WO2012155654A1

WO2012155654A1 - 光放大器

Info

Publication number: WO2012155654A1
Application number: PCT/CN2012/072685
Authority: WO
Inventors: 贾继涛
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-11-22
Also published as: CN102789109A

Description

光放大器技术领域本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种光放大器。背景技术光通信传输系统的发展正经历着超高速（40Gbit/s或更高）、超长距离以及超大容量的演进过程。随着大容量的密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing, 简称为 DWDM) 光通信系统在长途骨干网络中的大量而成熟的应用，单波长速率已经由原来的 155Mbit/s、 622 Mbit/s、 2.5 Gbit/s、 10Gbit/s提升到 40 Gbit/s。在单波长速率相对较低的 155Mbit/s、 622 Mbit/s 2.5 Gbit/s系统中，无电再生中继的传输距离主要受限于光功率和光信噪比（Optical Signal Noise Ratios, 简称为 OS R) 的劣化。然而，掺铒光纤放大器（Erbium-doped Fiber Amplifier, 简称为 EDFA) 的出现使光传输系统的无电中继传输距离超过 100km, 这是因为， EDFA具有高增益、带宽大及动态增益平坦等特性，能够将几个高速的光通道复用起来同时传输。而在单波长速率更高的 lOGbit/s和 40Gbit/s系统中，色度色散成为限制无电再生中继传输距离的首要限制因素。目前，解决色度色散受限因素的主要方法是通过色散补偿光纤（Dispersion Compensating Fiber, 简称为 DCF)或色散补偿模块 (Dispersion Compensating module, 简称为 DCM)进行色散补偿。通常采用的方法有以下两种：一种是前置补偿，另外一种是后置补偿。在前置补偿中， DCF或 DCM的接入引入了较大的插入损耗，降低了入纤的光功率，进而限制了光传输跨段的距离，因此，该方法较少被使用。对于后置补偿，常用的方法如图 1所示。图中 OMU (Optical Multiplexer Unit) 是光合波单元， OBA (Optical Boosting Amplifier) 是光功率放大器， OPA (Optical Preamplifier) 是光预放大器， DCM是色散补偿模块， ODU ( Optical De-multiplexing Unit)为光分波单元。在该方法中，为了补偿 DCF或 DCM的插入损耗， OBA和 OPA都要选定适当的增益。因此，对供货设备的型号和系统设计都要有一个准确的把握才能够满足系统要求。并且，采用图 2所示的方式进行色散补偿，使用的器件较多，增加了系统的复杂性，管理也比较困难。发明内容本发明实施例提供了一种光放大器，以至少解决相关技术中设计色散补偿系统时需要考虑的因素很多，设计较为困难的问题。根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光放大器，包括：前置放大器，设置为对输入光放大器的信号进行放大；中间接入端口，设置为耦合色散补偿装置，色散补偿装置用于对经前置放大器放大的信号进行色散补偿；功率放大器，耦合至中间接入端口，设置为对经色散补偿装置色散补偿的信号进行放大。优选地，上述光放大器还包括：第一控制单元、第一泵浦光源、第二控制单元、第二泵浦光源；其中，第一控制单元设置为控制第一泵浦光源为前置放大器提供泵浦光；第二控制单元设置为控制第二泵浦光源为功率放大器提供泵浦光。优选地，上述光放大器还包括：控制单元、泵浦光源；其中，控制单元设置为控制泵浦光源为前置放大器和功率放大器提供泵浦光。优选地，上述色散补偿装置为以下之一： DCF线卡、 DCM线卡、和 FBG-DCM 线卡。优选地，上述光放大器还包括：可调衰减器，设置于前置放大器和中间接入端口之间，设置为调整经前置放大器放大的信号的光功率。根据本发明实施例的另一方面，提供了另一种光放大器，包括：前置放大器，设置为对输入光放大器的信号进行放大；色散补偿装置，设置为对经前置放大器放大的信号进行色散补偿；功率放大器，设置为对经色散补偿装置色散补偿的信号进行放大。优选地，上述光放大器还包括：第一控制单元、第一泵浦光源、第二控制单元、第二泵浦光源；其中，第一控制单元设置为控制第一泵浦光源为前置放大器提供泵浦光；第二控制单元设置为控制第二泵浦光源为功率放大器提供泵浦光。优选地，上述光放大器还包括：控制单元、泵浦光源；其中，控制单元设置为控制泵浦光源为前置放大器和功率放大器提供泵浦光。优选地，上述色散补偿装置为以下之一： DCF、 DCM、和 FBG-DCM。