CN1191693C - 一种在线自动关断和开启喇曼放大器的方法及其安全控制模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线自动关断和开启喇曼放大器的方法及其安全控制模块；涉及喇曼放大器的监控和安全保护。本发明旨在当光纤链路出现故障时，可以自动关闭泵浦激光器；当光纤链路恢复正常后，能够自动开启泵浦激光器。本发明是采用梳状分波器将信号与放大的自发辐射(ASE)噪声分开，然后用差分检测的方法来判断信号的有无和线路的正常与否，从而判断是否关断泵浦激光器，实现喇曼放大器的安全保护。实施所述方法的本模块，主要由梳状分波器5和探测器10、11组成。
Description
技术领域
本发明涉及喇曼放大器的监控和安全保护，具体地说，涉及一种在线自动关断和开启喇曼放大器的方法及其安全控制模块。
背景技术
随着通信容量的不断扩大，光通道数和单通道码速率不断增加，超长距离、超大容量的光传输系统已经成为研究的热点。10Gb/s、40Gb/s的系统也逐渐商用化，高速率的系统需要光放大器具有更宽的增益带宽和更低的噪声指数。喇曼放大器采用传输光纤作为其增益介质，通过分布式放大，使光信号在光纤中传播的同时得到放大。采用分布式喇曼放大器可以减小光信号的入纤光功率，提高光信噪比(OSNR)。而且，通过多波长泵浦，喇曼放大器可以获得近80nm的宽带放大。诸多的优势使喇曼放大器成为高速率光通信系统的关键器件。
喇曼光纤放大器利用光纤的受激喇曼散射(SRS)，使波长比泵浦光大约100nm处的信号获得放大。单个泵浦波长的增益谱较窄，通常利用多个波长的高功率泵浦激光器合波输出，实现宽带放大。由于受激喇曼散射的效率很低，要想获得较高的增益，必须注入很高功率的泵浦光。这样带来的负面影响是传输光纤中存在高功率的泵浦光，在线路维护(对维护人员)时或者光纤断裂时存在很大的安全隐患。对于人眼而言，光功率超过5mW时是不安全的(根据FDA激光安全标准)，而喇曼放大器在实际使用过程中，注入到光纤中的光功率为200mW到2W。当光纤断裂或者光路断开的时候，如此高的光功率能对人眼造成极大的伤害。
美国专利US.6,423,963描述了一种在线监控系统是通过监测一个始终打开的特定波长监控信道来实现安全保护。每个喇曼放大器中包含了一个监控波长的发射装置和接收机用于完成对于光纤线路的监控，同时增加了信号与监控信道的合波器件。这种方案结构复杂，占用了光纤带宽，发射装置和接收机增加了喇曼放大器的成本。由于采用了附加的合波器，增加了泵浦和信号光的损耗。采用的是有源器件，其可靠性不高，容易引起误报警。特别是，当不同跨距段光纤链路的损耗不一样时，也会出现误报警。
美国专利US.5945668，US.5428471，US.5136410也分别描述了相关的安全保护装置，由于结构复杂和自身的原因，这些方法不适宜用在喇曼放大器的安全保护
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种在线自动关断和开启喇曼放大器的方法及其安全控制模块，即结合喇曼放大器和通信系统的特点，采用一种可靠的方法实现喇曼放大器的安全保护，在线路出现故障或者线路维护(远端或者近端)的时候，能够迅速自动关断泵浦激光器；在线路恢复正常的时候，能够自动开启泵浦激光器。
本发明的目的是这样实现的：
对于采用后向泵浦分布式喇曼放大器的系统而言，与光信号同向传输还有放大的自发辐射噪声(ASE)。通常情况下，尽管ASE的功率谱密度较低，但是由于喇曼放大器的放大带宽非常宽，ASE的总功率可能比信号功率还要大的多，这样就不能简单的利用总功率的大小来判断信号的有无。
本发明采用梳状分波器将信号与ASE噪声分开，然后用差分检测的方法来判断信号的有无和线路的正常与否，从而判断是否关断泵浦激光器，实现喇曼放大器的安全保护：
