CN1318909C

CN1318909C - 光放大器,光放大器的增益控制方法及电路

Info

Publication number: CN1318909C
Application number: CNB031549926A
Authority: CN
Inventors: 中路晴雄
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: CN1487349A

Abstract

本发明涉及光放大器、光放大器的增益控制方法及电路。该光放大器能在宽动态范围内以简单结构实现高速增益控制其增益控制电路包括输出与要输入该光放大器介质的部分信号光的功率呈线性关系的电压的第一光电探测器和输出与该光放大器介质所放大的部分信号光的功率呈线性关系的电压的第二光电探测器，输出第一和第二光电探测器分别输出的电压之差的比较器，及响应比较器的输出电压，向泵浦光源提供所需驱动电流的驱动电路。第一和第二光电探测器的每一个都有响应输入光功率，将其转换为电流的光电转换元件，及将光电转换元件的输出电流转换为电压的运算放大器。尤其是，第一和第二光电探测器的至少一个具有调整输出电压的偏移的调整机制。

Description

光放大器，光放大器的增益控制方法及电路

技术领域

本发明涉及一种能够放大具有波长互不相同的多个信道的信号光(WDM信号光)的光放大器，该种光放大器的一种增益控制方法以及该种光放大器的一种增益控制电路。

背景技术

为了满足对通信容量增长的需要，波分多路(WDM)通信系统的应用近年来发展迅速。同时，为了提高网络的可靠性和效率，用于分出或插入在网络上传输的部分WDM信号光的光学分插复用器(OADM)、光学交叉连接器(OXC)等正在被引入到WDM通信系统中。

WDM通信系统必须灵活适应网络中信道数量的变化。相应地，在光放大器，如广泛用于WDM通信系统作为网络构件的掺铒光纤放大器中，也要有对网络中信道数量变化的适应性。而且，随着上述WDM通信系统的广泛应用，向市场提供低价位的光放大器极其重要。

然而，作为一种控制放大增益的方法，传统的光放大器通常采用使用一种对数放大器来计算增益的方法，如公开号为2000-40847的日本未审查专利所披露的那样。具体地，使用对数放大器计算增益的自动增益控制(AGC)根据下述原理来进行。

具体地，下述公式(1)表示光放大器的增益：

G(dB)＝P_OUT(dBm)-P_IN(dBm) (1)

这里，G表示增益(单位：dB)，P_IN表示输入光功率的对数值(单位：dBm)，P_OUT表示输出光功率的对数值(单位：dBm)。

在光放大器的输入侧，输入侧光电探测器输出一个与放大前部分光信号的光功率成比例的电压，输入侧对数放大器对输入侧光电探测器输出的电压进行对数变换(即，输入侧对数放大器的输出电压V₁与输入侧光电探测器所探测到的光功率的对数值成比例)。与此相反，输出侧光电探测器输出一个与放大后部分光信号光功率成比例的电压，并且输出侧对数放大器也对输出侧光电探测器的输出电压进行对数变换(即，输出侧对数放大器的输出电压V₂，与输出侧光电探测器所探测到的光功率的对数值相成比例)。然后，通过用一个差值计算器将所获得的电压V₁和V₂相减从而探测到光放大器的增益。用一个比较器将所探测到的增益与目标增益进行比较，通过调整例如泵浦光功率对光放大器的增益进行控制，以使所探测到的增益与目标增益彼此大致相等。

同时，在对光放大器进行自动电平控制(ALC)的例子中，光放大器的增益根据上述方法探测得到，输出光功率通过下述公式(2)计算得出：

P_OUT(dBm)＝G(dB)+P_IN(dBm) (2)

然后，将由此获得的输出光功率与目标输出光功率进行比较，对泵浦光功率或其他光功率进行控制，以使上述功率值彼此相等。

发明内容

通过研究上述现有技术，本发明的发明人发现了下述问题。

在传统光放大器的增益控制中，光电探测器的输出电压由对数放大器进行对数变换，增益探测通过使用非常可行的差值计算器进行。然而，在电子元器件中，对数放大器相对昂贵。而且，含有对数放大器的控制电路构成的非线性控制电路很难设计。例如，当使用对数放大器时，控制电路的增益由于所探测的输入光功率而可能发生波动(即，控制电路的增益随着输入到光电探测器的光功率的减少而增加)。相应地，在该种情况下，如果要加速的话，控制电路可能会变得很不稳定，所以很难在一个很宽的动态范围内达到高速增益控制。

