CN204945590U - 紧凑型低功耗二合一光放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供本实用新型涉及一种低功耗的二合一混合光放大器。该混合放大器的特点是主要由两种不同类型的放大器构成。这两种放大器分别是：掺铒光纤放大器（EDFA）与半导体光放大器（SOA）。本实用新型将两种原理的放大器置于同一个模块中，并且采用紧凑型低功耗的设计。放大器下行方向光信号放大由掺铒光纤放大器（EDFA）实现。放大器上行方向光信号放大由半导体光放大器（SOA）实现。两种放大器在输入端由一个波长选择器对输入信号进行波长选择，选出的波长由各自的放大器放大，在输出端由另一个波长选择器对各自的波长进行选择，然后进行输出。该混合放大器结构紧凑功耗低，应用灵活。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤通信及光纤传感领域，尤其是一种小型化低功耗的混合二合一光放大器。
背景技术
目前标准化的PON技术，包括BPON，EPON和GPON最长接入距离为20km，分支比为16，32或64。为满足宽带城域的要求，需要延长传输距离或者提高分支比。当分支达到128或者以上，或者传输距离达到40km以上，接收端的信号功率会比较弱，无法达到接收机的灵敏度，造成无法接收。有两种方式可以实现延长传输距离或者提高分支比的目的。一种方案是通过光电光（OEO）再生器。它接收一个光信号，在电域再放大，再成形，再定时，在光域再发送。另一种办法是引入光放大器来增加功率预算，提高传输距离。为适应不同PON要求，通常需要提供几种型号的光放大器。例如，如果是对1520～1600nm通讯波段进行放大，就需要掺铒光纤放大器(简称EDFA)，因为掺铒光纤在这一波段有增益，又因为其成熟方便，EDFA成为最佳选择。如果需要对其他波段进行放大，通常是采用半导体光放大器(简称SOA)或者拉曼放大器。因为这种放大器的放大机理不是基于掺杂光纤的增益谱进行放大，理论上可以放大任意波长。这两种放大器中拉曼放大器成本比较高，一般用于长途无中继传输系统中，而SOA价格比较适中，所以SOA成为PON,GPON,EPON,XGPON的最佳选择。
随着整个自然环境中节能减排要求的提出，功耗要求也越来越严苛。通信产品中除了要解决复杂的功能问题，节能减排低功耗也是必须要考虑的因素。
对于高输出功率，高密度，小型化的光放大器，模块的散热问题己经成为当前光放大器设计的首要考虑问题，如果无法解决模块使用中的散热问题，放大器性能再好也无法应用。解决模块的散热问题，除了加强散热措施外，降低模块的总功耗才是根本的解决方案。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种紧凑型低功耗二合一光放大器，放大波长灵活，而且尺寸比较小，现场可以灵活安插；另外通过优选光学器件和对激光器控制进行优化，实现低功耗应用。本实用新型采用的技术方案是：
一种紧凑型低功耗二合一光放大器，包括：第一波长选择器、第二波长选择器、主控制器，下行放大通道和上行放大通道；
第一波长选择器和第二波长选择器分别接在下行放大通道和上行放大通道的两端；
主控制器用于对下行放大通道和上行放大通道进行控制，监测下行放大通道和上行放大通道中的光信号并进行降低功耗控制；
下行放大通道和上行放大通道分别用于对下行光信号和上行光信号进行放大；
下行放大通道中包括掺铒光纤放大器EDFA，上行放大通道中包括半导体光放大器SOA；或：下行放大通道中包括半导体光放大器SOA，上行放大通道中包括掺铒光纤放大器EDFA。
具体地，
下行放大通道包括：第一分光器、第一光电探测器、掺铒光纤放大器EDFA、第二分光器、第二光电探测器；其中掺铒光纤放大器EDFA包括泵浦激光器、信号泵浦合波器、掺铒光纤；
下行光信号先经过第一波长选择器进行波长选择后，进入第一分光器分光，再通过信号泵浦合波器后进入掺铒光纤；泵浦激光器通过信号泵浦合波器将泵浦光注入到掺铒光纤中，使下行的输入光信号得到放大，得到放大的下行光信号依次经过第二分光器分光，最后进入第二波长选择器选择输出；
