專利名稱：一種摻餌光纖放大器edfa增益控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，尤其涉及一種摻鉺光纖放大器EDFA的增益控制方法。
背景技術(shù)：
摻鉺光纖放大器EDFA是一種以摻鉺光纖為介質(zhì)，以泵浦光源為激勵源的光放大器，它可對多波長光信號同時(shí)進(jìn)行直接放大，用以彌補(bǔ)光纖傳輸損耗，而無須光—電—光轉(zhuǎn)換，它是簡化系統(tǒng)、降低成本、增加中繼距離、提高光信號傳輸透明性及實(shí)現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵器件。
在WDM系統(tǒng)中，由于摻鉺光纖放大器EDFA的飽和特性，即工作于深飽和區(qū)的EDFA的輸出光功率保持恒定，且在一定范圍內(nèi)不隨輸入功率的變化而變化，所以當(dāng)部分波長信號不存在時(shí)，其能量會轉(zhuǎn)移到其他存在的波長信號上，使得這些波長信號的光功率大大增加，導(dǎo)致接收機(jī)過載，光纖的非線性影響加重。另外，EDFA泵浦激光器老化也將使EDFA的增益下降，導(dǎo)致系統(tǒng)增益不足以補(bǔ)償傳輸損耗，因此要求光放大器應(yīng)有自動增益控制功能。EDFA在實(shí)際的系統(tǒng)級聯(lián)使用中必須進(jìn)行自動增益控制AGC，即當(dāng)輸入光功率在一個(gè)相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，EDFA的信號增益保持恒定(Psout/Psin＝G＝常數(shù))，確保DWDM系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)信道的光功率發(fā)生變化時(shí)，其余信道的光功率不受影響。
EDFA的增益控制技術(shù)有許多種，最常用的自動增益控制AGC方法是通過控制泵浦電流來達(dá)到增益鎖定，EDFA模塊的控制電路板通過監(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制給泵浦源加載的電流，從而控制泵浦激光器的輸出光功率，當(dāng)輸入波長某些信號丟失時(shí)，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值即增益會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出光功率，從而使EDFA的輸出/輸入增益不變，保持輸出信號光功率的穩(wěn)定。
增益鎖定是指信號增益保持不變，即經(jīng)過光放大器后的輸出信號功率相對于輸入信號功率的放大倍數(shù)維持不變(Psout/Psin＝G＝常數(shù))。增益計(jì)算方法若以毫瓦為單位，則為輸出功率除以輸入功率，若以dBm為單位則為輸出功率減去輸入功率。在泵浦控制AGC過程中，一般是用光電探測器來對輸入和輸出光功率進(jìn)行監(jiān)測并由此計(jì)算得出增益，與額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此信號對泵浦電流進(jìn)行上下調(diào)節(jié)使增益恢復(fù)到額定增益值。但在實(shí)際的輸出總光功率中除了放大后的信號功率還包括了一部分放大自發(fā)輻射噪聲ASE功率，因此并不能單純地以輸出光功率減去輸入光功率得出增益并維持此增益不變來進(jìn)行增益控制，因?yàn)橛蠥SE功率的影響，此時(shí)信號并沒有真正鎖定。
為解決此問題，可以用光譜儀來進(jìn)行監(jiān)測，記錄不同波長數(shù)即不同輸入信號功率情況下維持單波信號增益鎖定時(shí)的輸出光功率來保持信號增益鎖定，或者對輸入輸出進(jìn)行線形擬和，假定輸入輸出光功率為一個(gè)線形關(guān)系如Pout＝K*(Pin+B)+C，對EDFA進(jìn)行測試幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)得出幾個(gè)常數(shù)值。但用此兩種方法獲取輸出光功率，比較繁瑣，過程比較復(fù)雜，精度也不高，且在額定增益變化的情況下必須重新測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)精確度低，過程復(fù)雜的問題，實(shí)現(xiàn)簡單且精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。
本發(fā)明所采用的方法為在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監(jiān)測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發(fā)輻射ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時(shí)增益，該即時(shí)增益與所需額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進(jìn)行調(diào)節(jié)使即時(shí)增益獲得額定增益值。
所述的ASE功率采用如下步驟獲得A、根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA增益規(guī)格要求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀記錄此時(shí)的輸出光譜圖；B、移走輸入光信號，調(diào)節(jié)泵浦功率，使無輸入信號時(shí)的ASE光譜與上述步驟A中有輸入信號時(shí)的光譜的ASE輪廓形狀基本重合；C、用光功率計(jì)測量輸出信號功率，此時(shí)所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
所述的ASE功率采用如下方法獲得根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規(guī)格需求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀記錄此時(shí)的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進(jìn)行積分算出整個(gè)ASE曲線的功率值，計(jì)算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率；所述的輸出信號功率為單波輸出信號功率，根據(jù)相應(yīng)的單波輸入信號功率，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達(dá)到所需額定增益；取兩個(gè)額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值，根據(jù)ASE功率值與額定增益值的線形關(guān)系，從而獲得其它額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值。
