一種帶有增益自動控制裝置的rfa和edfa混合光放大器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法，包括RFA模塊、EDFA模塊和控制模塊，其中，RFA模塊包括RFA增益控制單元，且RFA增益控制單元進一步包括輸入光探測單元，OS?C功率監(jiān)測單元，背向Raman?ASE監(jiān)測單元，增益平坦濾波器單元(GFF)和輸出光探測單元；其控制方法在于RFA模塊的增益控制過程，結合啟動定標過程計算的線路損耗控制實際增益和TITL，本發(fā)明實現(xiàn)混合光放大器的增益和TILT自動控制；且在系啟動過程增加啟動定標來計算線路損失以使整個系統(tǒng)的增益自動控制更加精確，通過對增益和TITL補償循環(huán)重復分配使RFA與EDFA的實際增益和TILT達到目標值。
【專利說明】—種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信領域中的混合光放大器領域，特別涉及一種帶有增益自動控制裝置的Raman和EDFA混合光放大器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]混合光放大器(Hybrid Amplifier,簡稱HYFA)是將拉曼放大器(RamanAmplifier,簡稱RFA)和慘輯光纖放大器(Erbium-doped optical FiberAmplifier,簡稱EDFA)混合使用，使其同時具有RFA的低噪聲指數(shù)(Noise Figure，簡稱NF)和EDFA的高增益，如圖1所示。RFA在光路中對連接RFA的整條光纖中的光信號進行分布式放大，EDFA在光路中對輸入EDFA的光信號進行放大后輸出。早期混合放大器主要作為長跨距以及超長距離傳輸?shù)慕鉀Q方案，以提高系統(tǒng)的光信噪比(Signal-to-Noise Ratio，簡稱0SNR)。對于下一代100G高速傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)對OSNR的要求更為嚴格，HYFA將有更廣泛的應用。因此，對HYFA提出許多新的要求，如小體積、低成本、自動增益控制(Automatic Gain Control,簡稱AGC)以及具有更優(yōu)的噪聲性能等。
【發(fā)明內容】

[0003]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)自動增益控制的拉曼和EDFA混合光放大器。
[0004]本發(fā)明提供一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模塊、一 EDFA模塊和一控制模塊，其中，沿正向光路，上述RFA模塊設置在EDFA模塊之前；上述控制模塊對上述RFA模塊和上述EDFA模塊的光信號進行控制；其特征在于:上述RFA模塊進一步包括一波分多路復用器、一 RFA增益控制單元和一 RFA泵浦單元，上述波分多路復用器對由上述經(jīng)EDFA輸入并放大的信號光和由上述RFA泵浦單元輸出的泵浦光進行合光后同時輸出至傳輸光纖，Raman泵浦光在傳輸光纖中對信號進行分布式放大。
[0005]本發(fā)明第二實施例提供一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模塊、一 EDFA模塊和一控制模塊，其中，沿正向光路，上述EDFA設置在模塊RFA模塊之前；上述控制模塊對上述EDFA模塊和上述RFA模塊的光信號進行控制；其特征在于:上述RFA模塊進一步包括一波分多路復用器、一 RFA增益控制單元和一 RFA泵浦單元，其中，RFA增益控制單元進一步包括沿一輸入光探測單元，一 OSC功率監(jiān)測單元，一背向Raman ASE監(jiān)測單元，一增益平臺濾波器單元(GFF)和一輸出光探測單元；上述波分多路復用器對由上述Raman模塊輸入的信號光和由上述RFA泵浦單兀輸出的泵浦光進行合波,其中Raman泵浦光反向進入傳輸光纖中對信號進行分布式放大,信號光正向輸入到RFA,然后經(jīng)EDFA放大后輸出。
[0006]其中,優(yōu)選實施方式為:上述輸入光探測單兀進一步包括一分光片、一 WDM和一監(jiān)測器組成，其中從光路輸入的信號光經(jīng)過上述分光片分成兩束光，一束光進入其后連接的OSC功率監(jiān)測單元，同時另一束光進入WDM進行濾波，然后進入上述檢測器監(jiān)測輸入的光信號的光功率。
[0007]其中，優(yōu)選實施方式為:上述OSC功率監(jiān)測單元進一步包括一 WDM、一分光片和一檢測器。
