CN115333631B - 一种edfa瞬态效应控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光传输技术领域，更具体地，涉及一种EDFA瞬态效应控制系统及控制方法，该系统包括依次相连的信号发生器、信号光、控制光、合束器、光滤波器、掺铒光纤放大器、分束器和瞬态效应监测系统；所述控制光与信号光波长相近，且加载的前置脉冲信号为在时域上紧邻于信号光脉冲信号前的单脉冲，可通过消耗系统内反转粒子数的方式抑制瞬态效应；所述光滤波器将与信号光波长不同的控制光过滤；所述分束器将放大后的光信号分出少许作为监测光信号送入瞬态效应监测系统；所述瞬态效应监测系统包括光电探测器，模数转换器和判定处理器，在对监测光是否受瞬态效应影响后可由正常模式转换为控制模式，并控制信号发生器产生控制信号脉冲。
Description
技术领域
本发明属于光传输技术领域，更具体地，涉及一种EDFA瞬态效应控制系统及控制方法，该系统能有效抑制由掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier，简称EDFA)瞬态效应引起的信号码型效应，从而在保证其放大性能的同时保证整个光通信系统的稳定性。
背景技术
空间激光通信是指利用激光束作为载波在空间直接进行语音、数据、图像信息双向传递的一种通信技术，又称为“自由空间激光通信”。随着空间技术及传感技术，如高分相机、合成孔径雷达等技术的不断发展，卫星及各种航天器所需的信息传输量级呈指数型增长，目前微信通信所采用的以微波通信为主的通信手段已很难满足通信容量的需求。而空间激光通信技术具有传输量大、抗干扰能力强、安全保密性强等优势，便成为远距离空间激光通信的不二选择。
不过，目前对于远距离激光通信来说，由过长的传输距离所带来的光功率衰减问题十分严重，这也限制了激光通信的最大通信距离。为了保证远距离激光通信链路的正常运作，如从地面到近地卫星的通信，需要使得通信信道中的激光功率维持在可正常通信的水平。所以，在空间激光通信的发射端应配备“光功率放大器”来放大发射的光信号功率，使其可以对抗由于通信距离过长而造成的巨量功率衰减问题。
EDFA由于其放大增益高、增益频谱宽、噪声指数小和增益效率高等优点，被广泛运用于各种光通信系统中。对于空间激光通信系统，EDFA经常被放置在发射端作为功率放大器来使信号光获得高功率输出，并以此来增加最远传输距离。但是，由于EDFA的瞬态增益效应，在低速率传输光信号时，被放大的光脉冲会产生码型效应，严重影响了信号的质量。
目前在光域上对于由EDFA造成的码型效应的抑制方法着重于在放大系统中加入一束控制光来调整增益，通过调控控制光的输入功率大小来增大或减小信号光的输出功率。但上述方案大都使用自动增益控制系统来进行精确控制，增加了系统的冗杂度，或使用持续性较长的控制光方案过度抑制了信号光的增益，导致放大后损失了较高的输出功率。所以现在缺少一种即简单易实施，又能避免控制光的连续输入浪费功率的方案。
发明内容
本发明旨在解决对抑制由EDFA中瞬态效应所引起的信号码型效应的解决办法中存在的上述问题，为此，提供了一种掺铒光纤放大器瞬态效应控制系统，同时提供了该系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种EDFA瞬态效应控制系统，包括：
信号发生器，所述信号发生器用于产生信号光和控制光；
合束器将信号光与控制光合并为一路传输至掺铒光纤放大器；
掺铒光纤放大器，将光信号放大；
光滤波器，用于过滤控制光；
分束器用于将掺铒光纤放大器放大后的光信号分出少许；
瞬态效应监测系统，由分束器分离的监测光信号进入瞬态效应监测系统，判定是否受瞬态效应影响。
本技术方案进一步的优化，所述控制光与信号光波长相差在1nm至10nm内，且加载的前置脉冲信号为在时域上紧邻于信号光脉冲信号前的单脉冲。
本技术方案进一步的优化，所述瞬态效应监测系统包括依次连接的光电探测器、模数转换器和判定处理器。
本技术方案更进一步的优化，所述光电探测器为光电二极管或雪崩光电探测器。
本技术方案更进一步的优化，所述判定处理器为光数字处理芯片。
本技术方案进一步的优化，所述光滤波器为光纤光栅滤波器。
本技术方案进一步的优化，所述合束器为光功率1：1合束，分束器为光功率1：9分束。
如上所述的EDFA瞬态效应控制系统的控制方法，包括如下步骤：
S1、系统工作模式为正常模式，信号光承载由信号发生器产生的脉冲信号，经合束器进入掺铒光纤放大器放大；
S2、放大后的脉冲信号由分束器被瞬态效应监测系统所监测；
S3、瞬态效应监测系统对监测光进行功率测量与处理，分析放大后的信号光是否被瞬态效应所影响；