当喇曼放大器的泵浦激光器打开时，梳状分波器的一个端口输出信号和对应信号光波长(ITU-T规定的标准波长)的部分ASE噪声，另一个端口输出与信号光波长错开的部分ASE噪声，其波长间隔由梳状分波器决定，两个端口的光功率差分输出就是信号光功率的大小；如果信号光功率小于设定的阈值，安全控制模块会给出泵浦激光器的关断信号；
当喇曼放大器的泵浦激光器关闭时，梳状分波器的一个端口输出信号，另一个端口的输出光功率为零，两个端口的光功率差分输出就是信号光功率的大小；如果信号光功率大于设定的阈值，安全控制模块会给出泵浦激光器的开启信号。
本发明具有以下优点和积极效果；
1、能够保护使用人员。喇曼放大器正在工作的过程中，如果使用人员误操作将泵浦输出端口断开，安全控制模块能够迅速判断信号光丢失，从而在很短的时间内关断泵浦激光器，不会对使用人员构成伤害。
2、能够保护仪器设备。如果操作人员将喇曼放大器的输入、输出端接反，安全控制模块也能够迅速响应，关断泵浦激光器，避免损坏仪器设备。
附图说明
图1-分布式喇曼放大器的应用图；
图2-安全控制模块的原理图；
图3-采用了安全控制模块的喇曼放大器的内部结构框图。
其中：
1-传输光纤，
2-泵浦激光器组，
3-安全控制模块，
4-喇曼放大器，
5-梳状分波器，
6-ASE噪声，自发辐射噪声，
7-信号，
8-对应信号光波长的部分ASE噪声(ITU-T规定的标准波长)，
9-与信号光波长错开的部分ASE噪声(波长错开间隔由梳状分波器决定)，
10-探测器，
11-探测器，
12-宽带波分复用器12(1500/1505)，
13-分光耦合器(5∶95)。
下面结合附图详细说明：
图1中，分布式喇曼放大器的典型应用是：虚线框内的所示部分是一个完整的喇曼放大器4，在喇曼放大器4内，泵浦激光器组2通过一个宽带波分复用器12与传输光纤1相连；安全控制模块3其输入端与传输光纤1相连，给出告警信息以控制泵浦激光器组2的关断和开启。
工作原理是：传输光纤1中，信号光和泵浦光逆向传播；泵浦激光器组2由多个激光器合波而成，用于实现宽带放大；安全控制模块3用于监控信号光，若信号光低于设定的阈限值则给出告警信号，泵浦激光器组2可以根据告警信号来判断是否需要关断泵浦激光器，即安全控制模块3给出告警信息在硬件上实现对泵浦激光器组2的控制。
梳状分波器(interleaver)5是实现更密集波分复用的关键器件。它能够将波长间隔100GHz的系统在波长上间隔分开，一路输出奇通道的光(波长间隔200GHz)，另一路则输出偶通道的光(波长间隔200GHz)，两路光在波长上错开了100GHz。当然，它也能将两路波长间隔200GHz、波长错开100GHz的光合波为一路波长间隔100GHz的光。
我们知道，商用的密集波分复用(DWDM)光通信系统的通道波长必须是符合ITU-T建议G.692的。
根据DWDM系统的固定波长特点和梳状分波器5奇偶分光特点，让信号光从梳状分波器5的奇通道(或者偶通道)中输出(当然携带了相应波长的ASE噪声)，而偶通道(或者奇通道)则只输出相应波长的ASE噪声。要实现这一点，对于200GHz的系统，必须至少采用100GHz的梳状分波器；100GHz的系统，需要采用50GHz的梳状分波器；当然200GHz的系统，也可以采用50GHz的梳状分波器，依此类推。
图2中，安全控制模块在检测完两路信号光功率后，将所述两路的功率相减得差分值，与设定的阈限值进行比较，如果差分值大于阈限值，则给出开启信号，如果差分值小于阈限值，则给出关断信号。
安全控制模块分的梳状分波器5的输入端与携带ASE噪声的信号光输出端相连，梳状分波器5的两个输出端分别与两个探测器10、11的输入端相连。携带ASE噪声6的信号7输入梳状分波器5，信号的输出端记为A端，另一端记为B端。没有信号光的时候，A端输出对应信号光波长的部分ASE噪声8，B端也输出与信号光波长错开的部分ASE噪声9；A端和B端的ASE噪声在波长上是错开的，间隔由梳状分波器5决定。探测器10用于检测A通道的光功率，探测器11用于检测B通道的光功率。
