專利名稱：增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信用摻鉺光纖放大器，具體的說，是涉及增益可控多級摻鉺光纖放大器的輸入動態(tài)范圍內(nèi)噪聲指數(shù)的改善方法。
背景技術(shù)：
隨著EDFA技術(shù)的成熟和DWDM系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在實際工程中，經(jīng)常遇到線路衰減不相同、色散補償模塊插損不一致的情況，因此設(shè)備制造商為了方便組網(wǎng)，要準(zhǔn)備許多不同型號的EDFA，這增加了材料備貨的難度，同時也不利于工程施工。正是在這樣的背景下，才有了對增益可控多級摻鉺光纖放大器(VGA)的需求。增益可控多級摻鉺光纖放大器在秉承普通DWDM用EDFA噪聲小，快速響應(yīng)等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，它又具備增益可靈活設(shè)置，中間允許接入DCM或OADM等高插損器件等優(yōu)點。
摻鉺光纖放大器中放大的自發(fā)輻射(ASE)是影響放大器噪聲指數(shù)的主要因素，尤其是當(dāng)輸入信號較弱的時候，由于ASE功率所占的比例相對較高，基于輸入-輸出光檢測比較的增益控制原理將使信號的實際增益下降，因而提出了ASE補償?shù)目刂品椒▉韺崿F(xiàn)信號功率的增益鎖定，這一方法被證明十分有效。然而，在增益恒定多級放大器情況下，各級的ASE補償將導(dǎo)致不同程度的增益變化，必須統(tǒng)一控制以維持增益恒定；而且，當(dāng)要求放大器的增益水平變化時，ASE補償量必須相應(yīng)改變，針對增益可控多級摻鉺光纖放大器(VGA)的ASE補償，需要有一種快速補償量改變方法；另一方面，在使用中，增益可控多級摻鉺光纖放大器中間可能還需要接入一些高插損器件，勢必會進一步惡化VGA的噪聲指數(shù)，為了提高系統(tǒng)的性能，必須盡可能優(yōu)化VGA的前級噪聲指數(shù)。
增益可控多級摻鉺光纖放大器常規(guī)的AGC控制方法是當(dāng)總的增益確定時，前后兩級的增益是固定的，也就是說在整個輸入功率范圍內(nèi)，前后兩級的增益是不變。這樣做的缺點是放大器的噪聲指數(shù)會隨著輸入信號功率的降低而惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，通過ASE的補償，適當(dāng)?shù)母淖兎糯笃髑昂髢杉壍脑鲆?，改善增益可控多級摻鉺光纖放大器低輸入信號功率的噪聲指數(shù)，并且能夠適應(yīng)VGA的快速增益變化要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于在低輸入信號功率時，維持總增益不變，通過前級ASE過補償，后級ASE的欠補償，來實現(xiàn)噪聲指數(shù)的改善。
如上所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于采用雙重查表的方法針對不同增益設(shè)置和不同輸入功率范圍獲得最佳前級ASE補償量，即首先根據(jù)增益設(shè)置查找出特定輸入功率水平下ASE補償量，再根據(jù)輸入功率水平檢測進行第二次修正參數(shù)查找，或第二次修正參數(shù)查找采用適時計算取值的方式，視放大器對于輸入信號適時響應(yīng)要求而定；后級ASE補償及增益視前級設(shè)置情況相應(yīng)改變。
如上所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于放大器前級增益根據(jù)前級輸出光信號功率檢測值減去ASE功率與輸入信號光功率檢測值比較得到；后級增益由后級放大器的輸出光信號功率檢測值減去ASE功率與輸入信號光功率檢測值比較得到。
如上所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于包括以下幾個步驟(1)檢測前級輸入信號功率；(2)根據(jù)增益設(shè)置對前級ASE補償值賦初值；(3)檢測前級輸出信號功率；(4)根據(jù)需要修正前級的ASE補償值；(5)檢測后級輸入信號功率；(6)根據(jù)增益設(shè)置對后級ASE補償值附初值；(7)檢測后級輸出信號功率；(8)根據(jù)總增益需要和前級實際增益，修正后級ASE補償值。