优选地，上述光放大器还包括：可调衰减器，设置于前置放大器和色散补偿装置之间，设置为调整经前置放大器放大的信号的光功率。通过本发明实施例，采用将前置放大器和功率放大器集成到光放大器中，并通过外接或集成的方式将色散补偿装置接入到前置放大器和功率放大器之间的方式，从而在制造光放大器时即考虑了前置放大器和功率放大器与色散补偿装置之间的关系，解决了相关技术中设计色散补偿系统时需要考虑的因素很多，设计较为困难的问题，进而达到了简化色散补偿系统的设计，便于系统管理的效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1是根据相关技术的光传输链路配置方案示意图；图 2是根据本发明实施例一的光放大器的结构框图；图 3是根据本发明实施例二的光放大器的结构框图；图 4是根据本发明实施例的带色散补偿中间接入接口的光放大器结构示意图；图 5是根据本发明实施例的色散补偿模块线卡示意图；图 6是根据本发明实施例的结构优化后的带色散补偿中间接入接口的光放大器结构示意图；图 7是根据本发明实施例的基于 FBG反射的色散补偿原理示意图；图 8是根据本发明实施例的采用 FBG-DCM线卡的光放大器结构示意图；图 9是根据本发明实施例的将 FBG-DCM集成到的光放大器中的结构示意图；图 10是根据本发明实施例的采用带 FBG-DCM的光放大器的光传输链路配置方案示意图。具体实施方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一本发明实施例提供了一种光放大器，该光放大器可以用于光纤通信设备长距离传输等技术领域。图 2是根据本发明实施例一的光放大器的结构框图，如图 2所示，放大器包括：前置放大器 001，设置为对输入该光放大器的信号进行放大；中间接入端口 003，耦合至前置放大器 001，设置为耦合色散补偿装置，其中，该色散补偿装置用于对经前置放大器 001放大的信号进行色散补偿；功率放大器 002，耦合至中间接入端口 003，设置为对经色散补偿装置色散补偿的信号进行放大。本实施例将色散补偿技术引入到光放大器模块的设计中，设计了一种带有色散补偿功能的光放大器，具体地，将前置放大器和功率放大器集成到光放大器，并在前置放大器和功率放大器之间设置中间接入端口，通过中间接入端口接入色散补偿装置，从而实现了在光放大器中引入色散补偿技术。采用本实施例提供的光放大器，有利于系统的维护和管理，降低了光放大器的尺寸及成本，同时，这种光放大器模块在结构上也占有优势，这对未来的超高速、超长距离、超大容量光传输系统配置是有好处的。在本实施例的一个优选实现方式中，光放大器还包括：第一控制单元、第一泵浦光源、第二控制单元、第二泵浦光源；其中，第一控制单元设置为控制第一泵浦光源为前置放大器 001提供泵浦光;第二控制单元用于控制第二泵浦光源为功率放大器 002 提供泵浦光。在本实施例的另一个优选实现方式中，光放大器还包括：控制单元、泵浦光源；其中，控制单元设置为控制泵浦光源为前置放大器 001和功率放大器 002提供泵浦光。上述两种实现方式均可以实现为前置放大器 001和功率放大器 002提供泵浦光，其中，第二种实现方式仅采用一个控制单元和泵浦光源为前置放大器 001和功率放大器 002提供泵浦光，由于放大器的泵浦光的波长可以是相同的，因此，第二种实现方式是可以实现的，并且，相对于第一种实现方式，第二种实现方式减少了使用器件的个数，从而降低了成本，节省了放大器占用的空间，更有利于实际应用。其中，上述色散补偿装置可以为以下之一： DCF线卡、 DCM线卡、和光纤布拉格光栅 FBG-DCM线卡。本实施例通过将 DCF、 DCM或 FBG-DCM制作成线卡形式，再将线卡连接至中间接入端口 003，实现了在光放大器中接入色散补偿装置；并且，采用线卡的形式可以方便色散补偿装置的接入。另外，本实施例将 FBG引入到色散补偿技术中，由于 FBG色散补偿模块（FBG-DCM)具有插入损耗小（一般情况下， 120km 的 FBG-DCM插入损耗为 3到 4dB左右），且插入损耗与传输跨度几乎无关，这样， FBG-DCM模块可以采用体积更小的封装形式。 FBG-DCM相对 DCF-DCM的一个主要优点是迟滞时间短，即，光信号进入一个器件造成的时延非常短，另一个优点是在高光功率输入时不会产生非线性效应。 FBG-DCM 的这些重要特性不仅使光放大器的结构得到改进，而且显著地降低了系统总体成本。优选地，光放大器还包括：可调衰减器，设置于前置放大器和中间接入端口之间，设置为调整经前置放大器放大的信号的光功率。本实施例通过在中间接入端口之前设置可调衰减器，可以调节进入到色散补偿装置的信号的光功率。实施例二本发明实施例提供了另一种光放大器，图 3是根据本发明实施例二的光放大器的结构框图，如图 3所示，放大器包括：前置放大器 001，设置为对输入光放大器的信号进行放大；色散补偿装置 010，耦合至前置放大器 001，设置为对经前置放大器 001 放大的信号进行色散补偿；功率放大器 002，耦合至色散补偿装置 010，设置为对经色散补偿装置 010色散补偿的信号进行放大。