專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的方法及其安全控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及喇曼放大器的監(jiān)控和安全保護(hù)，具體地說(shuō)，涉及一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的方法及其安全控制模塊。
背景技術(shù)：
隨著通信容量的不斷擴(kuò)大，光通道數(shù)和單通道碼速率不斷增加，超長(zhǎng)距離、超大容量的光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。10Gb/s、40Gb/s的系統(tǒng)也逐漸商用化，高速率的系統(tǒng)需要光放大器具有更寬的增益帶寬和更低的噪聲指數(shù)。喇曼放大器采用傳輸光纖作為其增益介質(zhì)，通過(guò)分布式放大，使光信號(hào)在光纖中傳播的同時(shí)得到放大。采用分布式喇曼放大器可以減小光信號(hào)的入纖光功率，提高光信噪比(OSNR)。而且，通過(guò)多波長(zhǎng)泵浦，喇曼放大器可以獲得近80nm的寬帶放大。諸多的優(yōu)勢(shì)使喇曼放大器成為高速率光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。
喇曼光纖放大器利用光纖的受激喇曼散射(SRS)，使波長(zhǎng)比泵浦光大約100nm處的信號(hào)獲得放大。單個(gè)泵浦波長(zhǎng)的增益譜較窄，通常利用多個(gè)波長(zhǎng)的高功率泵浦激光器合波輸出，實(shí)現(xiàn)寬帶放大。由于受激喇曼散射的效率很低，要想獲得較高的增益，必須注入很高功率的泵浦光。這樣帶來(lái)的負(fù)面影響是傳輸光纖中存在高功率的泵浦光，在線(xiàn)路維護(hù)(對(duì)維護(hù)人員)時(shí)或者光纖斷裂時(shí)存在很大的安全隱患。對(duì)于人眼而言，光功率超過(guò)5mW時(shí)是不安全的(根據(jù)FDA激光安全標(biāo)準(zhǔn))，而喇曼放大器在實(shí)際使用過(guò)程中，注入到光纖中的光功率為200mW到2W。當(dāng)光纖斷裂或者光路斷開(kāi)的時(shí)候，如此高的光功率能對(duì)人眼造成極大的傷害。
美國(guó)專(zhuān)利US.6,423,963描述了一種在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)監(jiān)測(cè)一個(gè)始終打開(kāi)的特定波長(zhǎng)監(jiān)控信道來(lái)實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。每個(gè)喇曼放大器中包含了一個(gè)監(jiān)控波長(zhǎng)的發(fā)射裝置和接收機(jī)用于完成對(duì)于光纖線(xiàn)路的監(jiān)控，同時(shí)增加了信號(hào)與監(jiān)控信道的合波器件。這種方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用了光纖帶寬，發(fā)射裝置和接收機(jī)增加了喇曼放大器的成本。由于采用了附加的合波器，增加了泵浦和信號(hào)光的損耗。采用的是有源器件，其可靠性不高，容易引起誤報(bào)警。特別是，當(dāng)不同跨距段光纖鏈路的損耗不一樣時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警。
美國(guó)專(zhuān)利US.5945668，US.5428471，US.5136410也分別描述了相關(guān)的安全保護(hù)裝置，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和自身的原因，這些方法不適宜用在喇曼放大器的安全保護(hù)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的方法及其安全控制模塊，即結(jié)合喇曼放大器和通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用一種可靠的方法實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)，在線(xiàn)路出現(xiàn)故障或者線(xiàn)路維護(hù)(遠(yuǎn)端或者近端)的時(shí)候，能夠迅速自動(dòng)關(guān)斷泵浦激光器；在線(xiàn)路恢復(fù)正常的時(shí)候，能夠自動(dòng)開(kāi)啟泵浦激光器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的對(duì)于采用后向泵浦分布式喇曼放大器的系統(tǒng)而言，與光信號(hào)同向傳輸還有放大的自發(fā)輻射噪聲(ASE)。通常情況下，盡管ASE的功率譜密度較低，但是由于喇曼放大器的放大帶寬非常寬，ASE的總功率可能比信號(hào)功率還要大的多，這樣就不能簡(jiǎn)單的利用總功率的大小來(lái)判斷信號(hào)的有無(wú)。