主控制器连接第一光电探测器和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器分别接第一分光器和第二分光器，分别采集放大器下行输入检测信号和放大器下行输出检测信号，并向主控制器反馈；
上行放大通道包括：第三分光器、第三光电探测器、半导体光放大器SOA、第四分光器和第四光电探测器；
上行光信号先经过第二波长选择器进行波长选择后，进入第三分光器分光，再进入半导体光放大器SOA被放大，放大后的上行光信号经过第四分光器分光，然后进入第一波长选择器选择输出；
主控制器连接第三光电探测器和第四光电探测器，第三光电探测器和第四光电探测器分别连接第三分光器和第四分光器，分别采集放大器上行输入检测信号和放大器上行输出检测信号，并向主控制器反馈；
主控制器连接并控制泵浦激光器和半导体光放大器SOA。
进一步地，所述泵浦激光器采用无制冷泵浦激光器。
进一步地，所述半导体光放大器SOA采用无制冷半导体光放大器。
进一步地，所述主控制器对掺铒光纤放大器EDFA和半导体光放大器SOA进行单独控制；具体如下：
主控制器接收放大器下行输入检测信号和放大器上行输入检测信号，分别检测下行和上行的输入光功率，当下行输入光功率或上行输入光功率低于预设的功率门限时，主控制器相应地控制泵浦激光器或半导体激光器SOA处于关闭状态，待下行输入光功率或上行输入光功率稳定且超过预设功率门限，主控制器相应控制泵浦激光器或半导体激光器SOA处于打开状态。
本实用新型的优点在于：
1）下行放大器采用无制冷的泵浦激光器，上行放大器也采用无制冷的半导体光放大器，同时中心控制器可根据输入信号功率控制泵浦激光器或半导体激光器关闭，整个放大器的功耗可以控制到1W以内。这种类型的放大器适应当前提出的节能减排，绿色环保的要求。
2）将两种类型的放大器集成在一个模块内，并且合理安排模块内的光路器件，这种小型化二合一的光放大器可以适应局域网升级等场合，应用非常灵活。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成示意图。
图2为本实用新型的低功耗控制示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型采用的技术方案主要是：将两种类型的放大器集成在同一个放大器模块中，可适应GPON,EPON,XGPON等不同场合，具有应用灵活及结构紧凑的特点。
此种紧凑型低功耗二合一光放大器，包括下行放大通道和上行放大通道；可以在下行放大通道中设置掺铒光纤放大器EDFA，上行放大通道中设置半导体光放大器SOA；或者：下行放大通道中设置半导体光放大器SOA，上行放大通道中设置掺铒光纤放大器EDFA。本实施例以前者为例进行说明，后者的原理与前者相同。
如图1所示，紧凑型低功耗二合一光放大器包括：第一波长选择器1、第二波长选择器5、主控制器15，下行放大通道和上行放大通道；第一波长选择器1和第二波长选择器5分别接在下行放大通道和上行放大通道的两端；主控制器15用于对下行放大通道和上行放大通道进行控制，监测下行放大通道和上行放大通道中的光信号并进行降低功耗控制；下行放大通道和上行放大通道分别用于对下行光信号和上行光信号进行放大。
下行放大通道包括：第一分光器6、第一光电探测器13、掺铒光纤放大器EDFA、第二分光器8、第二光电探测器14；其中掺铒光纤放大器EDFA包括泵浦激光器10、信号泵浦合波器7、掺铒光纤9；其中泵浦激光器10采用无制冷泵浦980nm激光器，功耗小，转化效率非常高。第一光电探测器13和第二光电探测器14都采用光检测二极管。下行方向使用EDFA进行放大；放大波段可以是C波段（1525～1565nm）也可以是L波段(1570～1602nm)。甚至也可以是S波段(1490～1520nm)。
由OLT（光线路终端）发出的下行光信号先经过第一波长选择器1进行波长选择后，进入第一分光器6分光，再通过信号泵浦合波器7后进入掺铒光纤9；泵浦激光器10通过信号泵浦合波器7将980nm泵浦光注入到掺铒光纤9中，对掺铒光纤进行抽运放大，使下行的输入光信号得到放大，得到放大的下行光信号依次经过第二分光器8分光，最后进入第二波长选择器5选择输出；主控制器15连接第一光电探测器13和第二光电探测器14，第一光电探测器13和第二光电探测器14分别接第一分光器6和第二分光器8，分别采集放大器下行输入检测信号和放大器下行输出检测信号，并向主控制器15反馈。
