CN218677964U - 一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，涉及光路领域。首先采用2只VOA进行增益调整，低增益下的NF可获得较大改善；另外泵浦采用多次分光的方式，合理分配泵浦功率，配合2只VOA进行增益调整，低增益下的NF可获得一定改善；而采用2只以上的VOA进行上述控制，由于每只VOA闭环控制光路部分的本底损耗的存在，叠加后对小增益时的NF并没有明显提高，甚至还会劣化，且多只VOA及其闭环光路的引入，成本增加明显，对空间的需求也更高严格，从校准控制的角度来说也会十分繁琐。因此，对于大动态增益范围变化的VGA，当低增益时NF要求比较严格时，采用本专利中的2只VOA光路结构，比较合理且基本可以达到最优化。

Description

一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构

技术领域

本实用新型涉及光路领域，具体而言，涉及一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构。

背景技术

掺铒光纤放大器(EDFA)根据增益(Gain)是否可以调整，分为为固定增益放大器(FGA：Fixed Gain Amplifier)及可变增益放大器(VGA:Variable Gain Amplifier)，其中VGA的增益范围可调，可应用于不同距离和跨度的光传输系统，相对于FGA相比，可以减少产品类型，方便备货、管理及系统灵活搭配。VGA光路结构图中一般通过1只可变衰减器(VOA：Variable Optical Attenuator)进行外部增益调整，保持内部增益不变，从而获取到所需要的光谱平坦。

专利CN114156722A中，详细介绍了单只VOA进行可变增益控制，VOA衰减量ATT和增益、增益斜率、温度、功率等参数之间的数学关系式，但不涉及NF和ATT的关系。VOA的衰减量ATT和增益变化量之间呈1:1线性关系，增益变化范围较小时，ATT较小，此时VGA的噪声指数NF(Noise Figure)在低增益时劣化较小。但增益变化范围较大时，或增益斜率变化较大，此时ATT很容易超过15dB，此时低增益的NF劣化严重，NF劣化会对传输系统产生不好的影响。现有光路结构中，VGA中主要采用的是单只VOA进行增益调整，光路中即使有多只VOA，也是固定的某只VOA用于增益调整，其他VOA用于其他作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，采用两只VOA进行增益调整，且每只VOA均放置在两段EDF之间，对于EDF大于3段的光路结构，VOA位置根据实际需要放置在两段EDF之间。采用2只VOA进行增益调整，第一VOA和第二VOA的总衰减ATT＝ATT1+ATT2，该光路结构中，根据增益变化范围进行ATT1(第一VOA衰减量)、ATT2(第二VOA衰减量)合理分配，低增益下的NF可获得较大改善；另外对泵浦采用多次分光的方式，针对每级EDF进行合理分配泵浦功率，配合两只VOA进行增益调整，可使低增益下的NF获得一定改善。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其包括第一泵浦、第二泵浦、增益平坦滤波器、第一VOA、第二VOA，上述光路结构中依次设有多段EDF，首段EDF连接有输入端，尾段EDF连接有输出端，且上述第一VOA、第二VOA和增益平坦滤波器分别设置在任意两段不同EDF之间，上述任一EDF均连接有第一泵浦和第二泵浦中的一个。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第一EDF、第二EDF、第三EDF、第四EDF、第一泵浦分光器、第二泵浦分光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器，上述第一泵浦分光器的公共端与第一泵浦连接，上述第一泵浦分光器的主分光端通过第一耦合器与第一EDF连接，上述第一泵浦分光器的辅分光端与第二泵浦分光器的公共端连接，上述第二泵浦分光器的主分光端通过第二耦合器与第二EDF连接，上述第二泵浦分光器的辅分光端通过第三耦合器与第三EDF连接，上述第二泵浦通过上述第四耦合器与上述第四EDF连接。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第一信号分光器、第二信号分光器、第三信号分光器、第四信号分光器、第五信号分光器和第六信号分光器，上述第一EDF通过上述第一信号分光器与输入端连接，第二信号分光器的主分光端与第一VOA的输入端连接，第三信号分光器的公共端与第一VOA的输出端连接，第四信号分光器的主分光端与第二VOA的输入端连接，第五信号分光器的公共端与第二VOA的输出端连接，上述第四EDF通过第六信号分光器与输出端连接。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、第四隔离器和第五隔离器，上述第一隔离器的输出端与上述第一耦合器的信号端连接，第一EDF的输出端与第二隔离器的输入端连接，第二隔离器的输出端与第二信号分光器的公共端连接，第二EDF的输出端与第三隔离器的输入端连接；第三隔离器的输出端与增益平坦滤波器的输入端连接，第三EDF的输出端与第四隔离器的输入端连接，第四隔离器的输出端与第四信号分光器的公共端连接，第四EDF的输出端与第五隔离器的输入端连接；第五隔离器的输出端与第六信号分光器的公共端连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述第一信号分光器、第二信号分光器、第三信号分光器、第四信号分光器、第五信号分光器和第六信号分光器的辅分光端均连接有发光二极管PD。

