CN1265475A - 增益控制光放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增益控制光放大器,应用于波分多路复用传输系统作为中继放大器,用于保持光信号的输出电平固定而与输入电平无关。根据本发明的增益控制光放大器包括第一与第二光纤放大器20与60,分别用于放大光信号的输入功率。第一与第二光纤放大器20与60的放大增益设置为与通过光线路发射的光信号的最大增益损耗相对应的值。此外,此增益控制光放大器还包括:衰减器40,用于衰减通过光线路发射的光信号的功率;和衰减增益控制装置10、30与50,用于根据光信号的功率调节衰减器40的衰减增益。此衰减增益控制装置检测光信号的传输距离并根据检测结果设置衰减增益。因此,由于输出信号功率能根据输入到光放大器的光信号的传输距离设置为固定值,所以有可能选择地根据传输距离建立光放大器。

Description

增益控制光放大器

本发明涉及光信号放大器，特别涉及能控制增益以使光信号的输出电平保持恒定而与光信号的输入电平无关的增益控制光放大器。

随着光通信技术的迅速发展，用于通过一条光线路同时发射具有多波长的光信号的波分多路复用WDM传输技术已广泛使用，以便提高光线路的传输效率。而且，通过将具有特定波长的光加到光线路和从光线路中取出来逐渐组网光线路。顺便说一下，在增加或取出波分多路复用系统中的任何光时，光信号总的信号功率dBm波动。例如，在从发射8信道光信号的光线路中取出4信道光信号时，光信号的总功率降低约3dBm。而且，在从发射4信道光信号的光信号中取出2信道光信号时，光信号的功率又降低约3dBm，从而，与开始相比降低约6dBm的光信号功率。当再次从2信道光信号中取出1信道光信号时，光信号功率降低约3dBm，从而引起光信号功率总的9dBm增益降低。总之，在用于发射8信道光信号的波分多路复用系统中，通过增加和取出光信号可以引起最大9dBm的信号功率波动。此信号功率的波动可能引起系统故障。例如，在光纤放大器采用掺有诸如Er、Pr和Nd的稀土离子的光纤的情况中，放大增益根据输入信号功率而改变。因此，如果输入信号功率弱，即，如果输入到光纤放大器的光信号的信道数量少，则将光信号的相应信道的放大增益设置为高。而如果输入信号功率强，即，如果输入到光纤放大器的光信号的信道数量大，则将光信号的相应信道的放大增益设置为低。由于放大增益的不同而引起的通过光网络发射的光信号的此波动可能破坏接收装置，使之不能接收发射的光信号。

而且由于通过光线路发射的光信号与传输距离成比例地变弱，所以要求在规定间隔上提供中继光放大器来放大此光信号。总之，希望在远距离传输的情况中每80Km或120Km点上建立中继光放大器。近来，建议每160Km点上提供中继光放大器。同时，国际电信联盟(ITU)的标准定义每40Km光线路的增益损耗是11dB，即，如果每80Km点上提供中继光放大器，要求此放大器具有约22dB的放大增益，如果每120Km点上提供中继光放大器，此放大器应具有约33dB的放大增益，而如果每160Km点上提供中继光放大器，此放大器应具有约44dB的放大增益。然而，由于固定设置常规光纤放大器的增益电平并且能控制增益的光放大器的增益控制范围限制在例如约10dB的预定电平内，所以它们不能满足不同的安装环境。

因此，本发明涉及基本上消除由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题的增益控制光放大器。

本发明的一个目的是提供可以适应不同的安装环境而不必单独改变结构的增益控制光放大器。

本发明的另一目的是提供波分多路复用传输系统所采用的用于控制光信号的规则增益电平以抵消光信号的增加与取出的增益控制光放大器，。

为了实现本发明的目的，提供根据本发明第一实施例的增益控制光放大器，应用于通过一条线路发射多波长光信号的波分多路复用传输系统，此增益控制光放大器包括：光耦合器，与光线路连接，用于将输入信号划分为第一与第二光信号；第一光纤放大器，用于以第一放大增益放大第一光信号；衰减装置，用于根据衰减增益调节电压以预定的衰减增益衰减第一光纤放大器的输出；第二光纤放大器，用于以第二放大增益放大衰减装置的输出；光-电流转换装置，将第二光信号转换为与信号功率相对应的电的电平信号；和衰减增益控制装置，用于根据光-电流转换装置的输出生成用于衰减装置的衰减增益调节电压。