上行放大通道包括：第三分光器4、第三光电探测器12、半导体光放大器SOA3、第四分光器2和第四光电探测器11；半导体光放大器SOA放大波段可以是O波段（1290～1320nm）也可以是其它波段。根据实际应用，半导体光放大器覆盖的光谱范围比较宽，可覆盖1000～1600nm。实际使用可以根据需要选取不同波长的半导体光放大器。第三光电探测器12和第四光电探测器11同样采用光检测二极管。上行的半导体光放大器采用无制冷的半导体光放大器，耗可以控制在0.5W以内。
上行的ODN（光分配网络）光信号先经过第二波长选择器5进行波长选择后，进入第三分光器4分光，再进入半导体光放大器SOA3被放大，放大后的上行光信号经过第四分光器2分光，然后进入第一波长选择器1选择输出；最后到达OLT端被接收。
主控制器15连接第三光电探测器12和第四光电探测器11，第三光电探测器12和第四光电探测器11分别连接第三分光器12和第四分光器11，分别采集放大器上行输入检测信号和放大器上行输出检测信号，并向主控制器15反馈；
主控制器15连接并控制泵浦激光器10和半导体光放大器3。同一个主控制器15可同时对上下行放大器进行控制，既控制掺铒光纤放大器EDFA也控制半导体光放大器SOA3；还需要对每个放大器的输入输出光功率进行监控。这样不仅节省成本，还可以节省空间。
一般光放大器的功能电路中，绝大部分的功率消耗都是在泵浦激光器上，主要是用来控制激光器的管芯温度，放大器中激光器管芯温度控制电路的主要功能是保持激光器管芯温度恒定在设置值，因此，当环境温度改变时，该电路消耗的功率也随着变化。泵浦激光器管芯温度控制电路的功耗最大值将出现在低温和高温下工作条件，此时泵浦管芯温度与模块内环境温度的温度差最大。在极限温度条件下，单个TEC（半导体制冷片）控制电路上消耗的功耗可达到几瓦以上。本实用新型中优先选用无制冷器的980nm泵浦激光器进行泵浦。无制冷泵浦激光器不含TEC制冷片，不需要制冷电路，就可以稳定工作在0～70度范围内。无制冷泵浦激光器，只有驱动电流，而无制冷电流，这样可以大大降低放大器的功耗。另外无制冷泵浦激光器由于没有制冷片和制冷电路。所需要的空间就更小。
上行的半导体光放大器SOA同样采用无制冷半导体激光器。电路功耗中只有驱动电流而无管芯制冷电流，大大节省了电路功耗。
上下行方向的放大器都带有输入光检测二极管，当中心的主控制器15检测到输入光功率低于信号阈值时，就会控制相应方向的放大器关闭驱动电流，这样，当一个方向没有输入信号，或者输入信号低于信号光阈值的时候，就会主动关闭泵浦电流。通过这样的方式可以降低泵浦功耗从而降低总功耗。
如图2所示，具体做法是：放大器下行输入检测信号和放大器上行输入检测信号都输入主控制器15，主控制器15分别检测下行和上行的输入光功率，当下行输入光功率或上行输入光功率低于预设的功率门限时，主控制器15相应地控制泵浦激光器10或半导体激光器SOA3处于关闭状态，待下行输入光功率或上行输入光功率稳定且超过预设功率门限，主控制器15相应控制泵浦激光器10或半导体激光器SOA3处于打开状态。这种控制方式可以避免系统闲时的功耗浪费，也给操作者提供了安全保护措施。
Claims (5)
1.一种紧凑型低功耗二合一光放大器，其特征在于，包括：第一波长选择器(1)、第二波长选择器(5)、主控制器(15)，下行放大通道和上行放大通道；
第一波长选择器(1)和第二波长选择器(5)分别接在下行放大通道和上行放大通道的两端；
主控制器(15)用于对下行放大通道和上行放大通道进行控制，监测下行放大通道和上行放大通道中的光信号并进行降低功耗控制；
下行放大通道和上行放大通道分别用于对下行光信号和上行光信号进行放大；
下行放大通道中包括掺铒光纤放大器EDFA，上行放大通道中包括半导体光放大器SOA；或：下行放大通道中包括半导体光放大器SOA，上行放大通道中包括掺铒光纤放大器EDFA。