在本实用新型的一些实施例中，还包括MSA，上述MSA与上述第一VOA或第二VOA连接。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

对于光路结构中已经存在2只及其以上的可调光学衰减器(VOA)的可变增益放大器(VGA:Variable Gain Amplifier)，用于增益控制的衰减量ATT由原先的单只VOA变更为2只VOA共同作用，ATT＝ATT1+ATT2，根据实际增益动态范围进行合理分配，可有效降低低增益时的噪声指数NF(Noise Figure)。对于大增益动态范围的VGA，采用2只VOA用于增益控制和增益斜率控制，总衰减量ATT＝ATT1+ATT2，根据实际增益动态范围和增益斜率等参数进行合理分配；同时配合泵浦功率采用多次分光结构设计，针对不同段掺铒光纤(EDF)进行合理泵浦功率分配；可有效降低低增益时的NF，对系统传输有重大意义。采用2只以上的VOA进行上述控制，原理和上文相同(ATT＝ATT1+ATT2+…+ATTn)，由于每只VOA闭环控制光路部分的本底损耗的存在，叠加后对小增益时的NF并没有明显提高，甚至还会劣化，且多只VOA及其闭环光路的引入，成本增加明显，对空间的需求也更高严格，从校准控制的角度来说也会十分繁琐。因此，对于大动态增益范围变化的VGA，当低增益时NF要求比较严格时，采用本专利中的2只VOA光路结构，比较合理且基本可以达到最优化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构的光路示意图；

图2为本实用新型实施例一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构的光路示意图；

图3为本实用新型实施例一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构的光路示意图；

图4为本实用新型实施例一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构的光路示意图。

图标：11、第一泵浦；12、第二泵浦；2、增益平坦滤波器；31、第一VOA；32、第二VOA；41、第一EDF；42、第二EDF；43、第三EDF；44、第四EDF；51、第一泵浦分光器；52、第二泵浦分光器；61、第一耦合器；62、第二耦合器；63、第三耦合器；64、第四耦合器；71、第一信号分光器；72、第二信号分光器；73、第三信号分光器；74、第四信号分光器；75、第五信号分光器；76、第六信号分光器；81、第一隔离器；82、第二隔离器；83、第三隔离器；84、第四隔离器；85、第五隔离器；9、MSA。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例

请参照图1，本实用新型实施例提供一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其包括第一泵浦11、第二泵浦12、增益平坦滤波器2、第一VOA31、第二VOA32，上述光路结构中依次设有多段EDF，首段EDF连接有输入端，尾段EDF连接有输出端，且上述第一VOA31、第二VOA32和增益平坦滤波器2分别设置在任意两段不同EDF之间，上述任一EDF均连接有第一泵浦11和第二泵浦12中的一个。

上述实施例中，该结构中设置两个可变光衰减器(Variable OpticalAttenuator，简称VOA)是光纤通信中一种重要的光无源器件，通过衰减传输光功率来实现对信号的实时控制。并且设置多段掺饵光纤，掺铒光纤(简称EDF)是一个掺杂了少量稀土元素铒的光纤，主要用于内设微处理器软件。另外在该光路结构中采用了两只泵浦为对应的EDF提供足够的泵浦能量。另外单独设置增益平坦滤波器2，主要用于光谱滤波，损耗较大，这些滤波器用于连接到EDF的输出端口，通过在增益较高的波长处增加额外的信号损耗以平坦化EDF的增益谱，因此非常适合需要在宽谱范围内具有相同增益的应用；EDF的增益谱取决于输入功率，若输入功率降低，则工作波长范围内的增益变化增大；另外由于损耗大的器件越是集中放在一起，放大器的噪声指数越差，因此上述增益平坦滤波器2一般和VOA分别在不同位置。