本实施例将色散补偿技术引入到光放大器模块的设计中，设计了一种带有色散补偿功能的光放大器，具体地，将色散补偿装置集成在光放大器中，从而实现了在光放大器中引入色散补偿技术。采用本实施例提供的光放大器，有利于系统的维护和管理，降低了光放大器的尺寸及成本，同时，这种光放大器模块在结构上也占有优势，这对未来的超高速、超长距离、超大容量光传输系统配置是有好处的。在本实施例的一个优选实现方式中，光放大器还包括：第一控制单元、第一泵浦光源、第二控制单元、第二泵浦光源；其中，第一控制单元设置为控制第一泵浦光源为前置放大器 001提供泵浦光；第二控制单元设置为控制第二泵浦光源为功率放大器 002提供泵浦光。在本实施例的另一个优选实现方式中，光放大器还包括：控制单元、泵浦光源；其中，控制单元设置为控制泵浦光源为前置放大器 001和功率放大器 002提供泵浦光。上述两种实现方式均可以实现为前置放大器和功率放大器提供泵浦光，其中，第二种实现方式仅采用一个控制单元和泵浦光源为前置放大器和功率放大器提供泵浦光，由于放大器的泵浦光的波长可以是相同的，因此，第二种实现方式是可以实现的，并且，相对于第一种实现方式，第二种实现方式减少了使用器件的个数，从而降低了成本，节省了放大器占用的空间，更有利于实际应用。其中，色散补偿装置为以下之一： DCF、 DCM、 FBG-DCM。本实施例可以将现有的色散补偿装置（DCF 或 DCM) 集成在光放大器中，也可以将发明人发现的 FBG-DCM集成在光放大器中。由于 FBG-DCM具有插入损耗小（一般情况下， 120km 的 FBG-DCM插入损耗为 3到 4dB左右），且插入损耗与传输跨度几乎无关，这样， FBG-DCM模块可以采用体积更小的封装形式。 FBG-DCM相对 DCF-DCM的一个主要优点是迟滞时间短，即，光信号进入一个器件造成的时延非常短，另一个优点是在高光功率输入时不会产生非线性效应。 FBG-DCM 的这些重要特性不仅使光放大器的结构得到改进，而且显著地降低了系统总体成本。优选地，光放大器还包括：可调衰减器，设置于前置放大器和色散补偿装置之间，设置为调整经前置放大器放大的信号的光功率。本实施例通过在色散补偿装置之前设置可调衰减器，可以调节进入到色散补偿装置的信号的光功率。实施例三在传统光纤通信长距离传输配置方案中，为了解决光功率受限和光纤色散受限，分别通过增加光放大器和 DCM (参见图 1 )，为了补偿 DCF或 DCM的插入损耗， OBA 和 OPA都要选定适当的增益，这对光放大器的型号和系统设计都要有一个准确的把握才能够满足系统要求，而且系统维护、设备管理比较复杂，在封装尺寸及结构上占有空间大，增加了系统总成本。本实施例的目的是降低系统设计的复杂度并有利于系统管理，为了达到这一目的，本实施例通过将色散补偿技术引入到光放大器模块的设计中，设计一种带色散补偿功能，便于系统维护、管理，且在尺寸、成本及结构上占有优势的光放大器模块，从而简化了光通信传输长距离配置方案，降低了系统成本，这对未来的超高速、超长距离、超大容量光传输系统配置具有非常重要的实用价值。本实施例的设计思想如图 4所示，将色散补偿技术引入光放大器的设计中，除了实现光信号的放大作用外，还提供了灵活的配置接口，可以配置几种不同的色散补偿方式，同时，还可以实现光传输系统的色散补偿作用。本实施例所示的光放大器的设计由两大部分组成，第一部分是光功率放大单元，由低噪声前置放大器（PA) 001、功率放大器（BA) 002、中间接入端口 003、可调衰减器 004、光探测器 005、泵浦激光器 006、光放大器控制单元 007及串行接口 008组成。第二部分是色散补偿线卡单元，在两级放大器之间有中间接入连接器（例如，中间接入端口 003 )，可以方便地接入色散补偿线卡，例如， DCF-DCM线卡或光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, 简称为 FBG) 色散补偿模块（FBG-DCM) 线卡，如图 5所示。由于 FBG色散补偿模块 (FBG-DCM) 具有插入损耗小（一般情况下， 120km的 FBG-DCM插入损耗为 3到 4dB左右），且插入损耗与传输跨度几乎无关，这样， FBG-DCM模块可以采用体积更小的封装形式。 FBG-DCM相对 DCF或现有的 DCM的一个主要优点是迟滞时间短，即光信号进入一个器件造成的时延非常短；另一个优点是在高光功率输入时不会产生非线性效应。 FBG-DCM 的这些重要特性不仅使放大器的结构得到改进，而且显著地降低了系统总体成本。鉴于此，如果把 DCF或现有的 DCM换为 FBG-DCM, 则可以进一步简化放大器的结构，且不会影响的噪声系数。并且，简化后的结构少了很多无源光器件（例如，光隔离器、泵浦信号合成器、连接器），这进一步降低了噪声系数。优选地，带色散补偿的光放大器结构可以简化成图 6所示的结构，相对于图 4所示的结构，在图 6所示的光放大器中，单控制环路取代了两个分立的控制环路，使电路得到进一步简化，这将降低 30%的成本。优选地，如图 9所示，还可以将 FBG的环形器集成到光放大器中，这将进一步优化改进放大器的设计结构，降低成本。