为了实现本发明的目的，提供根据本发明第二实施例的增益控制光放大器，应用于通过一条线路发射多波长光信号的波分多路复用传输系统，此增益控制光放大器包括：至少一个光纤放大器，与光线路相连，用于以预定的放大增益放大通过光线路传播的光信号；衰减装置，耦合到光线路，用于根据衰减增益调节电压以预定的衰减增益衰减此光信号；和衰减增益控制装置，用于根据通过此光线路传播的光功率相对衰减装置的衰减增益调节电压。

为了实现本发明的目的，提供增益控制光放大器，相对输入光信号功率保证固定的放大增益。

为了实现本发明的目的，提供增益控制光放大器，提供与通过光线路发射的光信号的最大增益损耗相对应的放大增益。

为了实现本发明的目的，提供增益控制光放大器，其中衰减增益控制装置以11dB为单位调节衰减装置的衰减增益。

根据本发明，第一与第二光纤放大器根据发射距离将通过光耦合器输入的光信号放大到高达最大的放大增益。除此之外，利用光耦合器划分的预定数量的信号转换为与从光-电流转换装置输入的信号功率相对应的电平信号，并随后输入到衰减增益控制装置。衰减增益控制装置根据光-电流转换装置的输出电平检测输入信号的传输距离并根据检测的结果设置衰减装置的衰减增益。因此，在上面的结构中，由于输出信号功率能相对输入给光放大器的光信号的传输距离设置为固定值，所以有可能相对传输距离可选择地建立光放大器。即，根据本发明的增益控制光放大器基本上消除常规光放大器应根据中继传输距离来制造的缺点。

应该明白：前面的概括描述和下面的具体描述都是示例性的并预定提供根据权利要求书的本发明的进一步阐述。

包括用来提供本发明的进一步理解和引入在此说明书中并构成此说明书一部分的附图表示本发明的实施例并与此说明书一起用来解释本发明的原理：

在图中：

图1表示根据本发明实施例的增益控制光放大器的结构；

图2表示图1中的第一光纤放大器的结构；

图3表示根据从图1的光纤放大器中输入的信号功率说明放大增益特性的曲线图；

图4是表示图1中的衰减增益控制电路的具体结构的电路图；和

图5表示根据本发明另一个实施例的增益控制光放大器的结构。

现在将具体参考其示例表示在附图中的本发明的优选实施例。

现参见图1，图1表示根据本发明实施例的增益控制光放大器的结构，光信号作为通过特定光线路的输入与第一光耦合器10耦合。第一光耦合器10以例如99∶1的预定比率划分输入光信号，并将此信号的99％发送给第一光纤放大器20，而将此信号的1％发送给第一光电二极管30。利用第一光纤放大器20放大的光信号通过特定的光线路传送给衰减器40。第一光电二极管30输出与输入的信号电平相对应的电信号。此电信号作为输入发送给衰减增益控制电路50。此衰减增益控制电路50根据第一光电二极管30的输入信号生成预定的衰减增益调节信号并输出给衰减器40。然后，从衰减器40输出的光信号通过特定光线路耦合到第二光纤放大器60。第二光纤放大器60的输出光信号提供给其它光纤放大器或用于通过特定光线路接收光信号的任何设备。

在上面的结构中，第一与第二光纤放大器20与60利用输入的光信号提供最大的光放大增益。例如，考虑到由于160Km的传输距离而引起的最大44dBm的增益损耗，放大器20与60保证最大44dBm的放大增益。除此之外，衰减增益控制电路50与衰减器40根据本发明的光放大器应用的不同环境控制全部的增益电平。即，衰减增益控制电路50根据从第一光电二极管30输入的信号电平检测建立的光放大器的中继距离。衰减增益控制电路50将衰减增益调节信号输出给衰减器40，以便在检测的中继距离为160Km时将衰减器40的衰减增益设置为0dB、在检测的中继距离为120Km时将衰减器40的衰减增益设置为11dB并在检测的中继距离为80Km时将衰减器40的衰减增益设置为为22dB。

同时，希望第一与第二光纤放大器20与60具有增益控制功能，以便总是提供固定和稳定的放大增益而不受由于光信号的增加与取出引起的信号功率波动的影响。即，常规光纤放大器的放大增益根据信号功率输入而波动，这引起第一与第二光纤放大器20与60的最大放大增益值最终改变。

