CN1878037A - 增益锁定参数表生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涉及通信技术，为解决现有光放大单元的增益锁定参数表生成方法中存在的精度较差、成本较高且时间较长的问题，本发明提供了一种新的增益锁定参数表生成方法，其中先通过瞬断法获取光放大单元满波增益时的ASE：然后开启多波光源，通过调整可调光衰减器，逐次增大衰减；针对每一次衰减调整，调整光放大单元的泵浦电流的大小，使得光功率计的读数＝ASE+多波光源功率+可调衰减器衰减+增益；针对每一次衰减调整和相应的泵浦电流调整，获取满足上述要求时的多波光源功率、泵浦电流、以及PIN1、PIN2的电流，并记录在参数表中，即可生成相应的参数表。本发明的方法具有高效、低成本、测量不确定度优等优点。

Description

增益锁定参数表生成方法

技术领域

本发明涉及通信领域中的传输技术，更具体地说，涉及一种信号放大技术，即增益锁定参数表生成方法。

背景技术

EDFA(Er³⁺ Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)是一种以掺铒光纤为介质，以泵浦光源为激励源的光放大器。它作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数较低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点，因而成为大容量波分复用系统、2.5Gb/s和10Gb/s以上高速系统中必不可少的关键部件，也是大型CATV(有线电视)网不可缺少的器件。它的出现给光纤通信与传输技术带来了一场革命。光纤通信线路中使用EDFA后，线路的建设成本和维护成本大为降低，同时也提高了线路的可靠性。在沿途不存在业务信道的上下路的情况下，可用EDFA来代替传统的光→电→光的中继方式，EDFA作为功率放大器和预放大器可以大幅度提高通信设备的动态范围，并大大提高线路的无中继距离，使通信系统中中继站的数量大大减少，从而可以节省设备投资；同时，由于EDFA的放大特性与系统比特率和数据格式无关，因此，在线路升级时不需要更换作为中继的EDFA，从而有利于线路的升级。

如图1所示，在石英光纤中掺入稀土元素铒(Er)，形成Er³⁺离子。足够的泵浦光(980nm或1480nm)注入掺铒光纤以后，可以将大部分处于基态的Er³⁺抽运到激发态上，处于激发态的Er³⁺又迅速无辐射地转移到比激发态低的亚稳态上。由于Er³⁺在亚稳态上的平均停留时间为10ms左右，因此，很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转，产生光放大效应，此时，信号光子(1550nm)通过掺铒光纤，将通过上述受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，使信号光子迅速增多，从而将输入信号光放大。由于亚稳态自发寿命较长，比传输信号的速率慢好几个数量级，因此信号的扭曲以及信道间的串扰均可以忽略不计。这也是EDFA的关键优点之一。

当应用于波分复用系统中时，要求EDFA对一定的波长范围内的不同波长信号提供相同的增益，即应具有一定的增益平坦度。一般的EDFA中，由于掺铒光纤具有一定的增益谱线，通常这一谱线是随波长的变化而变化的，增益谱线的不平坦将会使不同波长信号所获得的增益不均衡，从而使系统可用的平坦增益带宽变得很窄。特别是在超长距离的应用中，当多个EDFA级联使用时，各信道的输出功率之差和信噪比之差将随放大器级数的增加而大量累积，进而严重影响整个系统的性能，并限制了最大信道数和传输距离。另一方面，由于EDFA的增益是随输入信号光功率而变化的，在系统的实际应用中，通常会涉及到业务信道的上下路(Add、Drop)，有时还会出现某些信道功率发生抖动的情况，这都将使输入总功率发生较大的变化，从而使各信道的增益和输出功率不稳定，甚至由于增益竞争而导致信道间功率的较大差异，进而影响系统的正常工作。为了保证各信道间不受干扰，则要求EDFA模块具有增益锁定的功能，即降低各信道增益对信号输入功率变化的敏感性。

目前的方案是利用光谱分析仪能够区分光信号及噪声的特点，来实现上述目的。其中，光放大单元的工作原理如图2所示，相应的控制框图如图3所示，图2中的TAP为分光器。现有技术中，具体是按以下步骤生成相应的参数表：

