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CN1181647A - 自动跟踪和滤波发射光波长的铒搀杂光纤放大器及其方法 - Google Patents

自动跟踪和滤波发射光波长的铒搀杂光纤放大器及其方法 Download PDF

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Abstract

一种铒搀杂光纤放大器,其输出端装有光滤波器,以消除由于放大器特性引起的噪音。采用波长控制装置调整光滤波器的中心波长,使其在确定发射的光信号波长后与该发射的光信号波长相应,从而对发射光信号自动地进行跟踪和滤波。

Description

自动跟踪和滤波发射光波长的铒搀杂光纤放大器及其方法
本发明涉及一种光放大器。具体说，本发明涉及一种铒搀杂光纤放大器(EDFA)及其操作方法。本发明的EDFA对发射光的波长可自动跟踪和滤波，通过调整设置在输出端的光滤波器的中心波长，将它们调整到发射光信号的波长，以避免由于光放大器的特性而产生的噪音。
当发送端将电信号转换成光信号并利用光纤将它发送到要求的目的地时，通常使用EDFA在预定的距离上放大减弱的光信号，以保证稳定的信号传输。将该放大器设置在接收和发送端，以放大电功率和执行前置放大。
图1是根据现有技术的单泵激放大器的方框图。一输入连接器连接到光纤，从外部通向包含在EDFA中的内部光纤。分离抽头2根据预定的比率从连接的光纤分路出光信号，并将该分路信号送给光电二极管12和光隔离器4。光电二极管12测量光信号的强度。光隔离器4具有一输入端和一输出端，降低从输入端到输出端的光信号损失，阻止光信号从输出端返回到输入端。光隔离器4通过阻止由铒搀杂光纤(EDF)16产生的放大的自发射(ASE)的反馈，来避免输入光信号的失真。将来自光隔离器4的光信号送给波长分多路复用器(WDM)6。WDM6通过它的各个输入端接收不同波长的两个不同的光信号，并通过一个光纤端将它们一起送出。输入信号的波长是1550nm，激发光源采用980nm或1480nm的波长。WDM6将具有980nm波长的激发光信号和具有1550nm波长的输入光信号经过它的输出端送给EDF16。EDF16是将铒(元素号为68)和稀土金属加到光纤中制成的，在特定的波长，比如800、980和1480nm，具有高的吸收率。它放大在预定波长(1550nm)处有大约60nm带宽的发散频谱的输入光信号。EDF16的输出端连接到光隔离器8，光隔离器8再连接到分离抽头10。通过输出连接器将该抽头连接到输出级光纤上。光隔离器8阻止光信号从该抽头或输出连接器的连接点反射回来。分离抽头10从光隔离器8接收光信号，并将它分路为输出到经输出连接器连接的光纤上的光信号和用于监视输出光信号的光信号。由输出侧的光电二极管14接收所述监视光信号。经输入侧光电二极管12发送的输入侧光信号和经输出侧光电二极管14发送的输出侧的放大的光信号，在送给电子控制器24之前由它的各自的模拟放大器20和22进行放大。电子控制器24接收所述监视光信号，并控制泵激激光二极管18的输出。波长变化滤波器26(＝波长固定滤波器)从分离抽头10发送的放大光信号中滤除噪音。如图2中所示，当把滤波器26的中心波长设在1550nm的发射光波长28上时，则可从放大器中有效地除去适当的噪音部分29。这时，通过标号30表示出曲线中适当噪音部分29被消除。
然而，发射的光信号不是总不变的，而是根据在通常光放大装置中所用的设备变化的，因此，当光放大装置工作超过一延长的期间时，发射光信号波长可能发生变化。它也受环境温度的影响。为对这一点进行补偿，采用了波长固定型滤波器或易转换到手动的滤波器，但当波长发生瞬时变化时，会造成信号强度的损失。此外，有一个降低发射光信号强度的问题。
本发明的目的在于提供一种铒搀杂光纤放大器(EDFA)及其操作方法，用于对发射光波长自动进行跟踪和滤波，以便将设置于它的输出级的光滤波器的中心波长调整到发射光的波长。该放大器装有一个微处理器。
为了达到本发明的目的，在铒搀杂光纤放大器的输出端装有光滤波器，以滤除由于放大器的特性引起的噪音。采用一个波长控制装置，将该光滤波器的中心波长调整到相应于确定发射光信号波长之后的发射光信号的波长，从而对发射光信号波长进行自动跟踪和滤波。
图1是通常的单泵激放大器的框图。
图2是表示采用通常的光滤波器消除来自放大器的噪音的曲线图。
图3是根据本发明对发射光信号的波长进行自动跟踪和滤波的EDFA的框图。