请参照图2和图3，在本实用新型的一些实施例中，还包括第一EDF41、第二EDF42、第三EDF43、第四EDF44、第一泵浦分光器51、第二泵浦分光器52、第一耦合器61、第二耦合器62、第三耦合器63和第四耦合器64，上述第一泵浦分光器51的公共端与第一泵浦11连接，上述第一泵浦分光器51的主分光端通过第一耦合器61与第一EDF41连接，上述第一泵浦分光器51的辅分光端与第二泵浦分光器52的公共端连接，上述第二泵浦分光器52的主分光端通过第二耦合器62与第二EDF42连接，上述第二泵浦分光器52的辅分光端通过第三耦合器63与第三EDF43连接，上述第二泵浦12通过上述第四耦合器64与上述第四EDF44连接。

上述实施例中，如图2所示，在有四段EDF时，包括第一EDF41、第二EDF42、第三EDF43和第四EDF44，分别把第一VOA31设置在第一EDF41和第二EDF42之间，增益平坦滤波器2设置在第二EDF42和第三EDF43之间，第二VOA32任设置在第三EDF43和第四EDF44之间，将三者分开设置，尽可能的优化噪声指数(NF)，上述第一泵浦分光器51的公共端与第一泵浦11连接，上述第一泵浦分光器51的主分光端通过第一耦合器61与第一EDF41连接，针对于上述光路中设置的泵浦分光器，一般的光路设计中采用一只泵浦分光器，此案例中采用了2只VOA，为了得到更优化的参数，采用了2只泵浦分光器(第一泵浦分光器51和第二泵浦分光器52)为对应的EDF提供足够的泵浦能量，因此辅分光端的比例一般不会太小，否则无法充分激发EDF中的粒子反转，一般常用比例为20/80～50/50范围。上述任一泵浦分光器的公共端连接耦合器，耦合器的作用是把泵浦光和信号光耦合到一起进入EDF，这样才能实现泵浦光能量转换为信号光能量，实现信号光放大。

请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，还包括第一信号分光器71、第二信号分光器72、第三信号分光器73、第四信号分光器74、第五信号分光器75和第六信号分光器76，上述第一EDF41通过上述第一信号分光器71与输入端连接，第二信号分光器72的主分光端与第一VOA31的输入端连接，第三信号分光器73的公共端与第一VOA31的输出端连接，第四信号分光器74的主分光端与第二VOA32的输入端连接，第五信号分光器75的公共端与第二VOA32的输出端连接，上述第四EDF44通过第六信号分光器76与输出端连接。

上述实施例中，上述第一EDF41通过上述第一信号分光器71与输入端连接，第二信号分光器72的主分光端与第一VOA31的输入端连接，输入端通过第一信号分光器71将输入信号传入第一EDF41中，第三信号分光器73的公共端与第一VOA31的输出端连接，第四信号分光器74的主分光端与第二VOA32的输入端连接，第五信号分光器75的公共端与第二VOA32的输出端连接，第四信号分光器74通过第二VOA32将信号传输至第五信号分光器75，上述第四EDF44通过第六信号分光器76与输出端连接，第四EDF44通过第六信号分光器76将信号传出至输出端。上述任一信号分光器的主分光端为信号传输使用，损耗越小越好。

请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，还包括第一隔离器81、第二隔离器82、第三隔离器83、第四隔离器84和第五隔离器85，上述第一隔离器81的输出端与上述第一耦合器61的信号端连接，第一EDF41的输出端与第二隔离器82的输入端连接，第二隔离器82的输出端与第二信号分光器72的公共端连接，第二EDF42的输出端与第三隔离器83的输入端连接；第三隔离器83的输出端与增益平坦滤波器2的输入端连接，第三EDF43的输出端与第四隔离器84的输入端连接，第四隔离器84的输出端与第四信号分光器74的公共端连接，第四EDF44的输出端与第五隔离器85的输入端连接；第五隔离器85的输出端与第六信号分光器76的公共端连接。

上述实施例中，上述隔离器的作用主要是隔离反向功率，避免放大器中的反向自发辐射功率会进入到前段EDF中，造成泵浦能量消耗过多，输出功率、噪声指数劣化严重。

请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，上述第一信号分光器71、第二信号分光器72、第三信号分光器73、第四信号分光器74、第五信号分光器75和第六信号分光器76的辅分光端均连接有发光二极管PD。

上述实施例中，上述任一信号分光器的辅分光端均连接有发光二极管(PD)，上述信号分光器的辅分光端比例一般为小比例，通过小比例分下来的光功率，进入PD后转为电流，能够检测主路信号的功率大小。