S4、若判定为是，转到S6；若判定为否，转到S5；
S5、系统工作模式仍为正常模式，转到S1重复流程；
S6、系统工作模式转变为控制模式，瞬态效应监测系统将启动信号发生器在系统中加入控制光；
S7、控制光搭载由信号发生器产生的前置信号脉冲，与信号光一起经合束器进入掺铒光纤放大器，控制光与信号光被掺铒光纤放大器一起放大，经过光滤波器，控制光被过滤，转到S2重复流程。
区别于现有技术，上述技术方案有如下优点：
1、本发明引入新的控制光，通过利用脉冲控制光消耗EDFA中反转粒子数的原理来抑制其瞬态效应，有别于传统的通过控制泵浦源的泵浦功率或使用连续光来抑制瞬态效应的方法，该系统减少了系统冗余度，提升了信号光在抑制瞬态效应时的输出功率，极大地提升了EDFA系统在信号低速传输时的放大效率。
2、基于脉冲控制光的EDFA瞬态效应控制系统，可以在信号发射端直接解决由EDFA瞬态效应所引起的低速信号码型效应现象，且能做到实时监测、结构简单、噪声低、稳定性好。与传统的瞬态效应抑制方法相比，信号光的输出功率得到了显著提升。本发明能够在低速信号传输的光纤通信、大气信道激光通信和深空远距离激光通信等领域广泛使用。
附图说明
图1为EDFA瞬态效应控制系统的结构示意图；
图2为EDFA瞬态效应控制方法的流程图。
附图标记说明：
101、信号发生器信号光，102、信号光，103、控制光，104、合束器，105、掺铒光纤放大器，106、光滤波器，107、分束器107，108、瞬态效应监测系统，109、光电探测器，110、模数转换器，111、判定处理器，112、系统工作状态正常模式，113、控制模式。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1所示，为EDFA瞬态效应控制系统的结构示意图。本发明优选一实施例一种EDFA瞬态效应抑制系统包括信号发生器101、信号光102、控制光103、合束器104、EDFA105、光滤波器106、分束器107和瞬态效应监测系统108。信号发生器101用于产生信号光102和控制光103，合束器104将信号光102与控制光103合并为一路传输至掺铒光纤放大器105，掺铒光纤放大器105，将光信号放大。光滤波器106，用于过滤控制光103；分束器107用于将掺铒光纤放大器105放大后的光信号分出少许；瞬态效应监测系统108，由分束器107分离的监测光信号进入瞬态效应监测系统108，判定是否受瞬态效应影响。
瞬态效应监测系统108包括光电探测器109、模数转换器110和判定处理器111，并决定系统的工作状态为正常模式112或控制模式113。
合束器为光功率1：1合束，分束器为光功率1：9分束。该实施例的光电探测器为光电二极管或雪崩光电探测器，判定处理器为光数字处理芯片，光滤波器为光纤光栅滤波器。
该控制系统的工作原理是：
首先，控制系统工作模式为正常模式112，信号光102承载由信号发生器101产生的脉冲信号，经合束器104进入掺铒光纤放大器105放大，放大后的脉冲信号由分束器107被瞬态效应监测系统108所监测，并判定是否受瞬态效应影响。判定为是后，由正常模式112转为控制模式113，并控制信号发生器101产生控制信号103脉冲。控制光103经合束器104进入掺铒光纤放大器105抑制瞬态效应，再进入光滤波器106被过滤出放大系统。判定为否后，工作模式仍为正常模式112，无控制光103参与信号光102放大过程。
光脉冲通过掺铒光纤放大器105时，消耗其反转粒子数ΔN12来放大自身强度，这一过程可被描述为：
其中，Γs是光纤中模式与饵离子分布的交叠因子，η＝σ21/σ12，σ12是信号光的吸收截面面积，σ21是信号光的发射截面面积，Ps(0)为z＝0时的信号光功率，即信号光入射功率为了得到在z＝L处的信号光功率Ps(L)，即信号光输出功率/>可对公式(1)在z轴上做积分处理：
由此可以得到信号光输出功率与L1能级的粒子数N1和L2能级的粒子数N2有关，更进一步，可以得到/>与反转粒子数ΔN12成正相关：
由公式(3)可知，当脉冲方波到来的时候，ΔN12位于最大值，则此时也位于最大值。随着方波信号的继续输入，ΔN12被大量消耗，开始随时间递减直到到达新稳态。那么，在此期间，/>会随着ΔN12的下降而下降，直至达到新的稳态后输出不再改变。
该实施例中，所述控制光103与信号光102波长相近(波长相差在1nm至10nm内)，且加载的前置脉冲信号为在时域上紧邻于信号光102脉冲信号前的单脉冲，可通过消耗系统内反转粒子数ΔN12的方式抑制EDFA的瞬态效应。当信号光102通过EDFA时，由于ΔN12已被控制光削弱，那么其由瞬态效应引起的输出尖峰将被压制，从而达到削弱输出信号码型效应的目的。