参见图2，从图1的第一光耦合器10中输出的光信号通过特定的光线路输入给第一隔离器201。第一隔离器201的输出信号通过波分多路复用器202传送给光放大光纤204。除此之外，从抽运抽运激光二极管203输出的激光束P通过波分多路复用器202输入给光放大光纤204。加上980nm或1480nm的光作为激光束。如下所述，抽运抽运激光二极管203根据控制器210的驱动电流输出预定量的激光束。以有效的光纤掺杂诸如Er、Pr和Nd的稀土离子的方式形成光放大光纤204。当将具有预定波长的激光束加到光放大光纤204时，由于稀土离子的激励而发射出具有预定波长的受激光子，因此放大通过相应的光纤传播的光信号。从光放大光纤204输出的光信号通过第二隔离器205与第二光耦合器206连接。第二光耦合器206以例如99∶1的预定比率划分从第二隔离器205输入的光信号，并将此信号的99％发送给图1中的衰减器40，而将此信号的1％发送给带通滤波器208。这里，第二光电二极管209将与从带通滤波器208输出的光量相对应的电平信号输入给控制电路210。同时，控制电路210根据从第二光电二极管209提供的信号电平控制抽运抽运激光二极管203的驱动电流，以保持光纤放大器20的放大增益固定不变。

参见图3，表示根据从光放大光纤204输入的信号功率的放大增益特性，(A)表示在抽运抽运激光二极管203的驱动电流设置为210mA时光放大光纤204的放大增益特性，(B)表示在抽运抽运激光二极管203的驱动电流设置为95mA时光放大光纤204的放大增益特性，(C)表示在抽运抽运激光二极管203的驱动电流设置为61mA时光放大光纤204的放大增益特性。如图3所示，如果从光放大光纤204输入的信号功率低，则增加放大增益，而如果此功率高，则降低放大增益，从而使放大增益波动。因此，如果在抽运激光二极管203的驱动电流是固定的情况下通过增加和取出光信号而使输入到光纤放大器20的光信号的放大增益波动，则最后使光纤放大器20的放大增益波动。

然而，在根据本发明的上述结构中，控制电路210根据第二光电二极管209的输出信号控制抽运激光二极管203的驱动电流，以保持光纤放大器20的放大增益固定。即，如果输入到光放大光纤204的信号功率是-10dBm，则抽运激光二极管203的驱动电流设置为210mA。如果此功率为-15dBm，则电流设置为95mA，而如果此功率是-20dBm，则电流设置为61mA，从而一直保持放大增益为22dB而与输入信号的功率无关。

现参见图4，表示图1中的衰减增益控制电路的具体结构的电路图，图1中的第一光电二极管30的输入电压Vin即与信号功率输入相对应的电平信号分别通过电阻R1与R6和第一与第二比较器CP1与CP2的非反相端子(+)相连。第一与第二比较器CP1与CP2的反相端子(-)分别和第一与第二基准电压REF1与REF2耦合。这里，第一基准电压REF1设置为小于第二基准电压REF2。第一与第二基准电压REF1与REF2分别和传播160Km与80Km的输入信号相对应，这将在下面具体进行讨论。接下来，第一比较器CP1的输出端口通过电阻R3与第一晶体管TR1的基极相连。第一比较器CP1的输出端口与电阻R3之间的结点通过上拉电阻R2与电源电压Vcc耦合并通过并联电容器C1接地。第一晶体管TR1的集电极通过偏置电阻R4与电源电压Vcc相连，并且第一晶体管TR1的发射极通过电阻R5接地。此发射极与电阻R5之间的结点与加法器53耦合作为输入端。第一比较器CP1和第一晶体TR1包括在第一衰减电平设置部分51中。在第一衰减电平设置部分51中，如果从第一光电二极管30输入的电压Vin大于第一基准电压REF1，利用从第一比较器CP1输出的高电平信号导通第一晶体TR1，以便通过偏置电阻R4将电源电压Vcc输入到加法器53。这里，从第一衰减电平设置部分输入到加法器53的电压设置为2V，例如，这能通过适当地设置电阻R4和R5的值来实现。除此之外，如果从第一光电二极管30输入的电压Vin小于第一基准电压REF1，则利用从第一比较器CP1输出的低电平信号关断第一晶体管TR1，以便通过偏置电阻R4输入0V给加法器53。即，如果从第一光电二极管30输入的电压Vin大于第一基准电压REF1，则第一衰减设置部分51将输出电压设置为2V，而如果输入电压Vin小于第一基准电压REF1，则第一衰减设置部分51将输出电压设置为0V。同时，除了基准电压REF2与参考电压REF1不同之外，第二衰减电平设置部分52具有与第一衰减电平设置部分51相同的结构。即，在第二衰减电平设置部分52中，第二比较器CP2的输出端利用上拉电阻R7、旁路电容器C2和电阻R8与第二晶体管TR2的基极相连。因此，根据第二比较器CP2的输出电平的高或低来导通或关断第二晶体TR2。第二晶体管TR2的集电极通过电阻R9与电源电压Vcc相耦合，而发射极通过电阻R10接地。在发射极和电阻R10之间的结点链接到加法器53作为输入端。而且，第二衰减电平设置部分52也在从第一光电二极管30的输入电压Vin大于第二基准电压REF2时输出电压设置为2V并在输入电压Vin小于第二基准电压REF2时将输出电压设置为0V。