本发明解决了前述问题。本发明的目的之一是提供一种可以在一个更宽的动态范围内达到高速增益控制的构造更简单(成本更低)的光放大器，该种光放大器的增益控制方法，以及一种可以用于该种光放大器的增益控制电路。

本发明的光放大器包括一个光放大器介质，一个泵浦光源，将光放大器介质夹在中间的一个输入侧耦合器(第一耦合器)和一个输出侧耦合器(第二耦合器)以及一个增益控制电路。光放大器介质包括，例如，掺铒光纤(EDF)。泵浦光源向光放大器介质提供预定波长的泵浦光。输入侧耦合器包括一个用于分离输入光放大器介质的光信号的一部分的支路端口(branch port)。输出侧耦合器包括一个用于分离在光放大器介质中放大的光信号的一部分的支路端口。而且，增益控制电路通过使用由输入侧耦合器和输出侧耦合器所分离出来的光的功率值之间的差值信息来控制光放大器的增益。在这里，增益控制电路所进行的增益控制至少包括自动增益控制。

增益控制电路包括一个输入侧光电探测器(第一光电探测器)，一个输出侧光电探测器(第二光电探测器)，一个比较器(包含在控制系统中)以及一个驱动电路。输入侧光电探测器输出一个与输入侧耦合器所分离出来的光的功率具有线性关系的电压。输出侧光电探测器输出一个与输出侧耦合器所分离出来的光的功率具有线性关系的电压。比较器输出一个分别从输入侧光电探测器和输出侧光电探测器获得的电压值的电压差值。而且，驱动电路响应比较器的输出电压，向泵浦光源，如激光二极管提供所期望的驱动电流。

尤其是，为了对光放大器进行增益控制，在定义关于输入侧光电探测器和输出侧光电探测器中至少一个的输入光功率P_i与输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中，增益控制电路调整斜率a和截距b。在此，为了仅对要放大的WDM光信号进行增益控制，最好在调整斜率和截距时考虑光放大器输出光中所含有的噪声光(主要是ASE光)的光功率。而且，为了避免动态增益变化，最好将增益控制电路中的响应时间设为一秒或更短。

除了上述结构以外，本发明的光放大器最好还包括一个用于测量输入侧光电探测器和输出侧光电探测器所处环境的环境温度的温度传感器。如果周围温度变化，输入光功率和输出电压之间的线性关系由于增益控制电路中的温度漂移，就有可能也发生变化。因此，由于温度变化引起的增益变化就可以通过正确监测温度变化时，调整线性关系的斜率或截距而得到有效的抑制(即，根据温度传感器的测量结果对比较器供给驱动电路的电压进行适当校正)。

而且，本发明的光放大器还可以在光放大器介质的信号输出终端和输出侧耦合器之间含有一个增益均衡器。通过在光放大器介质和输出侧耦合器之间放置增益均衡器，输出侧耦合器所分离出来的光(输出侧光电探测器的探测对象)对波长的依赖得以消除(相应信道间增益的不均衡性得以降低)。相应地，就有可能不考虑引入光放大器介质的WDM信号光的信道数量变化，而对WDM信号增益进行恒定控制。

在以更简单的构造和高速对具有上述构造的光放大器进行增益控制例如自动增益控制的增益控制电路中(即本发明的增益控制电路)中，输入侧光电探测器、输出侧光电探测器和比较器最好分别含有下列电路元件。具体地，输入侧光电探测器含有一个光电转换元件(第一光电转换元件)，如将输入侧耦合器所分离出来的光转化为与其功率有关的电流的光电二极管，以及一个将光电转换元件输出的电流转换为电压的运算放大器(第一运算放大器)，该运算放大器能够调整输出电压的偏移。输出侧光电探测器含有一个光电转换元件(第二光电转换元件)，如将输出侧耦合器所分离出来的光转换为与其功率有关的电流的光电二极管，以及一个将光电转换元件输出的电流转换为电压的运算放大器(第二运算放大器)，该运算放大器能够调整输出电压的偏移。同时，比较器含有一个差分放大器，它接收分别包含在输入侧光电探测器和输出侧光电探测器内的运算放大器所输出的电压。差分放大器将输入侧光电探测器和输出侧光电探测器的输出电压之差输入到驱动电路。驱动电路按照比较器所输出的电压(电压差)向泵浦光源如激光二极管提供驱动电流。

