CN1469180A - 低噪声增益可调型光放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低噪声增益可调型光放大器，通过将掺铒光纤分割成两段，在前后两段掺铒光纤中间接入可调光衰减器，其前段掺铒光纤的功率增益要大于中间的可调光衰减器的插损，通过调节光衰减器，实现了光放大器的增益调整。前后段掺铒光纤都是工作在增益锁定状态下。其前段掺铒光纤保持较低噪声，吸收系数取2－4d B/m，实现放大器整体噪声性能的改善。前段放大器还可以采用单向980nm波长泵浦源(前向或后向)，也可以是双向980nm波长泵浦源实现噪声性能的改善。在两段掺铒光纤之间还加入了隔离器、增益平坦滤波器。光衰减器可以是可调光衰减器、机械可调光衰减器等。

Description

低噪声增益可调型光放大器

技术领域

本发明涉及一种低噪声增益可调型光放大器，特别是利用两段掺铒光纤实现的低噪声增益可调型光放大器，用于WDM光传输系统。

背景技术

光传输系统的发展经历了几个阶段，其中非常重要的一个阶段就是掺铒光纤放大器(EDFA)的出现和应用。在EDFA出现之前，光传输系统直接受光纤损耗、激光器输出功率和接收机可接收功率影响，无电中继传输距离普遍不超过40-80公里。EDFA出现之后，打破了光传输系统传输距离的最大限制因素——光纤损耗的制约，使得光信号无需经光电光转换(0EO)再生后就能传输更远的距离。这个时期的光放大器型号基本一致，光信号在传输一段距离后就需要经过一个光放大器站点重新放大再次进入光纤传送，此时光传输系统的主要受限因素是光放大器级联带来的噪声积累，噪声积累程度和光放大器输入功率、光放大器噪声指数相关。

目前的光放大器基本有三种工作模式：增益锁定、功率锁定和电流锁定。增益锁定型放大器比较普遍，输入功率在一定范围内时，放大器输出功率和输入功率成正比，增益型放大器基本上可以看成是一种浅度饱和型放大器。功率锁定型放大器应用相对要少，其特征是输入功率在一定范围内变化时，其输出功率基本不变，功率锁定型放大器一般工作在深度饱和状态中。电流锁定型放大器是控制泵浦源的泵浦电流，控制泵浦光的强度大小，和功率锁定型放大器有些类似，目前并不多见。

在DWDM系统中，放大器常见工作模式都是增益锁定。因DWDM系统中，经常有信道上下，造成放大器输入功率有变动，保证每个信道功率不变动的最好方式就是让放大器工作在增益锁定状态。但这种放大器存在的缺点是对不同规格DWDM系统需要制作不同规格的放大器，如80公里跨段和100公里跨段无法使用相同的放大器。虽然可以在放大器前后加上光衰减器来达到不同跨段使用相同的放大器，但在前面加上光衰减器使得放大器的输入功率会降低，对系统光信噪比有影响；在放大器后面加光衰减器则使得系统最大输出功率受限，这两方面的原因都限制了完全增益锁定型放大器在长距、超长距系统中的应用。

另外，前面已经提过放大器噪声对系统光信噪比的影响关键起决于放大器的输入功率和放大器的噪声指数。随着DWDM系统中信道数的增多和要求无电传输更长的距离，DWDM系统对放大器提出了低噪声和大输出功率的要求。但众所周知，单段掺铒光纤制作成的放大器在其输出功率接近其饱和输出功率时，噪声指数严重劣化，这对波数增多的DWDM系统而言是一个严峻的挑战。

发明内容

本发明的目的是利用两段掺铒光纤实现WDM光传输系统中光放大器的低噪声和增益可调，使之达到：1、增益可调不对系统现有光信噪比产生严重影响；2、大输出功率条件下噪声性能不会出现劣化。

本发明的技术方案是：将掺铒光纤分割成两段，通过前后两段掺铒光纤及中间接入的可调光衰减器来实现光放大器的增益可调，前段掺铒光纤提供的功率增益大于中间的可调光衰减器的插损。

所述的低噪声增益可调型光放大器，其前后两段掺铒光纤都是工作在增益锁定状态下。

所述的低噪声增益可调型光放大器，在两段掺铒光纤之间还加入光隔离器。

为了保证低噪声性能，前段掺铒光纤吸收系数取2-4dB/m和前段掺铒光纤放大器采用980nm波长泵浦源可任选其一或同时使用。

在两段掺铒光纤之间加入增益平坦滤波器，可以改善整个光放大器的增益平坦度。

在前段掺铒光纤之前和后段掺铒光纤之后设置光隔离器，防止本放大器对上一级放大器的影响，也避免了下一级放大器对本级放大器造成影响。

本发明的优点是：首先是放大器前后不再需要可调光衰减器来调整放大器；其次是避免了放大器前后使用光衰减器带来的额外光信噪比劣化和增加的功率预算；再者是本发明放大器一种规格就可以适应多种跨段损耗，有效避免了不同跨段使用不同放大器规格所带来的放大器规格过多问题。