[0008]其中，優(yōu)選實施方式為:上述背向Raman ASE監(jiān)測單元進一步包括一 WDM和一監(jiān)控器，上述背向Raman ASE 監(jiān)測單元用于監(jiān)測和控制光路中的背向Raman
[0009]ASE 功率。
[0010]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)自動增益控制的拉曼和EDFA混合光放大器的增益自動控制方法。
[0011]本發(fā)明提供一種帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程，其特征在于:第一步，系統(tǒng)啟動過程，包括上電、系統(tǒng)初始化和啟動定標過程，其中啟動定標過程用于計算線路損耗；第二步，總增益和TITL設置過程，其包括總目標增益的確定；第三步，RFA模塊的增益控制過程，結合啟動定標過程計算的線路損耗控制實際增益和TITLf值。第三步，EDFA模塊的增益控制過程，計算EDFA模塊的實際增益和TITLe值；第四步，總增益和TITL值輸出；第五步，上述流程還包括一增益和TILT補償控制步驟，當RFA模塊的實際增益不能達到目標值時，需重新分配總增益在RFA模塊的目標增益和EDFA模塊200的目標增益之間的增益分配。
[0012]其中，優(yōu)選實施方式為:上述啟動定標過程的具體過程包括:首先，關閉系統(tǒng)中的泵浦單元，包括關閉RFA模塊的泵浦單元和EDFA模塊的泵浦單元；其次，記錄輸入或OSC開泵前光功率Pi ;然后，開啟系統(tǒng)的泵浦并調節(jié)輸出功率到典型功率；繼而，采集系統(tǒng)放大后的輸出或OSC開泵后光功率Po ;再次，監(jiān)控背向RamanASE監(jiān)測單元1203監(jiān)控帶內ASEm光功率并計算Po中的ASEo功率；再次，計算凈增益G ;再次由凈增益Gn和標準曲線計算理想的ASE’ ；然后，采集實際ASEm;最后，計算線路損失。
[0013]其中，優(yōu)選實施方式為:上述RFA模塊的增益控制步驟如下:首先，由第二步的總目標增益確定上述RFA模塊的目標增益，然后根據(jù)目標增益計算上述RFA模塊的標準ASEf功率；再次，根據(jù)定標參數(shù)計算當前系統(tǒng)的目標ASEg,然后通過上述RFA泵浦單元調節(jié)輸出控制目標ASEg ;最后，計算實際增益和TITLf值。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點:首先，通過在RFA模塊中增加增益自動控制單元來實現(xiàn)混合光放大器的增益和TILT自動控制；其次，在系統(tǒng)流程中，啟動過程增加啟動定標來計算線路損失以使整個系統(tǒng)的增益自動控制更加精確；最后，本發(fā)明通過對增益和TITL補償循環(huán)重復分配使RFA與EDFA的實際增益和TILT達到目標值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有的混合光放大器的結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明前向RFA和EDFA的混合放大器的結構示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的RFA增益控制單元的內部光路連接示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的EDFA模塊的結構示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明后向RFA和EDFA的混合放大器的結構示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明的帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程圖。
[0021]圖6a為第一步啟動定標過程的具體步驟示意圖。
[0022]圖7為ASEo與ASEm之間的關系曲線示意圖。
[0023]圖8為基于標準光纖的ASE和增益關系擬合的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法做更進一步詳細說明。
[0025]請同時參照圖2。圖2為本發(fā)明前向RFA和EDFA的混合放大器的結構示意圖。本發(fā)明的前向混合放大器包括RFA模塊100、EDFA模塊200和控制模塊300，按照光路的正向傳輸，RFA模塊100設置在EDFA模塊200之后。
[0026]RFA模塊100包括波分多路復用器(WDM) 110、RFA增益控制單元120和RFA泵浦單元130。且波分多路復用器110對由EDFA模塊200輸入并放大的信號光和由RFA泵浦單兀130輸出的泵浦光進行合光合光后同時輸出至傳輸光纖，Raman泵浦光在傳輸光纖中對信號進行分布式放大。