具体地，本发明的增益控制电路中，输入侧光电探测器和输出侧光电探测器至少有一个含有一个至少调整偏移电压的调整机制。换句话说，在增益控制电路中，输入侧光电探测器和输出侧光电探测器中至少有一个对定义输入光功率P_i和输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中斜率a和截距b中的至少截距b进行调整，其中截距b对应偏移电压。

在这里，增益控制电路中的响应时间最好也设为一秒或更短以避免增益的动态变化。而且，为了仅对要放大的WDM光信号进行增益控制，上述偏移电压调整是在考虑了光放大器输出光中所含有的噪声光(主要是ASE光)的情况下进行的。

除了上述结构以外，本发明的增益控制电路最好还含有一个用于测量输入侧光电探测器和输出侧光电探测器中至少一个所处环境的环境温度的温度传感器，以针对温度变化实现稳定增益控制。

下面，本发明的增益控制方法适用于对通过从泵浦光源提供预定波长的泵浦光而放大通过光放大器介质传输的WDM信号光的光放大器进行增益控制。

在本发明的增益控制方法中，用于定义输入光功率P_i与输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中，斜率a和截距b首先通过用于接收输入光放大器介质的部分信号光的输入侧光电探测器和用于接收放大器介质所放大的部分信号光的输出侧光电探测器中的至少一个进行调整。然后，用分别从输入侧光电探测器和输出侧光电探测器所输出的电压之差这一信息对向泵浦光源提供驱动电流的驱动电路进行控制。

在此，在本发明的增益控制方法中，为了针对温度变化实现增益的稳定控制，驱动电路是根据分别从输入侧光电探测器和输出侧光电探测器所输出的电压的电压差值这一信息，以及输入侧光电探测器和输出侧光电探测器中至少一个所处环境的环境温度信息进行控制的。而且，为使光放大器介质的放大增益恒定，还对向驱动电路所提供的电压进行调整。为了避免增益的动态变化，从输入侧光电探测器和输出侧光电探测器的光探测到泵浦光源的输出调整之间的响应时间设定在一秒或更短。至少对斜率和截距中的一项进行调整，以减少光放大器输出光中所含有的噪声光的影响，效果会更好。

附图说明

图1是本发明光放大器的第一个实施例的结构图。

图2是本发明增益控制电路的基本结构图。

图3是解释本发明增益控制方法的效果图。

图4是本发明光放大器第二个实施例的结构图。

图5是表明本发明光放大器第三个实施例的结构图。

具体实施方式

现在，参见图1至图5详细描述本发明的光放大器的优选实施例等。请注意，在附图的描述过程中，相同的构件标以相同的附图标记，重复的解释在此将予以省略。

图1是本发明的光放大器第一个实施例的结构图。如图1所示，第一个实施例的光放大器包括一个输入侧耦合器110a，一个光隔离器120a，一个多路复用器130，一条作为光放大器介质的掺铒光纤(EDF)140，另一个光隔离器120b，和一个输出侧耦合器110b，所有元件按照列举顺序从输入终端100a到输出终端100b进行设置。而且，该光放大器还含有一个激光二极管(LD)210，它是向EDF140提供预定波长的泵浦光的泵浦光源，以及一个增益控制电路。增益控制电路含有一个输入侧光电探测器200a，一个输出侧光电探测器200b，一个包含在用于进行自动增益控制的AGC电路(一个控制系统)240中的比较器230，以及一个驱动电路220。

输入侧耦合器110a含有一个引导从输入终端100a摄入的WDM信号光的一部分到增益控制电路的支路端口。同时，输出侧耦合器110b含有一个引导由EDF 140放大的WDM信号光的一部分到增益控制电路的支路端口。

光隔离器120a具有将通过输入侧耦合器110a的WDM信号光传输到EDF 140，同时阻断来自EDF 140的光的作用。与此相反，光隔离器120b具有将EDF 140放大的WDM信号光传输到输出侧耦合器110b，同时阻断来自输出侧耦合器110b的光的作用。