根據(jù)放大器的噪聲指數(shù)計算公式NF=PASEhvΔvG+1G]]>上式中NF是放大器的噪聲指數(shù)PASE是放大器的前向ASE功率G是放大器的增益系數(shù)v是信號光的波長從上式得，對于特定信號波長，如果增益G不變，放大器的噪聲指數(shù)取決于ASE的功率大小。當(dāng)放大器工作在AGC模式時，增益系數(shù)基本上是一個固定值，此時ASE的功率成為影響放大器噪聲指數(shù)的最主要因素。當(dāng)EDFA工作在AGC模式時，隨著輸入信號功率的降低，泵浦功率也隨之降低，由于摻鉺纖的長度是不變的，所以輸入信號功率的不同，摻鉺纖的粒子反轉(zhuǎn)程度是不一樣的，隨著輸入信號功率的降低，摻鉺纖的粒子反轉(zhuǎn)程度由高變低，相應(yīng)的ASE功率就會增大，噪聲指數(shù)也就隨之變大。在增益可控多級放大器中，由于噪聲累積的結(jié)果，這種惡化會更為嚴(yán)重。
根據(jù)多級放大器級聯(lián)的噪聲指數(shù)計算公式NF=NF1+NF2-1G1]]>其中NF是放大器的最終噪聲指數(shù)NF1是放大器前級的噪聲指數(shù)NF2是放大器后級的噪聲指數(shù)G1是放大器前級的增益由此可見，前級的噪聲指數(shù)對整級的噪聲指數(shù)影響較大。如果在低輸入信號功率時，通過提高放大器前級的增益G1，改善前級的噪聲指數(shù)NE1，雖然為了保持放大器的總增益不變而減小了后級的增益，導(dǎo)致后級的噪聲指數(shù)NF2有所惡化，但由于1/G1的因子存在，后級的噪聲指數(shù)NF2惡化所造成的影響相對較小，甚至可以忽略，最終實現(xiàn)在一定程度上改善放大器整體的噪聲指數(shù)。
然而，對于不同的總體增益，放大器實現(xiàn)噪聲指數(shù)改善所需的ASE補償量會是不同的，對于VGA來說這一點尤其重要，因此需要一種ASE補償量快速改變機制來適應(yīng)總體增益變化時ASE補償量的改變。采取實驗定標(biāo)和快速查表的方法可以解決這一問題。這樣，在一定增益情況下，ASE補償量再視輸入光功率大小而定。
本發(fā)明的實現(xiàn)方式是可采用雙重查表的方法針對不同增益設(shè)置和不同輸入功率范圍獲得最佳前級ASE補償量，即首先根據(jù)增益設(shè)置查找出特定輸入功率水平下ASE補償量，如果必要再根據(jù)輸入功率水平檢測進行第二次修正參數(shù)查找，第二次修正參數(shù)查找也可采用適時計算取值的方式，視放大器對于輸入信號適時響應(yīng)要求而定；后級ASE補償及增益視前級設(shè)置情況相應(yīng)改變。
本發(fā)明的積極效果①通過前級ASE過補償和后級相應(yīng)欠補償?shù)姆椒ǎ瑢崿F(xiàn)了在低輸入功率條件下多級恒定增益光放大器的噪聲指標(biāo)改善；②通過查表的方法能夠快速更改不同增益設(shè)置條件下的ASE補償量，對于適應(yīng)增益可變光纖放大器的快速增益變化要求具有十分重要的意義；③針對不同輸入光功率，通過ASE補償量修正的方法使前級ASE補償達(dá)到最佳，使得光放大器的噪聲指標(biāo)在較大的輸入動態(tài)范圍內(nèi)能始終保持較好水平。


圖1是本發(fā)明實施例的增益可控多級摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例的前后兩級增益和輸入信號功率的關(guān)系圖。
圖3是本發(fā)明實施例的增益可控多級摻鉺光纖放大器的控制流程圖。
具體實施方案圖1是本發(fā)明針對的增益可控多級摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖，放大器光路主要包括前級和后級，也適應(yīng)于中間有多個增益或衰減級的情況。圖中1、2是增益介質(zhì)(摻鉺光纖)；3、4、5、6是光纖耦合器；7、8、9、10是光電探測器PIN，負(fù)責(zé)接收輸入/輸出光功率信號；16、17為前級和后級的泵浦激光器；13，14分別是前級和后級的ASE補償信號，11、12為光功率信號與ASE補償信號合成器；15為微控制器，負(fù)責(zé)完成接口通訊控制，總增益的設(shè)置，各級增益的分配，各級輸入/輸出光功率采樣，各級增益和總增益計算和控制，各級放大器ASE補償初值查找及賦值，ASE補償修正值計算等。
具體的實現(xiàn)辦法是增益可控多級摻鉺光纖放大器控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和信號通道情況需要設(shè)置總增益，根據(jù)總增益快速查找ASE補償量，運行中再根據(jù)輸入信號功率水平的不同，修正ASE補償量至最佳，修正的方法可以基于計算，也可以采用查表法。
修正ASE補償量的原則是，采取前級ASE過補償方式適當(dāng)增大對于小信號情況下的光增益，改善光纖放大器噪聲指數(shù)；對后級采取ASE欠補償方式適當(dāng)降低小信號情況下的光增益維持放大器總增益不變。針對輸入信號功率不同，前級和后級的增益變化如圖-2所示， 其中18為輸入光功率變化時，前級實際增益的相應(yīng)變化規(guī)律，19為輸入光功率變化時，后級實際增益的相應(yīng)變化規(guī)律。一種查表修正方法是將不同輸入功率對應(yīng)的修正因子存入表格，修正因子按圖-2中曲線17獲得，運行中將特定輸入功率對應(yīng)的ASE補償量與修正因子相乘便得到最佳補償量。