尽管A、B两端ASE噪声的波长不一样，但是由于喇曼放大器ASE噪声的连续性和平坦性，以及梳状分波器5的通道平坦特性，A、B两段的ASE噪声6的总功率相差很小，实际上是可以忽略的。根据这一特点，A端口的输出功率记为PA，B端口的输出功率记为PB，在没有信号光的时候，PA-PB＝ε，ε远小于单通道的信号光功率Ps；在有信号光的时候，PA-PB＝信号光功率Ps。这样A、B两路光功率将两路的光功率相减，将差分值与设定的阈限值进行比较，高于阈限值则认为有信号光或者线路通畅，低于阈限值则认为没有信号光或者线路出现故障。
采用这种方法，分别实现了在信号光功率低于-35dBm时，C-band喇曼放大器和C+L-band喇曼放大器的自动关断。
喇曼放大器自动关断后，如果信号光逐渐增加到-35dBm，这时，A端输出的是信号光，B端输出为零，差分输出结果大于设定的阈限值，这时泵浦激光器能够自动开启。
前面讲的是在DWDM(多通道)系统中实现喇曼放大器的安全保护，在单通道的系统中，只要信号波长符合ITU-T建议G.692规范，上述的方法仍然能够很好的实现喇曼放大器的安全保护。
具体实施方式
图3中，采用了安全控制模块的喇曼放大器的内部结构是：
宽带波分复用器12是一个三端口器件，其信号输入端与传输光纤1相连，其泵浦输入端与泵浦激光器组2相连，其信号输出端与分光耦合器13的输入端相连；分光耦合器13是一个5∶95的耦合器，其95％端作为喇曼放大器的信号输出端；其用作信号光探测的5％端与安全控制模块3的输入端相连；安全控制模块(3)给出的告警信号用于控制泵浦激光器组(2)的关断和开启。
工作原理是：信号首先经过宽带波分复用器12，然后经过一个分光耦合器13，大端(图示的95％端)用作喇曼放大器的信号输出，小端(图示的5％端)与安全控制模块3相连，用作信号光检测。信号光检测完小与设定的阈限值进行比较。当信号光功率小于设定的阈限值时，可以给出告警信号，进而自动关断泵浦激光器组2；当信号光功率逐渐增大成后，将检测的信号光功率的大到超过设定的门限值时，则可以重新开启泵浦激光器组2。
Claims (2)
1、一种在线自动关断和开启喇曼放大器的方法，其特征在于采用梳状分波器将信号与放大自发辐射ASE噪声分开，然后用差分检测的方法来判断信号的有无和线路的正常与否，从而判断是否关断泵浦激光器，实现喇曼放大器的安全保护：
当喇曼放大器的泵浦激光器打开时，梳状分波器的一个端口输出信号和对应信号光波长的部分ASE噪声，另一个端口输出与信号光波长错开的部分ASE噪声，其波长间隔由梳状分波器决定，两个端口的光功率差分输出就是信号光功率的大小；如果信号光功率小于设定的阈值，安全控制模块会给出泵浦激光器的关断信号；
当喇曼放大器的泵浦激光器关闭时，梳状分波器的一个端口输出信号，另一个端口的输出光功率为零，两个端口的光功率差分输出就是信号光功率的大小；如果信号光功率大于设定的阈值，安全控制模块会给出泵浦激光器的开启信号。
2、一种在线自动关断和开启喇曼放大器的安全控制模块，其特征在于：
①安全控制模块在检测完两路信号光功率后，将所述两路的功率相减得差分值，与设定的阈限值进行比较，如果差分值大于阈限值，则给出开启信号，如果差分值小于阈限值，则给出关断信号；
②该模块由下列部件组成，其连接关系是梳状分波器(5)的输入端与携带放大自发辐射ASE噪声的信号光输出端相连，梳状分波器(5)的两个输出端分别与两个探测器(10、11)的输入端相连。
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