDFA驱动没有反馈控制所致，而本发明的上述方案则克服了这一严重缺陷。)
图1是本发明电路原理示意图。
图2是现有技术中“补光法”示意图。
图3是本发明实施例中输入光检测电路和输出光检测电路示意图。
图4是本发明实施例中激光器驱动电路示意图。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：见图1，所示为本发明含有增益控制电路的掺铒光纤放大器的原理示意图。由图可知，它包括光输入端1、光输出端2、掺铒光纤放大器3；在光输出端2与掺铒光纤放大器3的输出端之间有第一光耦合器4，所述第一光耦合器4的输出光有两路，其中一路即为上述光输出端2，另一路光依次经输出光检测电路5、第一模数转换电路6、接至数字信号处理器7(Digtal SignalProcessor，简称DSP)；数字信号处理器7的输出端通过数/模转换电路8接至激光器驱动电路9；激光器驱动电路9的输出端接至掺铒光纤放大器3中的激光器控制端。
仍如图1所示，装置中还包括第二光耦合器10、输入光检测电路11、第二模/数转换电路12；所述第二光耦合器10接于光输入端1和掺铒光纤放大器3的输入端之间，其输出光一路接入掺铒光纤放大器3的输入端，另一路依次经输入光检测电路11、第二模/数转换电路12接入数字信号处理器7中。
由于电路中使用了数字信号处理器7，其运算速度非常快，与之相配合，需要输入、输出光检测电路11、5、数/模和模/数转换电路8、6、12都选择高速的器件，本电路就能快速实现掺铒光纤放大器增益控制。
下面是实施例中其各部分简述。
如图3，该图示出了输出光检测电路5和输入光检测电路11的电路图。输入和输出光检测电路11、5均采用电流-电压转换放大电路。图3中D1为输入光和输出光检测用的PIN管。根据被检测光功率的大小，适当选择R1的大小。运放采用高速低噪高输入阻抗的AD825，它的输入偏置电流和和失调电流都非常小。运放的输出(即图中ADINPUT)送入高速的模/数转换器12、6，该转换器可采用AD7892。
图4为激光器驱动电路9。该电路采用压控电流源电路。简单计算一下可以得出流过电阻R5的电流是I＝Vin/R5，由于电阻R2回路和电阻R4回路对主回路的分流很小很小，所以流过电阻R6和激光器LD的电流近似等于通过电阻R5的电流I，并且此电流只受输入电压Vin的控制。注意控制输入电压Vin只能为正值。电路的参数要选择高精度电阻，至少要1％。尤其电阻R5精度越高得到的电流越精确。电阻R6是必须的，否则对激光器有影响。运放选用常用的TL084。PNP三极管Q1选用Motorola的达林顿三极管TIP127。图4中D1、D2为共阳极的二极管，起到保护激光器LD的作用。输入电压Vin接高速数/模转换电路8的输出，高速的数/模转换电路8和压控电流源电路一起构成了一数控电流源电路。本发明中利用这一数控电流源电路来实现对掺铒光纤放大器中激光器电流的精确控制。
本实施例中采用的高速模/数转换电路为AD公司的AD7892AR-1，精度为12位，输入范围采用+5V。利用AD7892来实现对输入和输出光功率进行精确的采样。AD7892的输出数据接口由于为5V的TTL电平，需要通过5V到3.3的电平转换后和数字信号处理器7(采用TMS320VC549)的数据线相连。
高速的数/模转换电路8采用AD公司的AD7247ABR，精度为12位，输出电压范围选用0～5V。它和激光器驱动电路9一起构成精确的数控电流源电路。AD7247的输入数据线接口直接和数字信号处理器7的数据线对接，无需通过3.3V到5V的电平转换芯片。
数字信号处理器7的硬件主要有：DSP和给它提供时钟的晶体振荡器。DSP采用德州仪器(TI)公司的TMS320VC549，外部时钟20MHz，通过内部倍频工作在100MHz。它的内核供电电压为+2.5V，其他部分为3.3V供电。