加法器53将第一与第二衰减电平设置部分51与52的输出电压相加并作为衰减调节电压发送给衰减器40。因此，如果Vin＜REF1，将从加法器53输入给衰减器40的衰减调节电压设置为0V，如果REF1＜Vin＜REF2，将从加法器53输入给衰减器40的衰减调节电压设置为2V，而如果Vin＞REF2，将从加法器53输入给衰减器40的衰减调节电压设置为4V。上述实施例是考虑到以下情况构成的：如果衰减调节电压为0V，将衰减器40的衰减增益设置为0dB；如果衰减调节电压为2V，将衰减器40的衰减增益设置为11dB；而如果衰减调节电压为4V，将衰减器40的衰减增益设置为22dB。这里，必须将衰减调节电压设置为衰减器40特性合适的值。

如上所述，第一与第二基准电压REF1与REF2分别对应于传播160Km与80KM的输入信号。因此，如果在发射光信号时刻的信号功率例如为12dBm，考虑到ITU的教导，每40Km的增益损耗为11dB，如果输入信号传播160Km，则信号功率变为-32dBm，如果输入信号传播120Km则信号功率变为-21dBm，而如果传播80Km，则变为-10dBm。此外，在发射8信道光信号的波分多路复用系统中，通过增加和取出光信号可能出现最大9dB的增益损耗。因此，如果光信号传播80Km，则输入到图中1中的光纤放大器的信号功率变为约-19dBm至-10dBm，如果光信号传播120Km则信号功率变为约-30dBm至-21dBm，而如果传播160Km，则变为约-41dBm至-32dBm。因此，希望根据输入信号功率约为-30dBm至-31dBm，最好为-31dBm来设置第一基准电压REF1，并且根据输入信号功率约为-19dBm至-21dBm，最好为-20dBm来设置第二基准电压REF2。

在上面的结构中，根据本发明的优选实施例，考虑到传输距离，第一与第二光纤放大器20与60将通过第一光耦合器10输入的光信号放大到高达最大的放大，即44dB。此外，由第一光耦合器10划分的预定数量的信号发送给第一光电二极管30。然后，第一光电二极管30将对应于从第一光电二极管30中检测的信号功率的电平信号输出到衰减增益控制电路50。衰减增益控制电路50根据第一光电二极管30的输出电平检测输入信号的传输距离，并根据检测的结果设置衰减器40的衰减增益。即，如果光信号的传输距离为160Km，则将衰减增益设置为0dB，如果光信号的传输距离为120Km，则将衰减增益设置为11dB，而如果光信号的传输距离为80Km，则将衰减增益设置为22dB。因此，在上面的结构中，由于输出信号功率能相对输入给光放大器的光信号的传输距离设置为固定值，所以有可能选择地根据传输距离建立光放大器。即，根据本发明的增益控制光放大器基本上消除应根据中继传输距离制造常规光放大器的缺点。同时，上面的优选实施例中第一与第二光纤放大器20与60的放大增益均设置为22dB，有可能在需要时分别设置第一与第二光纤放大器20与60的衰减增益，例如分别设置为20dB与24dB。即，第一与第二光纤放大器20与60的相应放大增益不同地设置为这些放大增益之和满足最大增益损耗的范围。

上面实施例考虑中继光放大器的间隔最大为160Km来构造。因此，如果根据ITU的标准每80Km或120Km安装中继光放大器，有可能分别设置第一与第二光放大器20与60的放大增益、衰减增益控制电路50和衰减器40的衰减增益为其他合适的值。在这种情况中，有可能利用图5所示的单个光纤放大器110构造中继光放大器，该图表示根据本发明另一个实施例的增益控制光放大器的结构。输入的光信号通过光耦合器100与光纤放大器110和光电二极管120连接作为输入。由光纤放大器110放大的光信号输入到衰减器130并且以预定电平进行衰减。然后，衰减增益控制电路140根据从光电二极管120输出的电平信号生成衰减调节电压来设置衰减器130的衰减增益。在上面的结构中，由于光纤放大器110的放大增益设置为例如33dB并且衰减增益控制电路140根据光电二极管120的输出电平将衰减增益调节电压设置为0V或2V，所以衰减器130的衰减增益设置为0dB或11dB。因此，由于根据传输距离将输入到光放大器的光信号放大22dB或33dB，所以如上所述构造的光放大器能安装在120Km间隔的范围内，。