多路复用器130具有将来自LD 210的泵浦光与WDM光信号一起引导到EDF 140的作用。

如上所述，增益控制电路含有输入侧光电探测器200a，输出侧光电探测器200b，比较器230和驱动电路220。输入侧光电探测器200a输出一个与输入侧耦合器110a所分离的光的功率Pi具有线性关系的电压。同时，输出侧光电探测器200b输出一个与输出侧耦合器110b所分离的光的功率Po具有线性关系的电压。包含在AGC电路240中的比较器230输出一个分别从输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b输出的电压的电压差值。而且，驱动电路220响应比较器230的输出电压，向泵浦光源LD 210提供所期望的驱动电流。

在本结构中，增益控制电路调整为定义与输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b中至少一个有关的输入光功率P_i与输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中的斜率a和截距b。在此，为了仅对要放大的WDM信号光进行增益控制，对斜率和截距进行调整时最好考虑光放大器输出光中所含有的噪声光(主要是ASE光)的光功率。而且，为了避免增益的动态变化，最好将该增益控制电路中的响应时间设为一秒或更短。

接下来，图2是本发明增益控制电路的基本结构图。在图2所示的增益控制电路中，输入侧光电探测器200a含有一个将输入侧耦合器110a所分离出来的光(光功率为P_i)转换为电信号的光电二极管PD 201a，一个能够动态地调整偏移电压的偏移电压调整机制203a，以及一个用于接收偏移电压和来自PD 201a的电信号并输出与所输入光功率P_i具有线性关系的电压V₁的运算放大器202a。

输出侧光电探测器200b含有一个将输出侧耦合器110b所分离出来的光(光功率为P_o)转换为电信号的光电二极管PD 201b，一个能够动态地调整偏移电压的偏移电压调整机制203b，以及一个用于接收偏移电压和来自PD 201b的电信号并输出与所输入光功率P_o具有线性关系的电压V₂的运算放大器202b。

比较器230含有一个接收分别从输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b输出的电压V₁和V₂并输出其差值V₃的差分放大器231。驱动电路220将与比较器230所输出的电压差值V₃相关的驱动电流提供给LD 210。这样，功率为P_p的泵浦光经由多路复用器130从LD 210提供到EDF 140。

具体地，放大前，部分信号光由位于光放大器输入侧的输入侧耦合器110a分离出来，输入侧光电探测器200a输出与所分离出来的光的功率具有线性关系的电压V₁。与此相反，放大后，部分光信号由位于光放大器输出侧的输出侧耦合器110b分离出来，输出侧光电探测器200b输出与所分离出来的光的功率具有线性关系的电压V₂。从相应光电探测器200a和200b输出的电压V₁和V₂被分别输入到比较器230中的差分放大器231中，电压差值V₃即自此输出。在这里，例如，可以用运算放大器、使用运算放大器的差分放大器等做比较器230。而且，驱动电路220根据比较器230输出的电压差值V₃控制泵浦光源LD 210的泵浦能量P_p，光放大器的增益由此得以控制。

接下来，描述图2所示增益控制电路的自动增益控制(即，本发明的增益控制方法)。

首先，输入侧光电探测器200a的输出电压V₁和输出侧光电探测器200b的输出电压V₂分别由下述公式(3)和(4)来表示：

V₁＝R₁·T₁·P_i+V_o1 (3)

V₂＝R₂·T₂·P_o+V_o2 (4)

这里，T₁和T₂表示输入和输出侧耦合器110a和110b相应支路端口的传送系数(transmittance)，P_i和P_o表示相应光电探测器200a和200b所探测到的光功率值，V_o1和V_o2表示相应光电探测器200a和200b的偏移电压(截距)，R₁和R₂表示斜率(光电探测器转化率(A/W)与阻值(Ω)的乘积)。

同时，比较器230中的差分放大器231的输出电压差值V₃由下列公式(5)表示：

V₃＝K(V₁-V₂) (5)

在此，K表示差分放大器231的增益。

假设差分放大器231的增益K是无限的(即，理想的比较器)并且V_o1＝V_o2，则可由前述公式(3)到公式(5)导出下列公式(6)：

P_OUT/P_IN＝(R₁·T₁)/(R₂·T₂)＝G (6)