附图说明

图1是原来的增益锁定型放大器原理示意图。

图2是两段掺铒光纤实现低噪声增益可调型光放大方法原理示意图。

图3是两段掺铒光纤光放大装置的一种具体实施例结构示意图。

具体实施方式

原来的增益型放大器是一段掺铒光纤放大器，见图1。使用的泵浦源有980和1480nm两种波长的泵浦源，这种结构下的放大器刚好会出现上述问题。

本发明提出的两段掺铒光纤实现的低噪声增益可调型光放大器原理如图2：其主要由三个部分组成：前段掺铒光纤、VOA(可调光衰减器)、后段掺铒光纤。前、后段掺铒光纤可以各自看成是一个增益型放大器，两者通过VOA直接连接在一起。

将掺铒光纤分割成两段，在中间加上可调光衰减器，前段掺铒光纤提供的功率增益大于中间的可调光衰减器的插损。通过调节光衰减器，实现了增益可调放大器。

具体实施结构见图3：掺铒光纤分割成两段1和2，实际设计中为了避免前后段EDF构成的放大器1和2之间发生串扰，以及获取更好的增益平坦度，中间还加入了隔离器7、8和增益平坦滤波器6，隔离器可以只设一个。还可以在两段EDF放大器的前后都设置隔离器，如图中的9、10。这样，是在防止本放大器对上一级放大器有影响的同时，也避免了下一级放大器对本级放大器造成影响。EDF光纤前后都有一个合波器4、5，用来将1480泵浦光和1550信号光合并在一起进入EDF(掺铒光纤)进行放大。在两段掺铒光纤构成的放大器之间，有一个光衰减器3和一个增益平坦滤波器8，光衰减器用来控制整个放大器的对外增益，增益平坦滤波器则是用来改善整个光放大器的增益平坦度。因为光衰减器用在放大器的中部，既不会因为光衰减器的固有插损降低光放大器的输入功率(放置在放大器前面时)，造成对光放大器噪声指数的等效降低，也不会(放置在放大器后面时)造成对光放大器最大输出功率的限制，这对于DWDM(密集波分复用解复用)系统而言，尤其有重要意义。光衰减器可以是电控可调光衰减器、机械可调光衰减器。只要可调就行。

更为重要的是：本发明放大器没有对放大器的泵浦源等器件提出过高的要求，它实现的增益可调完全是通过中段损耗的方式来进行的，因此对放大器的泵浦功率的影响并不明显，有效提升了泵浦功率的利用效率。

另外，因为两段EDF虽然都是增益锁定型放大器设置，但两者还有一些差异。前段EDF使用980nm波长泵浦源，即图中11，可以是单向980nm波长泵浦源(前向或后向)，也可以是双向980nm波长泵浦源，为了防止泵浦串扰，有时需要在泵浦激光器和合波器之间加隔离器。为了获取比较好的噪声性能，将前段掺铒光纤保持较低噪声。方法时前段掺铒光纤吸收系数取2-4dB/m和采用980nm波长泵浦源可任选其一，就能达到较好的效果，对其输出功率要求不高，前段掺铒光纤的功率增益大于中间的可调光衰减器的插损即可。而后段EDF则是为了获取比较高的输出功率，满足DWDM系统需要，如图中12，可以采用1480泵浦，也可以使用980nm波长泵浦源。

当前段EDF的噪声指数为NF1，增益为G、光衰减器最大值为L(L＜G)、后段EDF的噪声指数为NF2时，则该放大器的等效噪声指数为：NF1+10lg(1+10^{(NF2-NF1+L-G)/10})。因为相比NF2和NF1关系而言，G远大于L，所以NF2-NF1+L-G＜0，即意味着放大器的噪声指数实际上近似可以用NF1等效，L在一定范围内调整时也不会对放大器的噪声性能造成很大影响。因此，本发明的两段掺铒光纤放大极大地改善了单段铒纤制造的放大器的性能，而且只用比较小的代价就实现了低噪声指数的放大器。

本发明的核心是通过前后两段掺铒光纤及中间接入的可调光衰减器实现的增益可调放大功能。因此，凡是利用前后两段掺铒光纤实现增益可调和获取比较好的噪声性能，均属于本发明的的保护范围。

Claims (8)

1、一种低噪声增益可调型光放大器，包括采用掺铒光纤放大器，其特征是主要由前后两段掺铒光纤及中间接入的可调光衰减器组成，前段掺铒光纤提供的功率增益大于中间的可调光衰减器的插损。

2、根据权利要求1所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是前后两段掺铒光纤都是工作在增益锁定状态下。

3、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是在两段掺铒光纤之间还加入光隔离器。

4、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是前段掺铒光纤吸收系数取2-4dB/m。

5、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是前段掺铒光纤放大器采用980nm波长泵浦源。

6、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是在两段掺铒光纤之间加入增益平坦滤波器。

7、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是在前段掺铒光纤之前设置光隔离器。

8、根据权利要求1或2所述的低噪声增益可调型光放大器，其特征是在后段掺铒光纤之后设置光隔离器。

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