本發(fā)明采用梳狀分波器將信號(hào)與ASE噪聲分開(kāi)，然后用差分檢測(cè)的方法來(lái)判斷信號(hào)的有無(wú)和線(xiàn)路的正常與否，從而判斷是否關(guān)斷泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)當(dāng)喇曼放大器的泵浦激光器打開(kāi)時(shí)，梳狀分波器的一個(gè)端口輸出信號(hào)和相應(yīng)的一種波長(zhǎng)(ITU-T規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng))的ASE噪聲，另一個(gè)端口輸出相應(yīng)的另一種波長(zhǎng)(與ITU-T規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)相應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，波長(zhǎng)錯(cuò)開(kāi)間隔由梳狀分波器決定)的ASE噪聲，兩個(gè)端口的光功率差分輸出就是信號(hào)光功率的大?。蝗绻盘?hào)光功率小于設(shè)定的閾值，安全控制模塊會(huì)給出泵浦激光器的關(guān)斷信號(hào)；當(dāng)喇曼放大器的泵浦激光器關(guān)閉時(shí)，梳狀分波器的一個(gè)端口輸出信號(hào)，另一個(gè)端口的輸出光功率為零，兩個(gè)端口的光功率差分輸出就是信號(hào)光功率的大??；如果信號(hào)光功率大于設(shè)定的閾值，控制模塊會(huì)給出泵浦激光器的開(kāi)啟信號(hào)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果；1、能夠保護(hù)使用人員。喇曼放大器正在工作的過(guò)程中，如果使用人員誤操作將泵浦輸出端口斷開(kāi)，安全控制模塊能夠迅速判斷信號(hào)光丟失，從而在很短的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷泵浦激光器，不會(huì)對(duì)使用人員構(gòu)成傷害。
2、能夠保護(hù)儀器設(shè)備。如果操作人員將喇曼放大器的輸入、輸出端接反，安全控制模塊也能夠迅速響應(yīng)，關(guān)斷泵浦激光器，避免損壞儀器設(shè)備。


圖1-分布式喇曼放大器的應(yīng)用圖；圖2-安全控制模塊的原理圖；圖3-采用了安全控制模塊的喇曼放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
其中1-傳輸光纖，2-泵浦激光器組，3-安全控制模塊，4-喇曼放大器，5-梳狀分波器，6-ASE噪聲，自發(fā)輻射噪聲，7-信號(hào)，8-對(duì)應(yīng)信號(hào)光波長(zhǎng)的部分ASE噪聲(ITU-T規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng))，9-與信號(hào)光波長(zhǎng)錯(cuò)開(kāi)的部分ASE噪聲(波長(zhǎng)錯(cuò)開(kāi)間隔由梳狀分波器決定)，10-探測(cè)器，11-探測(cè)器，12-寬帶波分復(fù)用器12(1500/1505)，13-分光耦合器(5∶95)。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明圖1中，分布式喇曼放大器的典型應(yīng)用是虛線(xiàn)框內(nèi)的所示部分是一個(gè)完整的喇曼放大器4，在喇曼放大器4內(nèi)，泵浦激光器組2通過(guò)一個(gè)寬帶波分復(fù)用器12與傳輸光纖1相連；安全控制模塊3其輸入端與傳輸光纖1相連，給出告警信息以控制泵浦激光器組2的關(guān)斷和開(kāi)啟。
工作原理是傳輸光纖1中，信號(hào)光和泵浦光逆向傳播；泵浦激光器組2由多個(gè)激光器合波而成，用于實(shí)現(xiàn)寬帶放大；安全控制模塊3用于監(jiān)控信號(hào)光，若信號(hào)光低于設(shè)定的閾限值則給出告警信號(hào)，泵浦激光器組2可以根據(jù)告警信號(hào)來(lái)判斷是否需要關(guān)斷泵浦激光器，即安全控制模塊3給出告警信息在硬件上實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦激光器組2的控制。