这里，G表示光放大器的增益。

相应地，理想情况下(这种情况下，差分放大器231的增益K是无限的)，光放大器的增益G由R₁和R₂以及输入和输出侧耦合器110a和110b相应支路端口的传送系数T₁和T₂决定。然而，现实中，差分放大器231的增益不是无限的。因此，在本发明的增益控制方法中，通过调整公式(3)和公式(4)中的偏移电压V_o1和V_o2(偏移电压调整机制203a和203b)从而在很宽的动态范围内达到增益的自动控制。

这里，在图2所示的增益控制电路中，从前述公式(6)可以清楚地看出，光放大器增益的变化还可以通过调整与输入光功率P_i和输出电压V_o之间的线性关系(V_o＝a·P_i+b)的斜率相对应的R₁和R₂之间的比率，或通过调整输入和输出侧耦合器110a和110b相应支路端口的传送系数T₁和T₂之间的比率来达到。这种情况下，还需要调整光电探测器200a和200b的相应偏移电压V_o1和V_o2中的至少一项。在任何调整方法中，与传统的增益控制电路不同，该增益控制电路都不需要对数放大器。因此，本发明的增益控制电路能够通过更简单的结构(以更低的成本)来实现。

同时，在放大过程中，光放大器通常还会输出噪声光(主要是ASE光)。因此，光放大器所输出的光既含有噪声光也含有放大的WDM信号光。在光放大器中，为了高精度地控制信号光的放大增益，需要消除输出光中所含有的噪声光对增益控制的影响。为了消除噪声光的影响，需要从输出侧光电探测器200b的输出电压V₂中减去与噪声光功率相应的电压相等的差值。更精确地说，通过调整公式(4)中的截距(偏移电压V_o2)消除噪声光的影响。

接下来，图3是解释本发明增益控制方法效果的图。图3是解释可以通过相应调整输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b的相对偏移电压V_o1和V_o2从而在很宽的动态范围实现增益控制(自动增益控制)的图。这里，在图3中，曲线G100表示在进行偏移电压的相对调整时，信号光输入功率(dBm)与信号光增益(dB)之间的关系，曲线G200表示不进行偏移电压调整时的所述关系。

从图3可以理解，在不进行偏移电压的调整时，在图2所示的增益控制电路中(曲线G200：输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b的相应偏移电压之间没有相对差异的情形)，信号光输入功率(dBm)减少得越多，信号光增益(dB)增加得越多。相反，在将输出侧光电探测器200b的偏移电压相对地调整到输入侧光电探测器200a的偏移电压的情形中(曲线G100)，信号光增益(dB)可以不管图2所示增益控制电路中信号光输入功率(dBm)的变化而几乎得到恒定控制。因此，在输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b偏移电压间的相对调整对于在很宽的动态范围获得高精度增益控制是至关重要的。换句话说，考虑输入到相应光电探测器200a和200b的光的功率P_i与拟输出电压V_o之间的线性关系(V_o＝a·P_i+b)而相对调整截距b是至关重要的。

请注意，应当对相应光电探测器200a和200b的偏移电压进行相对调整。因此，如果光电探测器200a和200b中至少一个的偏移电压相对于另一个的偏移电压进行调整，就足够了。

图4是本发明光放大器第二个实施例的结构图。第二个实施例的光放大器含有一个输入侧耦合器110a，一个光隔离器120a，一个多路复用器130，一根用做光放大器介质的掺铒光纤(EDF)140，另一个光隔离器120b以及一个输出侧耦合器110b，与第一个实施例相似，这些元件按照列举顺序从输入端100a到输出端100b进行设置。而且，光放大器还含有一个激光二极管(LD)210，它是向EDF140提供预定波长的泵浦光的泵浦光源，以及一个控制光放大器增益如自动增益控制的增益控制电路。而且，该增益控制电路含有一个输入侧光电探测器200a，一个输出侧光电探测器200b，一个包含在进行自动增益控制的AGC电路(一个控制系统)250中的比较器230，以及一个驱动电路220。其基本结构与图2中所示的增益控制电路中的结构相似。