(1)先控制光放大单元(Optical Amplifier Unit，其中使用了前述EDFA)304工作在开环控制状态，并将它的自动增益锁定特性关闭。

(2)通过程控方式逐一关闭多波光源300，模拟输入光功率逐渐减小的情况，其中的可调光衰减器302被调整到适当值并固定不变，而在光谱分析仪306上则始终跟踪某一参考波光源的信号光平(level)。在关闭某波光源后，如果光放大单元中的泵浦电流不变，根据能量守恒定律，其余未关闭的光源增益将相对加大。这时必须对光放大单元的泵浦电流进行微调，使得光谱分析仪306上监控到的参考波光平(level)维持不变。

(3)针对每一次关闭及相应的调整，获取当时的多波光源功率、泵浦电流、以及PIN1、PIN2的电流，并记录在参数表中。

(4)重复执行上述步骤1、步骤2、步骤3，直到剩下所选的那一个参考波为止，以生成完整的参数表。

在正常工作状态时，先加载通过上述步骤获得的参数表，并控制光放大单元进入闭环控制状态，然后，根据当前的多波光源功率，自动根据PIN1、PIN2电流大小，并加载合适的泵浦电流，即可实现增益锁定的效果。

该方法的优点是增益中去除了ASE(无输入光的增益输出)。但却存在以下缺点：

(1)为了生成参数表，需要使用可程控多波多波光源300，所以光源的开发、维护成本较高，且由于过程中需多次开关激光器，会缩短激光器的寿命。

(2)如图3所示，在生成参数表的过程中，需要频繁使用昂贵的光谱分析仪306，且用它来控制增益锁定精度，这使得该方案的成本增加，且光谱分析仪测量光功率准确度、测量不确定度均较差，导致获得的参数表准确度、不确定度也较差。

(3)由于在生成参数表的过程中需多次开关多波光源300上的激光器，激光器上电时光功率的不稳定性会引入到测量结果中。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题在于：如何提高光放大单元参数表的精度，从而提升光放大单元增益锁定的精度；如何减少生成光放大单元参数表所需的仪表；以及如何缩短生成参数表所需时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种增益锁定参数表生成方法，其中包括以下步骤：

(S1)获取光放大单元满波增益且无输入光时的增益输出；

(S2)开启多波光源，通过调整可调光衰减器，逐次增大衰减；

(S3)针对每一次衰减调整，调整光放大单元的泵浦电流的大小，使得光功率计的读数满足：光功率计读数等于无输入光的增益输出加多波光源功率加可调衰减器衰减加增益；

(S4)针对每一次衰减调整和相应的泵浦电流调整，获取满足上述要求时的多波光源功率、泵浦电流、以及PIN1、PIN2的电流，并记录在参数表中，以生成相应的参数表。

在本发明的所述步骤(S1)中，可通过瞬断法获取光放大单元满波增益且无输入光时的增益输出，具体步骤如下：

开启多波光源，并加载适当的泵浦电流，使得光放大单元的增益符合产品规格要求；

关断多波光源，并利用光谱分析仪记录下关断瞬时的光谱曲线；

调整光放大单元的泵浦电流，使得光谱分析仪的光谱曲线与之前记录的光谱曲线相同；

利用光功率计读取此时的输出光功率，即为所述无输入光的增益输出。

由上述方案可知，本发明中，生成参数表所需的光源为非程控光源，在多波光源开发、维护成本方面具有明显的优势，且由于减少了激光器开关次数，延长了多波光源上激光器的寿命。由于生成参数表的过程中没有开关多波光源的激光器，还可减少激光器上电时功率稳定性较差而引入的测量不确定度。

仅在获取满波增益时的ASE的时候才需要使用光谱分析仪，其成本优势十分明显，鉴于光功率计功率不确定度及准确度远较光谱分析仪高，因此功率逼近、锁定过程短，效率高，获得的参数表精度亦较高。另外，还可采用不满配置的多波光源(如：15波、25波)，以进一步降低测试成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是EDFA内部的Er离子能级示意图；

图2是现有技术中光放大单元的工作原理示意图；

图3是现有技术中用掉波法来实现增益锁定的控制框图；

图4A、4B和4C是本发明一个实施例中用瞬断法猎取光放大单元满波增益时的ASE示意图；

图5是本发明一个实施例中用于实现增益锁定的控制框图。

具体实施方式

由前面的描述可知，本发明的目的在于：1)提高光放大单元参数表的精度，从而提升光放大单元增益锁定的精度；2)减少生成光放大单元参数表所需的仪表；3)缩短生成参数表所需时间。