图4是一曲线图，表示根据本发明依次与发射光强度对应的输出光的强度如何根据光滤波器的中心波长而变化。
图5a和5b是表示本发明对发射光的波长如何进行自动跟踪和滤波的流程图。
下面，结合附图详细描述本发明。
在图3中，抽头202和214、光隔离器204和208、波长分多路复用器(WDM)206、EDF210、光滤波器212、光电二极管216和220、以及泵激激光二极管218，它们在结构和使用上与通常的光放大器一样，因此省略了对它们的详细描述。在本发明里，以微处理器224代替了在接收监视光信号和控制通常光放大器的泵激激光二极管18的输出中所用的电子控制器24。模/数(A/D)转换器222和228设在微处理器224与光电二极管220和216之间，用于将模拟信号转换成数字信号。微处理器224接收由光电二极管216和220检测的发射光信号强度的测量值，并控制泵激激光器的输出功率。微处理器224还测量发射光信号的波长，并产生控制信号，以调整光滤波器212的中心波长，使之符合发射光信号的波长。光滤波器212设在输出侧的光隔离器208与分离抽头214之间。D/A转换器226设在光滤波器212与微处理器224之间，以便将来自微处理器224的数字信号转换为模拟信号。
如图4中所示，当将光滤波器的中心波长调整到1550nm时，光强度的输出达最大值，与发射光匹配。当将滤波器的中心波长增大或减小0.5nm时，输出值降低。
下面结合图3详细描述图5a和5b。
微处理器224使系统启动(步骤502)。微处理器224根据发射光的波长设定光滤波器212的控制级值(Vhex)(步骤504)。该控制级值(Vhex)的范围通常是从1540nm到1560nm。微处理器224通过对从第一级(Vhex+1)起的每一级设置控制级值，来控制光滤波器212的中心波长，并储存输出光的强度值(步骤506和508)。由输出侧的光电二极管216测量输出光的强度，并送给微处理器224。微处理器224确定在步骤506中获得的级值是否与预先设定的最后级值相符(步骤510)。如果它们不相符，则过程返回到步骤506，以调整光滤波器212的中心波长到下一个级值，并测量输出光的强度。如果在步骤510中该级值与最后的值匹配，微处理器224确定输出光强的最大值是否在光滤波器中心波长的控制级内(步骤512)，该控制级是已经设定的。如果该测量值不是在前面设定的控制级上所测量的输出光强的最大值，则过程返回到步骤504，以根据发射光的波长重新设定光滤波器212的控制级值。如果在步骤512中输出光的最大强度值落在前面设定的控制级之内，则微处理器224对光滤波器212的中心波长执行精细的跟踪模式(步骤514)。在该精细的跟踪模式中，微处理器224将光滤波器212的中心波长调整到一级值，在此级值上所产生的输出光的强度值小于前面储存的最大输出光强度值，然后，测量输出光的强度(步骤516)。微处理器224将光滤波器212中心波长的控制级增加一级，并测量输出光的强度(步骤518)。微处理器224将光滤波器212的中心波长增加一级之后检测的输出光强与滤波器波长增加之前的输出光强(即将中心波长调整到步骤512的级值时所控制的光强)进行比较(520)。如果在步骤520中滤波器波长增加级值之后的输出光强大于滤波器波长增加级值之前的光强，则过程返回到步骤518，增加控制级并测量输出光强。如果增加级值之后的输出光强比增加级值之前的光强小，则微处理器224将光滤波器212的中心波长的控制级值降低一级，并测量输出光的强度(步骤522)。微处理器224确定将级值降低一级后的输出光强是否小于降低级值之前的光强(步骤524)。如果降低级值之前的输出光强小于降低级值之后的光强，则过程返回到步骤524，将光滤波器212的中心波长的控制级值再降低一级并测量输出光强度。如果降低级值之前的输出光强大于降低级值之后的光强，则微处理器224确定从先前储存的最大输出的光强度减去现在输出的光强度所获得的值是否超过有效范围(通常大约为5dB)(步骤526)。如果获得的值超过该有效范围，则过程返回到步骤504，根据发射光的波长再设定光滤波器212的控制级值，并执行下面的过程。如果所获得的值小于该有效范围，则将光滤波器212的中心波长调整到现在的级上。然后过程返回到步骤518，对光滤波器212的中心波长进行微调，使之相应于顺序发射的光的波长。
如上所述，本发明提供了一种用于跟踪发射光信号中心波长的跟踪装置及其方法，以便将安装在输出端的光滤波器的中心波长调整到发射光信号的波长。所以，带有设置在光放大器中的微处理器的本发明，改善了放大发射光信号并选择性地识别所需波长的发射光信号的光放大器的稳定性。