[0027]其中，RFA增益控制單元120的內部光路連接示意圖如圖3所示。RFA增益控制單元120沿正向光路方向依次包括輸入光探測單元1201，OSC功率監(jiān)測單元1202，背向RamanASE監(jiān)測單元1203，增益平臺濾波器單元(GFF) 1204和輸出光探測單元1205組成。輸入光探測單元1201包括分光片TAPl、WDM4和監(jiān)測器Ml組成，其中從光路輸入的信號光經(jīng)過分光片TAPl分成兩束光，一束光進入其后連接的OSC功率監(jiān)測單元1202，同時另一束光進入WDM4進行濾波，WDM4用于濾除OSC和信號帶外Raman ASE光，然后進入Ml監(jiān)測輸入的光信號的光功率。OSC功率監(jiān)測單元1202包括胃012、分光片14?2和檢測器12，03(:功率監(jiān)測單元1202用于啟動定標，波長的范圍位于1500~1520nm或ITU波長。背向Raman ASE監(jiān)測單元1203用于監(jiān)控光路中的背向Raman ASE實時功率，包括WDM3和監(jiān)控器M3，其中WDM3用于下載背向ASE光，其透射波長可位于1490~1496nm或1520~1522nm。增益平坦濾波器單元(GFF) 1204用于將其由前一背向Raman ASE監(jiān)測單元1203輸出信號光波形進行平坦化和整形。輸入光探測單元1201和輸出光探測單元1205均用于輔助啟動定標。
[0028]RFA泵浦單元130包括泵浦光復用單元，反射泵浦光探測單元和輸出泵浦光探測單元組成。泵浦光復用單元使用IPBCD，對輸出的泵浦光進行波分復用同時進行解偏振和反向光隔離。輸出泵浦光探測單元用于RFA模塊100的放大增益TILT調節(jié)。反射泵浦光探測單元對反射光進行探測，用于激光安全防護。
[0029]EDFA模塊200由輸入監(jiān)控單元210，泵浦單元220、鉺纖放大單元230及輸出監(jiān)控單元240組成，如圖4所示。EDFA模塊200同RFA模塊100進行組合實現(xiàn)混合放大器的低
噪聲和高增益。
[0030]控制模塊300對RFA模塊100和EDFA模塊200的光信號進行控制，例如由中央控制器及微處理器組成。
[0031]本發(fā)明的第二實施例為帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA后向混合光放大器，其按光路正向依次包括RFA模塊和EDFA模塊，其中Raman泵浦光反向進入傳輸光纖中對信號進行分布式放大，信號光正向輸入到RFA，然后經(jīng)EDFA放大后輸出。其余功能等同于上述前向混合光放大器，請同時參照圖5，在此不再贅述。
[0032]以下對本發(fā)明的帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法進行詳細說明。
[0033] 本發(fā)明的帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程如圖6所示。第一步，系統(tǒng)啟動400包括上電、系統(tǒng)初始化和啟動定標過程410。其中啟動定標過程410需記錄泵浦開啟前后的光功率，例如輸入的信號光功率和輸出信號光功率或者OSC開泵前后功率監(jiān)測單元1202輸出的光功率，或者兩者同時監(jiān)控記錄。其啟動定標過程410的具體步驟如圖6a所示，首先，a為關閉系統(tǒng)中的泵浦單元，包括關閉RFA模塊100的泵浦單元130和EDFA模塊200的泵浦單元220 ;其次，步驟b為記錄輸入或OSC開泵前光功率Pi ;然后，步驟c為開啟系統(tǒng)的泵浦并調節(jié)輸出功率到典型功率；繼而，d為采集系統(tǒng)放大后輸出或OSC開泵后的光功率Po ;再次，e背向Raman ASE監(jiān)測單元1203監(jiān)控帶內ASEm光功率，其波長范圍為1490~1496nm或1520~1522nm ;再次，f為計算凈增益G，其計算公式為:G = (Po-ASEo)/Pi，其中ASEo的換算公式為=ASEo = ASEm*K+B，其中ASEo為Po中的ASE功率，其波長可為OSC帶或為信號帶，ASEm為背向Raman ASE光，K為常系數(shù)，B為常數(shù)，其關系曲線圖如圖7所示；再次，g為由凈增益Gn和標準曲線計算理想的ASE’，其與凈增益Gn具有特定的函數(shù)關系，即ASE’ = f (Gn)，其中函數(shù)f是基于標準光纖的ASEm和增益關系擬合的曲線，如圖8所示；然后，h為采集實際ASEm;最后，i為計算線路損失Loss，其計算公式為Loss = ASE’ -ASEm。因此，由啟動定標過程410計算出系統(tǒng)的線路損失Loss。