梳狀分波器(interleaver)5是實(shí)現(xiàn)更密集波分復(fù)用的關(guān)鍵器件。它能夠?qū)⒉ㄩL(zhǎng)間隔100GHz的系統(tǒng)在波長(zhǎng)上間隔分開(kāi)，一路輸出奇通道的光(波長(zhǎng)間隔200GHz)，另一路則輸出偶通道的光(波長(zhǎng)間隔200GHz)，兩路光在波長(zhǎng)上錯(cuò)開(kāi)了100GHz。當(dāng)然，它也能將兩路波長(zhǎng)間隔200GHz、波長(zhǎng)錯(cuò)開(kāi)100GHz的光合波為一路波長(zhǎng)間隔100GHz的光。
我們知道，商用的密集波分復(fù)用(DWDM)光通信系統(tǒng)的通道波長(zhǎng)必須是符合ITU-T建議G.692的。
根據(jù)DWDM系統(tǒng)的固定波長(zhǎng)特點(diǎn)和梳狀分波器5奇偶分光特點(diǎn)，讓信號(hào)光從梳狀分波器5的奇通道(或者偶通道)中輸出(當(dāng)然攜帶了相應(yīng)波長(zhǎng)的ASE噪聲)，而偶通道(或者奇通道)則只輸出相應(yīng)波長(zhǎng)的ASE噪聲。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，對(duì)于200GHz的系統(tǒng)，必須至少采用100GHz的梳狀分波器；100GHz的系統(tǒng)，需要采用50GHz的梳狀分波器；當(dāng)然200GHz的系統(tǒng)，也可以采用50GHz的梳狀分波器，依此類(lèi)推。
圖2中，梳狀分波器5的輸入端與攜帶ASE噪聲的信號(hào)光輸出端相連，梳狀分波器5的兩個(gè)輸出端分別與探測(cè)器10、11的輸入端相連。攜帶ASE噪聲6的信號(hào)7輸入梳狀分波器5，信號(hào)的輸出端記為A端，另一端記為B端。沒(méi)有信號(hào)光的時(shí)候，A端輸出對(duì)應(yīng)信號(hào)光波長(zhǎng)的部分ASE噪聲8，B端也輸出與信號(hào)光波長(zhǎng)錯(cuò)開(kāi)的部分ASE噪聲9；A端和B端的ASE噪聲在波長(zhǎng)上是錯(cuò)開(kāi)的，間隔由梳狀分波器5決定。探測(cè)器10用于檢測(cè)A通道的光功率，探測(cè)器11用于檢測(cè)B通道的光功率。
盡管A、B兩端ASE噪聲的波長(zhǎng)不一樣，但是由于喇曼放大器ASE噪聲的連續(xù)性和平坦性，以及梳狀分波器5的通道平坦特性，A、B兩段的ASE噪聲6的總功率相差很小，實(shí)際上是可以忽略的。根據(jù)這一特點(diǎn)，A端口的輸出功率記為PA，B端口的輸出功率記為PB，在沒(méi)有信號(hào)光的時(shí)候，PA-PB＝ε，ε遠(yuǎn)小于單通道的信號(hào)光功率Ps；在有信號(hào)光的時(shí)候，PA-PB＝信號(hào)光功率Ps。這樣A、B兩路光功率將兩路的光功率相減，將差分值與設(shè)定的閾限值進(jìn)行比較，高于閾限值則認(rèn)為有信號(hào)光或者線(xiàn)路通暢，低于閾限值則認(rèn)為沒(méi)有信號(hào)光或者線(xiàn)路出現(xiàn)故障。
采用這種方法，分別實(shí)現(xiàn)了在信號(hào)光功率低于-35dBm時(shí)，C-band喇曼放大器和C+L-band喇曼放大器的自動(dòng)關(guān)斷。
喇曼放大器自動(dòng)關(guān)斷后，如果信號(hào)光逐漸增加到-35dBm，這時(shí)，A端輸出的是信號(hào)光，B端輸出為零，差分輸出結(jié)果大于設(shè)定的閾限值，這時(shí)泵浦激光器能夠自動(dòng)開(kāi)啟。
前面講的是在DWDM(多通道)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)，在單通道的系統(tǒng)中，只要信號(hào)波長(zhǎng)符合ITU-T建議G.692規(guī)范，上述的方法仍然能夠很好的實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)。
具體實(shí)施例方式
圖3中，采用了安全控制模塊的喇曼放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是寬帶波分復(fù)用器12是一個(gè)三端口器件，其信號(hào)輸入端與傳輸光纖1相連，其泵浦輸入端與泵浦激光器組2相連，其信號(hào)輸出端與分光耦合器13的輸入端相連；分光耦合器13是一個(gè)5∶95的耦合器，其95％端作為喇曼放大器的信號(hào)輸出端；其用作信號(hào)光探測(cè)的5％端與安全控制模塊3的輸入端相連；安全控制模塊(3)給出的告警信號(hào)用于控制泵浦激光器組(2)的關(guān)斷和開(kāi)啟。