如上所述，根据本发明的增益控制光放大器能根据光信号的传输距离自动地控制放大增益。因此，适于不同的安装环境而不单独改变结构。

此外，应用于波分多路复用系统的根据本发明的增益控制光放大器能够对于光信号的增加和取出总是提供固定的放大增益。

可以对本发明的增益控制光放大器进行不同的修改和变化而不脱离本发明的精神或范畴，这对于本领域技术人员是显而易见的。因此，预定本发明覆盖落入所附权利要求书及其等效物范畴内的本发明的修改和变化。

Claims (17)

1、一种增益控制光放大器，应用于通过一条线路发射多波长光信号的波分多路复用传输系统，包括：

光耦合器，与光线路相连接，用于将输入信号划分为第一与第二光信号；

第一光纤放大器，用于以第一放大增益放大第一光信号；

衰减装置，用于根据衰减增益调节电压以预定衰减增益衰减第一光纤放大器的输出；

第二光纤放大器，用于以第二放大增益放大衰减装置的输出；

光-电流转换装置，用于将第二光信号转换为与信号功率相对应的电的电平信号；和

衰减增益控制装置，用于根据光-电流转换装置的输出生成用于衰减装置的衰减增益调节电压。

2.根据权利要求1的光纤放大器，其中第一与第二光纤放大器分别具有固定的放大增益而与光信号功率输入无关。

3、根据权利要求1的光纤放大器，其中第一与第二放大增益之和与通过光线路发射的光信号的最大增益损耗相对应。

4、根据权利要求1的光纤放大器，其中第一与第二放大增益彼此相同。

5、根据权利要求1的光纤放大器，其中衰减增益控制装置以11dB为单位调节衰减装置的衰减增益。

6、根据权利要求1的光纤放大器，其中第一与第二放大增益之和为44dB。

7、根据权利要求6的光纤放大器，其中衰减增益控制装置包括：

第一衰减电平设置装置，用于将光-电流转换装置的输出电平与第一基准电压进行比较并根据比较的结果输出第一或第二电压；

第二衰减电平设置装置，用于将光-电流转换装置的输出电平与不同于第一基准电压的第二基准电压进行比较并根据比较的结果输出第一或第二电压；和

加法装置，用于相加第一与第二衰减电平设置装置的输出电压。

8、根据权利要求7的光纤放大器，其中如果通过光线路发射的第一信号功率为AdBm，则第一基准电压具有输入到光放大器的对应于A-42dBm至A-44dBm的信号功率的电平值。

9、根据权利要求7的光纤放大器，其中如果通过光线路发射的第一信号功率为AdBm，则第二基准电压具有输入到光放大器的对应于A-31dBm至A-33dBm的信号功率的电平值。

10、根据权利要求7的光纤放大器，其中衰减装置分别对于第一电压具有衰减增益0dB和对于第二电压具有衰减增益11dB。

11、根据权利要求1的光纤放大器，其中第一与第二放大增益之和为33dB。

12、根据权利要求11的光纤放大器，其中衰减增益控制装置根据光-电流转换装置的输出电平将衰减装置的衰减增益设置为0dB或11dB。

13、一种增益控制光放大器，应用于通过一条线路发射多波长光信号的波分多路复用传输系统，包括：

至少一个光纤放大器，与光线路连接，用于以预定放大增益放大通过光线路传播的光信号；

衰减装置，耦合到光线路，用于根据衰减增益调节电压以预定衰减增益衰减此光信号；和

衰减增益控制装置，用于根据通过光线路传播的光功率相对衰减装置生成衰减增益调节电压。

14.根据权利要求13的增益控制光放大器，其中衰减增益控制装置包括：

光耦合器，与光线路连接，用于以预定比率划分光信号；

光-电流转换装置，用于生成与从光耦合器输出的光功率相对应的电压电平信号；和

电压生成装置，用于根据电压电平信号生成衰减增益调节电压。

15.根据权利要求13的增益控制光放大器，其中该光放大器具有与通过光线路发射的光信号的最大增益损耗相对应的放大增益。

16.根据权利要求13的增益控制光放大器，其中衰减增益控制装置以11dB为单位调节衰减装置的衰减增益。

17.根据权利要求13的增益控制光放大器，其中该光放大器具有与输入信号的功率无关的固定的放大增益。

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