[0034]第二步，總增益Gain和TITL設置500，其包括目標增益Gg的確定及使系統(tǒng)噪聲達到最優(yōu)化的增益分配機制。
[0035]第三步，RFA模塊100的增益控制600步驟如下:首先，由第二步的總增益Gg確定RFA模塊100的目標增益GgF，然后根據(jù)目標增益Gsf計算標準ASEf功率，其計算公式為ASEf=f (Ggp)，如使用OSC通道進行啟動定標，那ASEf和f (Gsf)成一次函數(shù)關系，函數(shù)f關系同上述；再次根據(jù)定標參數(shù)Loss計算當前系統(tǒng)的目標ASEg = ASEf-Loss,然后通過RFA泵浦單元130調節(jié)泵浦輸出功率控制以使背向Raman ASE監(jiān)測單元1203監(jiān)控到的ASEm光功率達到目標ASEg ;最后，根據(jù)采集的背向ASE光功率計算實際增益G,f和TITLf值。
[0036]第三步，EDFA模塊200的增益控制650步驟如下:首先，由第二步的目標增益Gg確定EDFA模塊200的目標增益GgE，其中GgE = Gg_GgF ;然后，通過EDFA模塊200的泵浦單元220調節(jié)EDFA模塊200的增益；再次，通過VOA調節(jié)TITL ;最后輸出EDFA模塊200的實際增益GrE和TITLe值。
[0037]第四步，總增益Gain 和 TITL 值輸出，Gain = GrF+GrE ；TITL = TITLF+TITLE。
[0038]第五步，上述流程還包括一增益和TILT補償控制步驟700。由于RFA模塊100的實際增益Gtf不一定能夠達到目標值，因此當其不能達到目標值時，需重新分配總增益Gg在RFA模塊100的目標增益Gsf和EDFA模塊200的目標增益GgE之間的增益分配。
[0039]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點:首先，通過在RFA模塊中增加增益自動控制單元來實現(xiàn)混合光放大器的實現(xiàn)增益自動控制；其次，在系統(tǒng)流程中的系統(tǒng)啟動過程中增加啟動定標過程的線路損失計算來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的增益自動控制；最后，本發(fā)明通過TITL補償循環(huán)重復分配使RFA與EDFA的增益達到目標增益。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明最佳實施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請專 利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。
【權利要求】
1.一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模塊、一 EDFA模塊和一控制模塊，其中，沿正向光路，上述RFA模塊設置在EDFA模塊之前；上述控制模塊對上述RFA模塊和上述EDFA模塊的光信號進行控制；其特征在于:上述RFA模塊進一步包括一波分多路復用器、一 RFA增益控制單元和一 RFA泵浦單元，上述RFA增益控制單元進一步包括一輸入光探測單元，一 OSC功率監(jiān)測單元，一背向Raman ASE監(jiān)測單元，一增益平坦濾波器單元(GFF)和一輸出光探測單元；其中，上述波分多路復用器對由上述經(jīng)EDFA輸入并放大的信號光和由上述RFA泵浦單兀輸出的泵浦光進行合光后同時輸出至傳輸光纖，Raman泵浦光在傳輸光纖中對信號進行分布式放大。
2.如權利要求1所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述輸入光探測單兀進一步包括一分光片、一 WDM和一監(jiān)測器組成,其中從光路輸入的信號光經(jīng)過上述分光片分成兩束光，一束光進入其后連接的OSC功率監(jiān)測單元，同時另一束光進入WDM進行濾波，然后進入上述檢測器監(jiān)測輸入的光信號的光功率。
3.如權利要求1所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述OSC功率監(jiān)測單兀進一步包括一 WDM、一分光片和一檢測器。
4.如權利要求1所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述背向Raman ASE監(jiān)測單元進一步包括一 WDM和一監(jiān)控器,上述背向Raman ASE監(jiān)測單元用于監(jiān)測和控制光路中的背向RamanASE功率。