采用本实施例的设计方案可以将色散补偿技术直接引入到光放大器的设计中，设计出一种带色散补偿功能，便于系统维护、管理，且在尺寸、成本及结构上占有优势的光放大器模块，从而简化了光通信传输长距离配置方案，降低了系统成本，简化了系统设计的复杂度并有利于系统管理，进而有利于降低器件选型要求，有效控制产品成本，提高产品的市场竞争力，这对未来的超高速、超长距离、超大容量光传输系统配置具有非常重要的实用价值。实施例四如图 8所示，下面以带有 FBG-DCM线卡的光放大器为例，对本发明实施例的实现方式进行说明。在具体实施过程中，采用 FBG-DCM线卡代替传统的 DCF或 DCM 线卡。使用 FBG反射进行色散补偿和使用 DCF进行补偿的传统方式有本质的区别。通过 FBG进行色散管理的基本原理是使用一个精确啁啾光纤光栅对不同的波长引入不同的延时，可以专门制作光栅以便模拟光纤或者某个跨度上的色散特征，光删的规格可以根据实际情况进行选择，优选地，如图 7所示，光栅的长度为 10m，光栅的周期为 ldm。 FBG-DCM最显著的优势是插入损耗小，一般情况 120km的 FBG-DCM插入损耗在 3到 4dB，而同等的 DCF的插入损耗则至少是 10dB。而且， FBG-DCM的插损和传输跨度几乎无关，而 DCF-DCM的插损则随着光纤和传输跨度的增加而增加。本实施例所示的光放大器的设计由两部分组成，第一部分是光功率放大单元，由低噪声前置放大器（PA) 001、功率放大器（BA) 002、中间接入端口 003、可调衰减器 004、泵浦激光器 005、光探测器 006、光放大器控制单元 007及串行接口 008组成。第二部分是 FBG色散补偿线卡 009，通过两级放大器之间的中间接入连接器接入到光功率放大单元上。通过上述设计方式，可以方便地接入色散补偿线卡，如 DCF线卡、 DCM线卡或 FBG-DCM线卡，如图 5所示。在该光放大器中，前置放大器 001是一个低噪声、高带宽的光功率可调预放大器，该前置放大器限制系统引入的噪声功率，允许多波长光通过并获得相同增益。前置放大器 001的光功率可调是为了与后接的可调衰减器配合补偿 FBG-DCM引入的插损。增益可调的功率放大器 002用于提供整个系统的输出光功率，提高长距离光传输的入纤光功率，补偿光线路损耗。可调衰减器 004是配合前置放大器 001而设计的，用于当前置放大器 001输出光功率设定值满足系统要求后，调整输入到 FBG-DCM线卡 009 的输入光功率，使该输入光功率满足色散补偿线卡的输入光功率要求，并补偿 FBG-DCM线卡的插损。 FBG-DCM线卡 009通过系统的中间接入端口 003接入到光放大器单元中，用于补偿光传输系统中的色度色散，其接入插损大约为 3〜4dB，且插损值与传输跨度几乎无关。光探测器 005用于检测输入光功率，并将输入光信号的功率信号输出给光放大器控制单元 007。泵浦 006由激光器组成，用于放大光信号。光放大器控制单元 007是整个系统的控制核心，可以由泵浦功率控制单元、泵电流驱动单元、输入光功率检测单元、微处理器单元和关断电流保护单元组成。其中，泵浦功率控制单元检测泵的驱动电流或输出光信号功率，根据驱动电流或输出光信号的功率的大小产生反馈信号，并输出反馈信号给泵浦电流驱动单元，以调节驱动电流的大小。泵浦电流驱动单元集成在光放大器控制单元 007中，为泵浦 006提供驱动电流，驱动泵浦 006工作。输入光功率检测单元检测泵浦的输入光信号的功率，并将输入光信号的功率信号传输给微处理器。微处理器单元用于控制运算，当接收来自输入光功率探测器 005的输入光信号的功率信号超出设定范围时输出控制电路自动关断电流保护装置。关断电流保护单元接收到控制单元内部的微处理器的断电控制信号时，对泵电流驱动电路进行控制，切断驱动电流。串行接口 008采用 RS232接口，用于设置系统的运行参数及上报运行状态和告警，网管接口 008采用 RJ45提供 S MP网管接口，直接接入网络管理系统，以便于系统维护和远程操作。优选地，可以采用如图 6所示的带色散补偿中间接入接口的光放大器，该光放大器中使用一个泵浦光 006和一个控制单元 007为前置放大器 001和功率放大器 002提供泵浦光。色散补偿模块可根据具体应用情况选择配备，其中，色散补偿模块可以做成配套的线卡形式，以方便安装调试。另外，基于 FBG-DCM的光放大器相对基于 DCF或 DCM的光放大器有很多优点，因此，如图 9所示，可以通过设计优化，将 FBG的环形器集成到光放大器中，这将进一步简化光放大器的设计结构，降低成本。本实施例所示的光放大器可以应用到实际的光传输链路中，图 10 示出了采用带 FBG-DCM线卡或集成 FBG-DCM的光放大器的光传输链路配置方案，该配置方案简洁清晰，维护管理较为方便，提升了光传输系统在结构和成本上的优势，增强了产品的市场竞争力。综上所述，本实施例将色散补偿技术引入到光放大器模块的设计中，设计了一种带有色散补偿功能的光放大器，从而在制造光放大器时即考虑了前置放大器和功率放大器与色散补偿装置之间的关系，达到了简化色散补偿系统的设计，便于系统管理的效果。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种光放大器，包括：