参阅图2所示，为EDFA瞬态效应控制方法的流程图。一种EDFA瞬态效应的控制方法，所述控制方法基于上述实施例中的EDFA瞬态效应控制系统实现，包括以下步骤：
S1：系统工作模式为正常模式，信号光102搭载由信号发生器101产生的信号脉冲进入合束器104，系统内无控制光103。
S2：经合束器104，信号光102进入掺铒光纤放大器105中被放大。
S3：被放大后的信号光到达分束器107，分出小部分监测光进入瞬态效应监测系统108，其余部分正常传输。
S4：瞬态效应监测系统108对监测光进行功率测量与处理，分析放大后的信号光是否被瞬态效应所影响。
S5：判定是否被影响，若判定为是，转到S7；若判定为否，转到S6。
S6：系统工作模式仍为正常模式，转到S1重复流程。
S7：系统工作模式转变为控制模式，瞬态效应监测系统108将启动信号发生器101在系统中加入控制光103。
S8：控制光103搭载由信号发生器101产生的前置信号脉冲，与信号光102一起进入合束器104。
S9：经合束器104，控制光103与信号光102被掺铒光纤放大器105一起放大，经过光滤波器106，控制光103被过滤，转到S3重复流程。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种EDFA瞬态效应控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、系统工作模式为正常模式，信号光(102)承载由信号发生器(101)产生的脉冲信号，经合束器(104)进入掺铒光纤放大器(105)放大；
S2、放大后的脉冲信号由分束器(107)被瞬态效应监测系统(108)所监测；
S3、瞬态效应监测系统(108)对监测光进行功率测量与处理，分析放大后的信号光是否被瞬态效应所影响；
S4、若判定为是，转到S6；若判定为否，转到S5；
S5、系统工作模式仍为正常模式，转到S1重复流程；
S6、系统工作模式转变为控制模式，瞬态效应监测系统(108)将启动信号发生器(101)在系统中加入控制光(103)；
S7、控制光(103)搭载由信号发生器(101)产生的前置信号脉冲，与信号光(102)一起经合束器(104)进入掺铒光纤放大器(105)，控制光(103)与信号光(102)被掺铒光纤放大器(105)一起放大，经过光滤波器(106)，控制光(103)被过滤，转到S2重复流程。
2.一种EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，包括：
信号发生器(101)，所述信号发生器(101)用于产生信号光(102)和控制光(103)；
合束器(104)将信号光(102)与控制光(103)合并为一路传输至掺铒光纤放大器(105)；
掺铒光纤放大器(105)，将光信号放大；
光滤波器(106)，用于过滤控制光(103)；
分束器(107)用于将掺铒光纤放大器(105)放大后的光信号分出少许；
瞬态效应监测系统(108)，由分束器(107)分离的监测光信号进入瞬态效应监测系统(108)，判定是否受瞬态效应影响。
3.如权利要求2所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述控制光(103)与信号光(102)波长相差在1nm至10nm内，且加载的前置脉冲信号为在时域上紧邻于信号光(102)脉冲信号前的单脉冲。
4.如权利要求2所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述瞬态效应监测系统(108)包括依次连接的光电探测器(109)、模数转换器(110)和判定处理器(111)。
5.如权利要求4所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述光电探测器(109)为光电二极管或雪崩光电探测器。
6.如权利要求4所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述判定处理器(111)为光数字处理芯片。
7.如权利要求2所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述光滤波器(106)为光纤光栅滤波器。
8.如权利要求2所述的EDFA瞬态效应控制系统，其特征在于，所述合束器(104)为光功率1：1合束，分束器(107)为光功率1：9分束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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