5.一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模塊、一 EDFA模塊和一控制模塊，其中，沿正向光路，上述EDFA設置在模塊RFA模塊之前；上述控制模塊對上述EDFA模塊和上述RFA模塊的光信號進行控制；其特征在于:上述RFA模塊進一步包括一波分多路復用器、一 RFA增益控制單元和一 RFA泵浦單元，上述波分多路復用器對由上述Raman模塊輸入的信號光和 由上述RFA泵浦單元輸出的泵浦光進行合波,其中Raman泵浦光反向進入傳輸光纖中對信號進行分布式放大，信號光正向輸入到RFA,然后經(jīng)EDFA放大后輸出。
6.如權利要求5所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述RFA增益控制單元進一步包括沿一輸入光探測單元，一 OSC功率監(jiān)測單元，一背向Raman ASE監(jiān)測單元，一增益平坦濾波器單元(GFF)和一輸出光探測單元。
7.如權利要求6所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述輸入光探測單兀進一步包括一分光片、一 WDM和一監(jiān)測器組成,其中從光路輸入的信號光經(jīng)過上述分光片分成兩束光，一束光進入其后連接的OSC功率監(jiān)測單元，同時另一束光進入WDM進行濾波，然后進入上述檢測器監(jiān)測輸入的光信號的光功率。
8.如權利要求6所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述OSC功率監(jiān)測單兀進一步包括一 WDM、一分光片和一檢測器。
9.如權利要求6所述的一種帶有增益自動控制裝置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述背向Raman ASE監(jiān)測單元進一步包括一 WDM和一監(jiān)控器,上述背向Raman ASE監(jiān)測單元用于監(jiān)測和控制光路中的背向RamanASE功率。
10.一種帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:第一步，系統(tǒng)啟動過程，包括上電、系統(tǒng)初始化和啟動定標過程，其中啟動定標過程用于計算線路損耗；第二步，總增益和TITL設置過程，其包括總目標增益的確定；第三步，RFA模塊的增益控制過程，結合啟動定標過程計算的線路損耗控制實際增益和TITLf ;第三步，EDFA模塊的增益控制過程，計算EDFA模塊的實際增益和TITLe值；第四步，總增益和TITL值輸出；第五步，上述流程還包括一增益和TILT補償控制步驟，當RFA模塊的實際增益不能達到目標值時，需重新分配總增益在RFA模塊的目標增益和EDFA模塊200的目標增益之間的增益分配。
11.如權利要求10所述的一種帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:上述啟動定標過程的具體過程包括:首先，關閉系統(tǒng)中的泵浦單元，包括關閉RFA模塊的泵浦單元和EDFA模塊的泵浦單元；其次，記錄輸入或OSC開泵前光功率Pi ;然后，開啟系統(tǒng)的泵浦并調節(jié)輸出功率到典型功率；繼而，采集系統(tǒng)放大后輸出或OSC開泵后的光功率Po ;再次，監(jiān)控背向RamanASE監(jiān)測單元1203監(jiān)控帶內ASEm光功率并計算Po中的ASEo功率；再次，計算凈增益G ;再次由凈增益Gn和標準曲線計算理想的ASE’ ；然后，采集實際ASEm;最后，計算線路損失。
12.如權利要求10所述的一種帶有增益自動控制的裝置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:上述RFA模塊的增益控制步驟如下:首先，由第二步的總目標增益確定上述RFA模塊的目標增益，然后根據(jù)目標增益計算上述RFA模塊的標準ASEf功率；再次，根據(jù)權利要求12計算的線路損耗計算當前系統(tǒng)的目標ASEg,然后通過上述RFA泵浦單元調節(jié) 輸出控制目標ASEg ;最后，計算實際增益和TITLf值。
【文檔編號】H01S3/30GK103904550SQ201210569959
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月25日 優(yōu)先權日:2012年12月25日
【發(fā)明者】黃必昌, 虞愛華 申請人:昂納信息技術（深圳）有限公司