前置放大器，设置为对输入所述光放大器的信号进行放大；中间接入端口，设置为耦合色散补偿装置，所述色散补偿装置用于对经所述前置放大器放大的信号进行色散补偿；

功率放大器，耦合至所述中间接入端口，设置为对经所述色散补偿装置色散补偿的信号进行放大。

2. 根据权利要求 1所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：

第一控制单元、第一泵浦光源、第二控制单元、第二泵浦光源；其中，所述第一控制单元设置为控制所述第一泵浦光源为所述前置放大器提供泵浦光；

所述第二控制单元设置为控制所述第二泵浦光源为所述功率放大器提供泵浦光。

3. 根据权利要求 1所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：

控制单元、泵浦光源；其中，

所述控制单元设置为控制所述泵浦光源为所述前置放大器和所述功率放大器提供泵浦光。

4. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的光放大器，其中，所述色散补偿装置为以下之一：

色散补偿光纤 DCF线卡、色散补偿模块 DCM线卡、和光纤布拉格光栅 FBG-DCM线卡。

5. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：可调衰减器，设置于所述前置放大器和所述中间接入端口之间，设置为调整经所述前置放大器放大的所述信号的光功率。

6. 一种光放大器，包括：

前置放大器，设置为对输入所述光放大器的信号进行放大；色散补偿装置，设置为对经所述前置放大器放大的信号进行色散补偿；功率放大器，设置为对经所述色散补偿装置色散补偿的信号进行放大。

7. 根据权利要求 6所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：

8. 根据权利要求 6所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：

控制单元、泵浦光源；其中，

9. 根据权利要求 6至 8中任一项所述的光放大器，其中，所述色散补偿装置为以下之一：

色散补偿光纤 DCF、色散补偿模块 DCM、和光纤布拉格光栅 FBG-DCM。

10. 根据权利要求 6至 8中任一项所述的光放大器，其中，所述光放大器还包括：可调衰减器，设置于所述前置放大器和所述色散补偿装置之间，设置为调整经所述前置放大器放大的所述信号的光功率。