如图4A、4B、4C和图5所示，本发明的一个优选实施例中，先利用瞬断法获取光放大单元满波增益时的ASE。具体做法是：

(1)如图4A所示，先开启多波光源400，并加载适当的泵浦电流，使得光放大单元404的增益符合产品规格要求；

(2)然后，关断多波光源400，并利用光谱分析仪406记录下关断瞬时的光谱曲线。

(3)然后，如图4B所示，调整光放大单元的泵浦电流，使得无输入光的光谱曲线与之前记录的光谱曲线相符；

(4)如图4C所示，利用光功率计读取此时的光功率，即可得到相应的ASE。

利用根据前述步骤所获得的ASE，按以下步骤，即可获得相应的参数表：

(1)开启多波光源，调整可调光衰减器402，以逐次增大衰减。

(2)针对每次次衰减调整，相应地调整光放大单元404内泵浦电流的大小，使得光功率计408的读数满足增益要求，即满足：

光功率计读数＝ASE+多波光源功率+可调衰减器衰减+增益。

(3)针对每一次衰减调整和相应的泵浦电流调整，获取满足上述要求时的多波光源功率、泵浦电流、以及PIN1、PIN2的电流，并记录在参数表中。

(4)根据适当的采样要求，重复执行上述三个步骤，即可生成所需的参数表。

可见，本实施例中，生成参数表所需的多波光源400为非程控光源，只需要简单的全部开启或全部关闭，而不需要象现有技术中那样逐一关闭，因此在多波光源400的开发、维护成本方面具有明显的优势，且由于减少了开关多波光源中的激光器的次数，从而可延长激光器的寿命。同时，由于生成参数表的过程中不需要开关多波光源的激光器，从而减少了激光器上电时功率稳定性较差而引入的测量不确定度。

由图5可以看出，生成参数表的过程中，仅在获取满波增益时的ASE的时候才需要使用光谱分析仪，之后的步骤中则只需要多波光源400、可调光衰减器402、光放大单元404和光功率计408，无需再使用昂贵的光谱分析仪406，其成本优势非常明显，鉴于光功率计的功率不确定度及准确度远较光谱分析仪高，因此其功率逼近、锁定过程更短，效率更高，获得的参数表精度亦较高。

另外，本实施例中可采用不满配置(不满配置)的多波光源(如15波、25波)，以进一步降低测试成本。

由上述方案可知，本发明中，生成参数表所需的光源为非程控光源，在多波光源开发、维护成本方面具有明显的优势，且由于减少了激光器开关次数，延长了多波光源上激光器的寿命。由于生成参数表的过程中没有开关多波光源的激光器，还可减少激光器上电时功率稳定性较差而引入的测量不确定度。

仅在获取满波增益时的ASE的时候才需要使用光谱分析仪，其成本优势十分明显，鉴于光功率计功率不确定度及准确度远较光谱分析仪高，因此功率逼近、锁定过程短，效率高，获得的参数表精度亦较高。另外，还可采用不满配置的多波光源(如：15波、25波)，以进一步降低测试成本。

Claims (2)

1、一种增益锁定参数表生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)获取光放大单元满波增益且无输入光时的增益输出；

(S2)开启多波光源，通过调整可调光衰减器，逐次增大衰减；

(S3)针对每一次衰减调整，调整光放大单元的泵浦电流的大小，使得光功率计的读数满足：光功率计读数等于无输入光的增益输出加多波光源功率加可调衰减器衰减加增益；

(S4)针对每一次衰减调整和相应的泵浦电流调整，获取满足上述要求时的多波光源功率、泵浦电流、以及PIN1、PIN2的电流，并记录在参数表中，以生成相应的参数表。

2、根据权利要求1所述的增益锁定参数表生成方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，通过瞬断法获取光放大单元满波增益且无输入光时的增益输出，具体步骤如下：

开启多波光源，并加载适当的泵浦电流，使得光放大单元的增益符合产品规格要求；

关断多波光源，并利用光谱分析仪记录下关断瞬时的光谱曲线；

调整光放大单元的泵浦电流，使得光谱分析仪的光谱曲线与之前记录的光谱曲线相同；

利用光功率计读取此时的输出光功率，即为所述无输入光的增益输出。

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