本發(fā)明的有益效果為在本發(fā)明中，將額定增益要求下的放大自發(fā)輻射ASE光功率從輸出光功率中扣除，作為信號增益計(jì)算的基礎(chǔ)，即取得純輸出信號功率所對應(yīng)的即時(shí)增益，該即時(shí)增益與所需額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進(jìn)行調(diào)節(jié)使即時(shí)增益獲得額定增益值，這種方法只需首先取得兩個(gè)額定增益要求下的相應(yīng)ASE光功率值即可，工作量較小，且在原理上消除了ASE功率的影響，使信號實(shí)現(xiàn)真正的鎖定，數(shù)據(jù)精確度高，因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工作量小且數(shù)據(jù)精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。


圖1為本發(fā)明ASE測試方法示意圖；圖2為無輸入信號和有輸入信號時(shí)的ASE曲線基本重合時(shí)光譜示意圖；圖3為ASE與增益的線性關(guān)系曲線示意圖；圖4為實(shí)驗(yàn)EDFA模塊1的光輸出功率數(shù)據(jù)比較示意圖，所得光輸出功率數(shù)據(jù)分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)與采用本發(fā)明計(jì)算的結(jié)果；圖5為實(shí)驗(yàn)EDFA模塊1的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益、采用本發(fā)明計(jì)算的總增益、純信號增益；圖6為實(shí)驗(yàn)EDFA模塊2的光輸出功率數(shù)據(jù)比較示意圖，所得光輸出功率數(shù)據(jù)分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)與采用本發(fā)明計(jì)算的結(jié)果；圖7為實(shí)驗(yàn)EDFA模塊2的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益、采用本發(fā)明計(jì)算的總增益。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明在本發(fā)明所采用的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監(jiān)測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發(fā)輻射ASE功率，獲得純號輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時(shí)增益，該即時(shí)增益與所需額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進(jìn)行調(diào)節(jié)使即時(shí)增益獲得額定增益值。因?yàn)锳SE功率可以由EDFA的增益唯一確定，即對應(yīng)一定的增益規(guī)格，保持信號增益鎖定時(shí)其ASE是一個(gè)固定值。因此只要知道增益要求和在此增益情況下的ASE功率，可以直接用監(jiān)測到的輸出光功率扣除ASE功率獲得純信號輸出功率，然后再減去輸入信號功率即可得增益，維持此增益值不變來進(jìn)行增益鎖定控制。此時(shí)的增益值是一個(gè)常數(shù)。
上述的ASE功率采用如下步驟獲得A、如圖2所示，根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA增益規(guī)格需求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率從光譜儀上觀察輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀OSA存儲功能即trace功能記錄此時(shí)的輸出光譜圖；例如，額定增益要求是20dB，輸入單波信號功率是-19dBm，取波數(shù)為40波，則總輸入信號功率是-3dB，掃描放大后的輸出信號光譜，調(diào)節(jié)放大器的泵浦功率直至光譜儀上讀出的單波信號輸出功率為1dBm，此時(shí)的光譜圖即為達(dá)到所需額定增益時(shí)的光譜圖。
B、移走輸入光信號，此時(shí)輸出的是ASE光譜圖，圖1中反映為實(shí)線型ASE曲線，如圖2所示，調(diào)節(jié)泵浦功率，使無輸入信號時(shí)的ASE光譜，即如圖1所示的實(shí)線型ASE曲線與上述步驟A中有輸入信號時(shí)的光譜的ASE，即如圖1所示的虛線型ASE曲線輪廓形狀基本重合；C、如圖1所示，用光功率計(jì)測量輸出功率，此時(shí)所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
上述的ASE功率也可采用如下方法獲得根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規(guī)格需求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率從光譜儀上觀察輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀OSA記錄此時(shí)的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進(jìn)行積分算出整個(gè)ASE曲線的功率值，計(jì)算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率。
在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雖然按理論來講增益鎖定時(shí)不同輸入信號功率(即不同通道數(shù))時(shí)的ASE噪聲功率應(yīng)為一個(gè)固定值，但實(shí)際上還是有微小的差異，在輸入信號功率小時(shí)ASE偏大，在用本發(fā)明進(jìn)行增益計(jì)算時(shí)，如果取多波時(shí)的ASE值計(jì)算所應(yīng)設(shè)的輸出功率，則普遍比實(shí)際增益鎖定時(shí)的所需輸出功率小，因此獲取固定ASE值時(shí)最好取一兩波輸入時(shí)的ASE功率值。因?yàn)锳SE是一個(gè)固定值，對于大輸入信號，輸出功率高，ASE在其中占的比例很小，所以ASE值取值大小對其輸出功率影響很小，而對于少波，如一兩波時(shí)，ASE有時(shí)占整個(gè)輸出功率的一半或更多，此時(shí)ASE值的略微偏差都會導(dǎo)致輸出功率不準(zhǔn)，增益變化很大，所以要保證少波即較小輸入功率時(shí)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，可取單波時(shí)的ASE為固定ASE值。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，輸出信號功率采用單波輸出信號功率，根據(jù)相應(yīng)的單波輸入信號功率，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達(dá)到所需額定增益。
如前所述，對固定增益的放大器，其ASE噪聲功率是一個(gè)固定值，當(dāng)增益變化時(shí)則ASE值也變化，ASE值與增益值的關(guān)系是一個(gè)線形關(guān)系，即隨著增益變大，ASE也變大，如圖3所示，在增益改變時(shí)可以不用一一測量獲取不同增益時(shí)的ASE值，只要測試兩個(gè)點(diǎn)的ASE值或一個(gè)點(diǎn)的ASE值加斜率值即可按線形關(guān)系計(jì)算得任何增益時(shí)的固定ASE值，在實(shí)際應(yīng)用中，可取兩個(gè)額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值，根據(jù)ASE功率值與額定增益值的線形關(guān)系，從而獲得其它額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值。