具体地，第二个实施例的光放大器与第一个实施例的不同之处在于，该光放大器还有一个用于测量输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b中至少一个所处环境的环境温度的温度传感器260。第二个实施例中的AGC电路250备有一个根据温度传感器260的测量结果连续校正电压的结构，该电压由包含在AGC电路250中的比较器230提供给驱动电路220。

当温度变化时，由于增益控制电路中的温度漂移，公式(3)和公式(4)所代表的关系也有可能发生变化。如果公式(3)和公式(4)所代表的关系发生变化，光放大器的放大增益也会变化。因此，第二个实施例的光放大器(图4)含有一个温度传感器，以便针对温度变化对增益进行稳定控制。而且，根据测量结果，AGC电路250调整公式(3)和公式(4)中至少一个的斜率或截距。更精确地说，图2所示的增益控制电路在输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b中的一个或两个上备有用于调整偏移电压(该偏移电压对应于公式(3)和公式(4)中的截距)的偏移电压调整机制203a和203b。相应地，所述调整机制203a和203b由AGC电路250进行相对调整(在这里，不必对两个偏移电压都进行调整；如果一个偏移电压固定，则只调整另一个偏移电压即可)。

接下来，图5是本发明光放大器第三个实施例的结构图。第三个实施例的光放大器也含有一个输入侧耦合器110a，一个光隔离器120a，一个多路复用器130，一根用作光放大器介质的掺铒光纤(EDF)140，另一个光隔离器120b以及一个输出侧耦合器110b，与第一个和第二个实施例相似，这些元件按照列举顺序从输入端100a到输出端100b进行设置。而且，该光放大器还含有一个激光二极管(LD)210，它是向EDF 140提供预定波长的泵浦光的泵浦光源，以及一个控制光放大器增益如自动增益控制的增益控制电路。而且，该增益控制电路含有一个输入侧光电探测器200a，一个输出侧光电探测器200b，一个包含在执行自动增益控制的AGC电路(一个控制系统)270中的比较器230，以及一个驱动电路220。其基本结构与图2所示的增益控制电路中的结构相似。

具体地，第三个实施例的光放大器与第二个实施例的不同之处在于，该光放大器还含有一个置于EDF 140的信号输出端和输出侧耦合器110b之间的增益均衡器(GEQ)150。在第三个实施例中，AGC电路170构造为监控放大前的信号光和放大后的信号光，并连续调整输入侧光电探测器200a和输出侧光电探测器200b的偏移电压。然而，AGC电路270也可以采用与第一个实施例相近似的结构，对相应光电探测器200a和200b的偏移电压进行提前调整。

作为光放大器介质的EDF140的增益对波长具有依赖性。因此，为了减小由于波长引起的WDM信号光放大增益的不均衡性，第三个实施例的光放大器含有一个GEQ 150，其损耗谱的形状与EDF140的增益谱相同。最好将GEQ 150放在EDF 140的信号输出端和输出侧耦合器110b之间。如果GEQ 150设置在输出侧耦合器110b的下游(在输出侧耦合器110b和输出端100b之间)，或者不用GEQ 150，尽管输入光放大器的WDM信号光在相应波长的信道内显示出一致电平，输出侧耦合器110b所分离的光(输出侧光电探测器200b的探测对象)在相应的信道间仍然不均衡。在这种情况下，控制光放大器的增益，使得WDM信号光的平均增益为所期望的值。相应地，一个信道上的信号光增益可能不同于多个信道上WDM信号光的平均增益。因此，如果所输入的WDM信号光的信道数量改变，那么，WDM信号的平均增益也改变了。因此，增益控制电路将控制光放大器的增益，以使改变的平均增益有一个所期望的值。结果，相应信道内的WDM信号光的增益可以得到改变。

同时，在第三个实施例的光放大器中，如图5所示，GEQ 150置于EDF 140与输出侧耦合器110b之间。因此，输出侧耦合器110b所分离出来的光(输出侧光电探测器200b的探测对象)对于波长的依赖得以消除(即，各信道间增益的不均衡性得以减小)，因此，尽管WDM信号光信道的数量发生变化，在EDF 140上传输的WDM信号光的增益可以恒定地得到控制。