2.如权利要求1所述的紧凑型低功耗二合一光放大器，其特征在于：
下行放大通道包括：第一分光器(6)、第一光电探测器(13)、掺铒光纤放大器EDFA、第二分光器(8)、第二光电探测器(14)；其中掺铒光纤放大器EDFA包括泵浦激光器(10)、信号泵浦合波器(7)、掺铒光纤(9)；
下行光信号先经过第一波长选择器(1)进行波长选择后，进入第一分光器(6)分光，再通过信号泵浦合波器(7)后进入掺铒光纤(9)；泵浦激光器(10)通过信号泵浦合波器(7)将泵浦光注入到掺铒光纤(9)中，使下行的输入光信号得到放大，得到放大的下行光信号依次经过第二分光器(8)分光，最后进入第二波长选择器(5)选择输出；
主控制器(15)连接第一光电探测器(13)和第二光电探测器(14)，第一光电探测器(13)和第二光电探测器(14)分别接第一分光器(6)和第二分光器(8)，分别采集放大器下行输入检测信号和放大器下行输出检测信号，并向主控制器(15)反馈；
上行放大通道包括：第三分光器(4)、第三光电探测器(12)、半导体光放大器SOA(3)、第四分光器(2)和第四光电探测器(11)；
上行光信号先经过第二波长选择器(5)进行波长选择后，进入第三分光器(4)分光，再进入半导体光放大器SOA(3)被放大，放大后的上行光信号经过第四分光器(2)分光，然后进入第一波长选择器(1)选择输出；
主控制器(15)连接第三光电探测器(12)和第四光电探测器(11)，第三光电探测器(12)和第四光电探测器(11)分别连接第三分光器(12)和第四分光器(11)，分别采集放大器上行输入检测信号和放大器上行输出检测信号，并向主控制器(15)反馈；
主控制器(15)连接并控制泵浦激光器(10)和半导体光放大器SOA(3)。
3.如权利要求2所述的紧凑型低功耗二合一光放大器，其特征在于：
所述泵浦激光器(10)采用无制冷泵浦激光器。
4.如权利要求2所述的紧凑型低功耗二合一光放大器，其特征在于：
所述半导体光放大器SOA(3)采用无制冷半导体光放大器。
5.如权利要求2所述的紧凑型低功耗二合一光放大器，其特征在于：
所述主控制器(15)对掺铒光纤放大器EDFA和半导体光放大器SOA(3)进行单独控制；具体如下：
主控制器(15)接收放大器下行输入检测信号和放大器上行输入检测信号，分别检测下行和上行的输入光功率，当下行输入光功率或上行输入光功率低于预设的功率门限时，主控制器(15)相应地控制泵浦激光器(10)或半导体激光器SOA(3)处于关闭状态，待下行输入光功率或上行输入光功率稳定且超过预设功率门限，主控制器(15)相应控制泵浦激光器(10)或半导体激光器SOA(3)处于打开状态。
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| CN201520692145.2U CN204945590U (zh) | 2015-09-08 | 2015-09-08 | 紧凑型低功耗二合一光放大器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105068356A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-18 | 无锡市中兴光电子技术有限公司 | 紧凑型低功耗二合一光放大器 |
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2015
- 2015-09-08 CN CN201520692145.2U patent/CN204945590U/zh active Active
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| CN105068356A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-18 | 无锡市中兴光电子技术有限公司 | 紧凑型低功耗二合一光放大器 |
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