按本發(fā)明計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行增益控制，單波信號功率鎖定精度在+/-0.2dB，有關(guān)具體數(shù)據(jù)如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表可見。
如圖4所示的實(shí)驗(yàn)EDFA模塊1的光輸出功率數(shù)據(jù)比較示意圖，所得光輸出功率數(shù)據(jù)分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)與采用本發(fā)明計(jì)算的結(jié)果，圖4中兩種光輸出功率曲線已幾乎全部重疊。
如圖5所示的實(shí)驗(yàn)EDFA模塊1的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益、采用本發(fā)明計(jì)算的總增益、純信號增益，在圖5中，純信號增益曲線體現(xiàn)為增益為常數(shù)的水平線，采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益曲線和采用本發(fā)明計(jì)算的總增益曲線為相接近的兩條曲線，但采用本發(fā)明計(jì)算的總增益曲線更為平滑，更具有規(guī)律性。
如圖6所示的實(shí)驗(yàn)EDFA模塊2的光輸出功率數(shù)據(jù)比較示意圖，所得光輸出功率數(shù)據(jù)分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)與采用本發(fā)明計(jì)算的結(jié)果，圖6中兩種光輸出功率曲線已幾乎全部重疊。
如圖7所示的實(shí)驗(yàn)EDFA模塊2的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益、采用本發(fā)明計(jì)算的總增益，在圖7中，采用光譜儀監(jiān)測時(shí)的總增益曲線和采用本發(fā)明計(jì)算的總增益曲線為相接近的兩條曲線，但采用本發(fā)明計(jì)算的總增益曲線更為平滑，更具有規(guī)律性。
總之，對實(shí)驗(yàn)所用模塊同時(shí)進(jìn)行光譜儀獲取數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)與采用本發(fā)明的計(jì)算數(shù)據(jù)相比較，基本相同。
對于本發(fā)明，唯一需要測試的量就是ASE功率，其他數(shù)據(jù)都是計(jì)算所得，只要ASE測試準(zhǔn)確，則數(shù)據(jù)就比較精確，誤差源少，而現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)據(jù)收集方法，過程比較復(fù)雜，誤差源比較多，特別是在需要改變額定增益時(shí)必須重新進(jìn)行測試獲取輸出功率值或關(guān)系曲線，工作量大。
權(quán)利要求
1.一種摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監(jiān)測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發(fā)輻射ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時(shí)增益，該即時(shí)增益與所需額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進(jìn)行調(diào)節(jié)使即時(shí)增益獲得額定增益值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下步驟獲得A、根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA增益規(guī)格要求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀記錄此時(shí)的輸出光譜圖；B、移走輸入光信號，調(diào)節(jié)泵浦功率，使無輸入信號時(shí)的ASE光譜與上述步驟A中有輸入信號時(shí)的光譜的ASE輪廓形狀基本重合；C、用光功率計(jì)測量輸出信號功率，此時(shí)所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下方法獲得根據(jù)摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規(guī)格需求，任取一定波數(shù)的輸入信號，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達(dá)到所需額定增益，用光譜儀記錄此時(shí)的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進(jìn)行積分算出整個(gè)ASE曲線的功率值，計(jì)算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的輸出信號功率為單波輸出信號功率，根據(jù)相應(yīng)的單波輸入信號功率，調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達(dá)到所需額定增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于取兩個(gè)額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值，根據(jù)ASE功率值與額定增益值的線形關(guān)系，從而獲得其它額定增益要求下的相應(yīng)ASE功率值。
全文摘要
一種涉及光通信技術(shù)的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監(jiān)測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時(shí)增益，該即時(shí)增益與所需額定增益進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進(jìn)行調(diào)節(jié)使即時(shí)增益獲得額定增益值；所述的ASE功率通過使用光譜儀獲取不同輸入信號功率情況下的增益鎖定時(shí)的輸出光譜圖，再獲取沒有輸入信號的ASE光譜，調(diào)節(jié)泵浦功率，使無輸入信號時(shí)的ASE光譜與存儲的有輸入信號時(shí)的光譜的ASE輪廓形狀基本重合，用光功率計(jì)測量此時(shí)的功率，即ASE功率，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工作量小且數(shù)據(jù)精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。
文檔編號G02F1/35GK1570748SQ0314737
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月12日
發(fā)明者陸新榮, 馬立萍 申請人:華為技術(shù)有限公司