这里，如果输入侧耦合器和输出侧耦合器110a和110b的相应支路端口的传送系数值T₁和T₂对波长具有依赖，所输入的WDM信号光的各信道间的增益就会变得不均衡(参见公式(3)或公式(4))。例如，在信号波长的带宽为30nm时，为了将相应信道间的增益变化控制在±1dB或更小，需要将输入侧耦合器110a的支路端口的传送系数T₁对波长的依赖与输出侧耦合器110b的支路端口的传送系数T₂对波长的依赖之差控制在±1dB/30nm或更小。而且，为了恒定地控制各信道间的增益而不对信道波长产生依赖，输入侧耦合器110a和输出侧耦合器110b必须采用传送系数值T₁和T₂不对波长具有依赖或为相同值的支路端口。

这样的光放大器适用于传输WDM信号光的光通信系统，更具体地，适用于具有在WDM信号光中进行信道分离或信道插入的装置的系统。

如上所述，根据本发明，在对放大前的信号光和放大后的信号光的一部分作为电子信号进行探测的光电探测器中，对输入光功率和输出电压之间的线性关系进行事先或连续调整，从而将光电探测器的输出值用作增益控制的输入数据。这样，就可以不象现有技术那样需要对数放大器来实现线性控制电路(使控制电路中的增益是恒定的，不对所输入光功率具有依赖性)，而用更简单的结构(以更低的成本)进行高速增益控制。

Claims

1.一种光放大器，包括：

一个光放大器介质；

一个向所述光放大器介质提供预定波长的泵浦光的泵浦光源；

一个用于分离输入所述光放大器介质的信号光的一部分的第一耦合器；

一个和所述的第一耦合器一起将所述的光放大器介质夹在中间的第二耦合器，所述的第二耦合器分离在所述光放大器介质中所放大的信号光的一部分；以及

一个使用与所述的第一和第二耦合器分别分离出来的光的功率有关的信息对所述的光放大器的增益进行控制的增益控制电路，

其中，所述的增益控制电路包括：

一个用于输出与所述的第一耦合器所分离出来的光的功率成线性关系的电压的第一光电探测器；

一个用于输出与所述的第二耦合器所分离出来的光的功率成线性关系的电压的第二光电探测器；

一个用于输出所述的第一和第二光电探测器分别输出的电压之间的电压差值的比较器；以及，

一个响应所述比较器的输出电压，向所述的泵浦光源提供所期望的驱动电流的驱动电路；

其中，所述的增益控制电路具有一种通过调整定义与所述的第一和第二光电探测器有关的输入光功率P_i和输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中斜率a和截距b而进行增益控制的结构。

2.如权利要求1所述的光放大器，其中，所述的第一个光电探测器包括：

一个用于将所述的第一耦合器所分离出来的光转换为与其功率有关的电流的第一光电转换元件；以及

一个用于将所述的第一光电转换元件所输出的电流转换为电压的第一运算放大器；

其中，所述的第二光电探测器包括：

一个用于将所述的第二耦合器所分离出来的光转换为与其功率有关的电流的第二光电转换元件；以及

一个用于将所述的第二光电转换元件所输出的电流转换为电压的第二运算放大器，

其中，所述第一和第二光电探测器中的至少一个包括一个用于调整要输出的电压的偏移的调整机制。

3.如权利要求1所述的光放大器，其中所述增益控制电路中的所述比较器含有一个用于接收分别包含在所述第一和第二光电探测器中的所述第一和第二运算放大器所输出的电压的差分放大器。

4.如权利要求1所述的光放大器，还含有一个用于测量所述的第一和第二光电探测器中至少一个所处环境的环境温度的温度传感器，

其中，所述的第一和第二光电探测器中光功率与输出电压之间的线性关系根据所述温度传感器的测量结果进行校正。

5.如权利要求1所述的光放大器，在所述的光放大器介质的信号输出端与所述的第二耦合器之间设置一个增益均衡器。

6.如权利要求1所述的光放大器，其中，所述的增益控制电路的响应时间为一秒或更短。

7.如权利要求1所述的光放大器，其中，所述的增益控制电路进行自动增益控制。

8.如权利要求1所述的光放大器，其中，对斜率和截距进行调整，以消除所述光放大器输出的光中所含有的噪声光的影响。

9.如权利要求1所述的光放大器，其中，所述第一光电探测器中的支路端口的传送系数T₁对波长的依赖与所述第二光电探测器中的支路端口的传送系数T₂对波长的依赖之间的差的绝对值在带宽为30nm时，为±1dB或更小。