请参照图4，在本实用新型的一些实施例中，还包括MSA9，上述MSA9与上述第一VOA31或第二VOA32连接。

上述实施例中，对于带中间级接入(MSA：Middle Stage Access)的VGA，中间级可增加VOA，VOA可用于MSA9损耗补偿，且可用于增益调整，即用于增益控制的ATT可由VOA1扩展到第一VOA31和第二VOA32，即根据增益变化范围进行ATT1、ATT2合理分配(ATT＝ATT1+ATT2)，在保证MSA9损耗补偿的条件下，可使得低增益下的NF有较大改善。

综上所述，本申请实施例提供的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，对于光路结构中已经存在2只及其以上的可调光学衰减器(VOA)的可变增益放大器(VGA:Variable Gain Amplifier)，用于增益控制的衰减量ATT由原先的单只VOA变更为2只VOA共同作用，ATT＝ATT1+ATT2，根据实际增益动态范围进行合理分配，可有效降低低增益时的噪声指数NF(Noise Figure)。对于大增益动态范围的VGA，采用2只VOA用于增益控制和增益斜率控制，总衰减量ATT＝ATT1+ATT2，根据实际增益动态范围和增益斜率等参数进行合理分配；同时配合泵浦功率采用多次分光结构设计，针对不同段掺铒光纤(EDF)进行合理泵浦功率分配；可有效降低低增益时的NF，对系统传输有重大意义。采用2只以上的VOA进行上述控制，原理和上文相同(ATT＝ATT1+ATT2+…+ATTn)，由于每只VOA闭环控制光路部分的本底损耗的存在，叠加后对小增益时的NF并没有明显提高，甚至还会劣化，且多只VOA及其闭环光路的引入，成本增加明显，对空间的需求也更高严格，从校准控制的角度来说也会十分繁琐。因此，对于大动态增益范围变化的VGA，当低增益时NF要求比较严格时，采用本专利中的2只VOA光路结构，比较合理且基本可以达到最优化。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，包括第一泵浦、第二泵浦、增益平坦滤波器、第一VOA、第二VOA；

所述光路结构中依次设有多段EDF，首段EDF连接有输入端，尾段EDF连接有输出端，且所述第一VOA、第二VOA和增益平坦滤波器分别设置在任意两段不同EDF之间，所述任一EDF均连接有第一泵浦和第二泵浦中的一个。

2.根据权利要求1所述的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，还包括第一EDF、第二EDF、第三EDF、第四EDF、第一泵浦分光器、第二泵浦分光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器，所述第一泵浦分光器的公共端与第一泵浦连接，所述第一泵浦分光器的主分光端通过第一耦合器与第一EDF连接，所述第一泵浦分光器的辅分光端与第二泵浦分光器的公共端连接；所述第二泵浦分光器的主分光端通过第二耦合器与第二EDF连接，所述第二泵浦分光器的辅分光端通过第三耦合器与第三EDF连接，所述第二泵浦通过所述第四耦合器与所述第四EDF连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，还包括第一信号分光器、第二信号分光器、第三信号分光器、第四信号分光器、第五信号分光器和第六信号分光器；

所述第一EDF通过所述第一信号分光器与输入端连接，第二信号分光器的主分光端与第一VOA的输入端连接，第三信号分光器的公共端与第一VOA的输出端连接；第四信号分光器的主分光端与第二VOA的输入端连接，第五信号分光器的公共端与第二VOA的输出端连接，所述第四EDF通过第六信号分光器与输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，还包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、第四隔离器和第五隔离器；

所述第一隔离器的输出端与所述第一耦合器的信号端连接，第一EDF的输出端与第二隔离器的输入端连接，第二隔离器的输出端与第二信号分光器的公共端连接，第二EDF的输出端与第三隔离器的输入端连接；第三隔离器的输出端与增益平坦滤波器的输入端连接；第三EDF的输出端与第四隔离器的输入端连接；第四隔离器的输出端与第四信号分光器的公共端连接；第四EDF的输出端与第五隔离器的输入端连接；第五隔离器的输出端与第六信号分光器的公共端连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，所述第一信号分光器、第二信号分光器、第三信号分光器、第四信号分光器、第五信号分光器和第六信号分光器的辅分光端均连接有发光二极管PD。

6.根据权利要求1所述的一种用于掺铒光纤放大器噪声指数优化的光路结构，其特征在于，还包括MSA，所述MSA与所述第一VOA或第二VOA连接。

Images