DSP数字信号处理部分原理图如图5a-5h所示，各图中同名管脚相连。图5a中，数字信号处理器7的型号为TMS320VC549PGE-100，其上面的管脚CVDD1-7、DVDD1-6和VSS1-19分别接+2.5V、+3.3V电源DVDD25、DVDD33和地DGND；左边的管脚D0-D15、A0-A22为外部地址线和数据线线接口，其中数据线D0-D11和D/A的数据线相连，和A/D的数据线通过电平转换芯片相接，数据线D12-15此处未用；右边的管脚有：该芯片的HPI口的数据线HD0～HD7，HPI口的控制信号线HCNTL0、HCNTL1、HBIL、/HCS、/HDS1、/HDS2、/HAS、HR/W和HRDY，通过HPI口可以实现DSP和其他CPU之间进行通信，而且DSP的程序也可以通过它加载，这对于较小的DSP程序来说非常方便，DSP无须外接SRAM。右边其他的管脚/HINT、HPIENA、TCK、TDI、TDO、DMS、TRST、EMUO、EMU1/OFF是和DSP的仿真器的接口，右边另外的管脚BCLKR0-1、BCLKX0-1、DBR0-1、BDX0-1、BFSX0-1、BFSR0-1此处未用，具体使用参见TI公司的产品说明书(TMS320C5X USERGUIDE)；图中下面的管脚IS、READY、R/W、IOSTRB、HOLD、INT0-2、RS、MP/MC、XF、CLKMD1-3、X2/CLKIN为DSP的其他一些控制线和时钟等。左边其他脚PS、DS、MSTRB、HOLDA、MSC、IAQ、IACK、NMI、BIO、CLKOUT、X1、TOUT、TCKLR、TDR、TFSR/TADD、TCLKX、TDX、TFSX/TFRM此处未用。
图5a中，芯片外围的英文标号(包括DSP_A0-A3、DSP_DB0-11、DSP_IS、DSP_READY、DSP_R/W、IOSTRB、DSP_HOLD、/DSP_INT0-2、/DSP_RST、DSP_XF、DSP_CLK、/DSP_INT2等)是该管脚的实际使用功能名称，内侧的英文标号是芯片自身标号，外围数字是该芯片管脚的顺序标号。
图5b是一个十四脚普通插针，P1-P14是其管脚名称标号，外围1-14是其管脚顺序号。图5c-5g表示相应脚通过电阻上接至3.3V，其中电阻的阻值是4.7KΩ。图5h是一个晶振，本例中采用HOSONIC公司的20MHz晶振，管脚有NC、VCC、GND、OUT，其中OUT是输出脚，做为时钟CLK信号接至数字信号处理器的DSP_CLK信号。
本发明通过输入输出光检测，由数字信号处理器7来直接控制调节激光器的驱动电流，达到稳定增益的目的，即增益不随输入光的变化而改变。
Claims (1)
1、一种含有增益控制电路的掺铒光纤放大器，包括光输入端(1)、光输出端(2)、掺铒光纤放大器(3)，其特征是：在光输出端(2)与掺铒光纤放大器(3)的输出端之间有第一光耦合器(4)，所述第一光耦合器(4)的输出光有两路，其中一路即为上述光输出端(2)，另一路光依次经输出光检测电路(5)、第一模数转换电路(6)、接至数字信号处理器(7)；数字信号处理器(7)的输出端通过数/模转换电路(8)接至激光器驱动电路(9)；激光器驱动电路(9)的输出端接至掺铒光纤放大器(3)中的激光器控制端；
在光输入端(1)与掺铒光纤放大器(3)的输入端之间有第二光耦合器(10)、输入光检测电路(11)、第二模/数转换电路(12)；所述第二光耦合器(10)接于光输入端(1)和掺铒光纤放大器(3)的输入端之间，其输出光一路接入掺铒光纤放大器(3)的输入端，另一路依次经输入光检测电路(11)、第二模/数转换电路(12)接入数字信号处理器(7)中。
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