工作原理是信號(hào)首先經(jīng)過(guò)寬帶波分復(fù)用器12，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)分光耦合器13，大端(圖示的95％端)用作喇曼放大器的信號(hào)輸出，小端(圖示的5％端)與安全控制模塊3相連，用作信號(hào)光檢測(cè)。信號(hào)光檢測(cè)完小與設(shè)定的閾限值進(jìn)行比較。當(dāng)信號(hào)光功率小于設(shè)定的閾限值時(shí)，可以給出告警信號(hào)，進(jìn)而自動(dòng)關(guān)斷泵浦激光器組2；當(dāng)信號(hào)光功率逐漸增大成后，將檢測(cè)的信號(hào)光功率的大到超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，則可以重新開(kāi)啟泵浦激光器組2。
權(quán)利要求
1.一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的方法，其特征在于采用梳狀分波器將信號(hào)與ASE噪聲分開(kāi)，然后用差分檢測(cè)的方法來(lái)判斷信號(hào)的有無(wú)和線(xiàn)路的正常與否，從而判斷是否關(guān)斷泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)當(dāng)喇曼放大器的泵浦激光器打開(kāi)時(shí)，梳狀分波器的一個(gè)端口輸出信號(hào)和相應(yīng)的一種波長(zhǎng)的ASE噪聲，另一個(gè)端口輸出相應(yīng)的另一種波長(zhǎng)的ASE噪聲，兩個(gè)端口的光功率差分輸出就是信號(hào)光功率的大??；如果信號(hào)光功率小于設(shè)定的閾值，安全控制模塊會(huì)給出泵浦激光器的關(guān)斷信號(hào)；當(dāng)喇曼放大器的泵浦激光器關(guān)閉時(shí)，梳狀分波器的一個(gè)端口輸出信號(hào)，另一個(gè)端口的輸出光功率為零，兩個(gè)端口的光功率差分輸出就是信號(hào)光功率的大小；如果信號(hào)光功率大于設(shè)定的閾值，控制模塊會(huì)給出泵浦激光器的開(kāi)啟信號(hào)。
2.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的安全控制模塊，其特征在于該模塊由下列部件組成，其連接關(guān)系是梳狀分波器(5)的輸入端與攜帶ASE噪聲的信號(hào)光輸出端相連，梳狀分波器(5)的兩個(gè)輸出端分別與探測(cè)器(10)、(11)的輸入端相連。
3.采用如權(quán)利要求2所述安全控制模塊的喇曼放大器(4)，其特征在于該放大器由下列部件組成，其連接關(guān)系是寬帶波分復(fù)用器(12)是一個(gè)三端口器件，其信號(hào)輸入端與傳輸光纖(1)相連，其泵浦輸入端與泵浦激光器組(2)相連，其信號(hào)輸出端與分光耦合器(13)的輸入端相連；分光耦合器(13)是一個(gè)5∶95的耦合器，其95％端作為喇曼放大器的信號(hào)輸出端；其用作信號(hào)光探測(cè)的5％端與安全控制模塊(3)的輸入端相連；安全控制模塊(3)給出的告警信號(hào)用于控制泵浦激光器組(2)的關(guān)斷和開(kāi)啟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在線(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)啟喇曼放大器的方法及其安全控制模塊；涉及喇曼放大器的監(jiān)控和安全保護(hù)。本發(fā)明旨在當(dāng)光纖鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)關(guān)閉泵浦激光器；當(dāng)光纖鏈路恢復(fù)正常后，能夠自動(dòng)開(kāi)啟泵浦激光器。本發(fā)明是采用梳狀分波器將信號(hào)與放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲分開(kāi)，然后用差分檢測(cè)的方法來(lái)判斷信號(hào)的有無(wú)和線(xiàn)路的正常與否，從而判斷是否關(guān)斷泵浦激光器，實(shí)現(xiàn)喇曼放大器的安全保護(hù)。實(shí)施所述方法的本模塊，主要由梳狀分波器5和探測(cè)器10、11組成。
文檔編號(hào)G02F1/39GK1404237SQ0213918
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者楊滔滔, 印新達(dá) 申請(qǐng)人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司