Claims (11)

1.一种铒搀杂光纤放大器，其输出端装有光滤波器，以消除由于放大器特性引起的噪音，该铒搀杂光纤放大器用一波长控制装置调整光滤波器的中心波长，从而自动地跟踪和滤波发射光信号的波长，使之与确定发射光信号波长后的发射光信号的波长相应。
2.根据权利要求1的放大器，其特征在于还包括：
输入侧的分离抽头，用于以预定的比率分路发射光信号，以监视它的强度；
输入侧的光电二极管，用于接收来自输入侧分离抽头的监视光信号，并将它传送给所述波长控制装置；
光放大装置，用于放大来自输入侧分离抽头的发射光信号；
光滤波装置，接收经光放大装置放大的发射光信号，滤除由于该光放大装置特性引起的噪音；
输出侧的分离抽头，用于接收来自光滤波装置的发射光信号，并以预定的比率将它们分路，以监视它们的强度；和
输出侧的光电二极管，用于接收来自输出侧分离抽头的监视光信号，并将该监视光信号传送给波长控制装置。
3.根据权利要求1的放大器，其特征在于还包括输入侧的模/数转换器，该模/数转换器设在输入侧光电二极管与波长控制装置之间，用于将由输入侧光电二极管发送的模拟信号转换成数字信号。
4.根据权利要求2的放大器，其特征在于还包括输入侧的模/数转换器，该模/数转换器设在输入侧光电二极管与波长控制装置之间，用于将由输入侧光电二极管发送的模拟信号转换成数字信号。
5.根据权利要求1的放大器，其特征在于还包括输出侧的模/数转换器，该模/数转换器设在输出侧光电二极管与波长控制装置之间，用于将由输出侧光电二极管发送的模拟信号转换成数字信号。
6.根据权利要求2的放大器，其特征在于还包括输出侧的模/数转换器，该模数/转换器设在输出侧光电二极管与波长控制装置之间，用于将输出侧光电二极管发送的模拟信号转换成数字信号。
7.根据权利要求1的放大器，其特征在于还包括数/模转换器，该/数模转换器设在波长控制装置与分离抽头之间，用于将波长控制装置发送的数字信号转换成模拟信号。
8.根据权利要求2的放大器，其特征在于还包括数/模转换器，该数/模转换器设在波长控制装置与分离抽头之间，用于将波长控制装置发送的数字信号转换成模拟信号。
9.根据权利要求2的放大器，其特征在于，所述光放大装置包括：
泵激激光二极管，用于在波长控制装置的控制下产生激励光信号；
波长分多路复用器，经它的两个输入端接收发射光信号和来自泵激激光二极管的激励光信号，并将它们经一个输出端送出；
铒搀杂光纤，接收来自泵激激光二极管的激励光信号，并放大发射光信号；和
光隔离器，设在波长分多路复用器的前和后，用于阻止反射信号。
10.一种用于对发射光信号的波长进行自动跟踪和滤波的方法，包括以下步骤：
根据发射光信号的波长设定光滤波器中心波长的控制级值，并且在根据控制级值控制光滤波器中心波长之后，测量并储存输出光的强度值；和
以精细的跟踪模式自动控制光滤波器的中心波长，使它与发射光信号的波长相符。
11.根据权利要求10的方法，其中所述的精细跟踪模式包括以下步骤：
在读出控制级值之后，将光滤波器的中心波长调整到比最大输出光的级值低一预定量的控制级值，通过按先前储存的发射光中心波长控制光滤波器中心波长的步骤，使输出光的强度达到最大；
在增加或降低控制级值的同时检测最大光输出值，并自动地将光滤波器中心波长调整为产生最大光输出的控制级值上。
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