10.一种光放大器的增益控制方法，该光放大器通过从泵浦光源提供预定波长的泵浦光，放大在光放大器介质上传输的波长互不相同的信号光，所述的增益控制方法包括下述步骤：

在用于接收要输入所述光放大器介质的信号光的一部分的第一光电探测器和用于接收在所述光放大器介质中被放大的信号光的一部分的第二光电探测器的至少一个中，调整用于定义输入光功率P_i与输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中斜率a和截距b中的至少一项；以及

使用所述第一和第二光电探测器分别输出的电压的差值信息，控制向所述泵浦光源提供驱动电流的驱动电路。

11.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，根据第一和第二光电探测器分别输出的电压的差值信息以及第一和第二光电探测器中至少一个所处环境的环境温度信息对驱动电路进行控制。

12.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，对要提供给驱动电路的电压进行调整以使光放大器放大介质的放大增益恒定。

13.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，从第一和第二光电探测器探测到光到对所述的泵浦光源的输出进行调整的响应时间设为一秒或更短。

14.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，对斜率和截距中的任意一项进行调整，以消除光放大器输出的光中所含有的噪声光的影响。

15.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，所述的第一光电探测器中的支路端口的传送系数T₁对波长的依赖与所述的第二光电探测器中的支路端口的传送系数T₂对波长的依赖之间的差的绝对值在带宽为30nm时为1dB或更小。

16.如权利要求10所述的增益控制方法，其中，由所述的光放大器介质所放大并由所述的第二光电探测器所探测到的部分光信号对每一波长的不均衡性降低了。

17.一种增益控制电路，用于通过从泵浦光源提供预定波长的泵浦光而放大在光放大器介质上传输的波长互不相同的信号光的光放大器，所述增益控制电路包括：

一个用于输出与拟输入所述光放大器介质的信号光的一部分的功率具有线性关系的电压的第一光电探测器，所述第一光电探测器含有一个将输入其内的部分信号光转换为与其功率有关的电流的第一光电转换元件，以及一个将所述第一光电转换元件的输出电流转换为电压的第一运算放大器；

一个用于输出与所述光放大器介质所放大的信号光的一部分的功率具有线性关系的电压的第二光电探测器，所述第二光电探测器含有一个将所放大的信号光的一部分转换为与其功率有关的电流的第二光电转换元件，以及一个将所述的第二光电转换元件的输出电流转换为电压的第二运算放大器；

一个用于输出所述第一和第二光电探测器分别输出的电压的电压差值的比较器，所述比较器含有一个接收分别包含在所述第一和第二光电探测器内的第一和第二运算放大器的输出电压的差分放大器；以及，

一个响应所述比较器的输出电压，向所述泵浦光源提供所期望的驱动电流的驱动电路，

其中，所述增益控制电路具有一种通过调整定义与所述第一和第二光电探测器有关的输入光功率P_i和输出电压V_o之间线性关系的函数(V_o＝a·P_i+b)中的斜率a和截距b而进行增益控制的结构；

其中，所述第一和第二光电探测器中的至少一个含有对所述斜率a和截距b中的至少截距b进行调整的调整机构，其中截距b对应于偏移电压。

18.如权利要求17所述的增益控制电路，其中，所述的增益控制电路具有一秒或更短的响应时间。

19.如权利要求17所述的增益控制电路，其中，所述的增益控制电路执行自动增益控制。

20.如权利要求17所述的增益控制电路，其中，所述的调整机构调整电压的偏移以消除所述光放大器输出光中所含有的噪声光的影响。

21.如权利要求17所述的增益控制电路，还含有一个用于测量所述的第一和第二光电探测器中至少一个所处环境的环境温度的温度传感器，其中，根据所述第一和第二光电探测器分别输出的电压的差值信息以及所述温度传感器的测量结果对所述驱动电路进行控制。

22.如权利要求17所述的增益控制电路，其中，所述第一光电探测器中的支路端口的传送系数T₁对波长的依赖与所述第二光电探测器中的支路端口的传送系数T₂对波长的依赖之间的差的绝对值在波长的宽度为30nm时为1dB或更小。