控制器15具體實現(xiàn)過程如圖3中所述，主要包括以下過程(1)前級的輸入信號功率經(jīng)過一個固定比例的分光耦合器3，由光電探測器7檢測輸入信號功率的比例信號。
(2)微處理器15讀取前級設(shè)置增益，通過快速查表得到前級ASE的補償初值，通過一個合成器11實現(xiàn)前級ASE功率補償。
(3)經(jīng)過一個固定比例的分光耦合器4，由光電探測器8檢測前級輸出功率的比例信號，調(diào)節(jié)前級泵浦激光器16的工作功率，直至滿足關(guān)系式1Pout1＝Pin1*Gset1+Pase1其中Pout1是前級的輸出總功率，Pin1是前級的輸入信號功率，Gset1是前級的設(shè)置增益即目標(biāo)增益，Pase1是前級的ASE補償功率。
(4)關(guān)系式1中的Pin1、G1都是一個定值，所以通過調(diào)節(jié)Pase1的補償值，可以來調(diào)節(jié)Pout1的實際輸出功率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)前級增益的目的。通過光譜儀檢測實際的輸出信號功率，修正Pase1的補償值，使前級的實際增益G1大于其設(shè)置增益Gset1。最終G1與輸入功率的關(guān)系見圖3。
(5)經(jīng)過一個固定比例的分光耦合器5，由光電探測器9檢測后級輸入信號功率的比例信號。
(6)微處理器15讀取后級設(shè)置增益，通過查表得到后級ASE的補償初值，通過一個合成器12實現(xiàn)后級ASE功率補償。
(7)經(jīng)過一個固定比例的分光耦合器6，由光電探測器10檢測后級的輸出功率的比例信號，調(diào)節(jié)后級的泵浦激光器17的工作功率，直至滿足關(guān)系式2Pout2＝Pin2*Gset2+Pase2其中Pout2是后級的輸出總功率，Pin2是后級的輸入信號功率，Gset2是后級的設(shè)置增益，Pase2是后級的ASE補償功率。
(8)根據(jù)放大器總增益要求和前級的實際增益，滿足關(guān)系式3G＝G1+G2，其中G是總增益，G1是前級的實際增益，G2是后級的實際增益，通過光譜儀檢測后級的實際輸出信號功率，修正Pase2的補償值，直至后級的實際增益G2滿足要求。最終G2與輸入功率的關(guān)系見圖3。
下表是本發(fā)明一個實施例的增益可控放大器ASE補償?shù)脑肼暩纳菩Ч?

權(quán)利要求
1.一種增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于在低輸入信號功率時，維持總增益不變，通過前級ASE過補償，后級ASE的欠補償，來實現(xiàn)噪聲指數(shù)的改善。
2.如權(quán)利要求1所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于采用雙重查表的方法針對不同增益設(shè)置和不同輸入功率范圍獲得最佳前級ASE補償量，即首先根據(jù)增益設(shè)置查找出特定輸入功率水平下ASE補償量，再根據(jù)輸入功率水平檢測進行第二次修正參數(shù)查找，或第二次修正參數(shù)查找采用適時計算取值的方式，視放大器對于輸入信號適時響應(yīng)要求而定；后級ASE補償及增益視前級設(shè)置情況相應(yīng)改變。
3.如權(quán)利要求2所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于放大器前級增益根據(jù)前級輸出光信號功率檢測值減去ASE功率與輸入信號光功率檢測值比較得到；后級增益由后級放大器的輸出光信號功率檢測值減去ASE功率與輸入信號光功率檢測值比較得到。
4.如權(quán)利要求3所述的增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于包括以下幾個步驟(1)檢測前級輸入信號功率；(2)根據(jù)增益設(shè)置對前級ASE補償值賦初值；(3)檢測前級輸出信號功率；(4)根據(jù)需要修正前級的ASE補償值；(5)檢測后級輸入信號功率；(6)根據(jù)增益設(shè)置對后級ASE補償值附初值；(7)檢測后級輸出信號功率；(8)根據(jù)總增益需要和前級實際增益，修正后級ASE補償值。
全文摘要
一種增益可控多級摻鉺光纖放大器噪聲指數(shù)的改善方法，其特征在于通過前級ASE過補償，后級ASE的欠補償，實現(xiàn)增益恒定條件下光纖放大器噪聲指數(shù)的改善；針對不同增益設(shè)置和不同輸入功率范圍，采用快速查表和補償量修正的方法獲得最佳前級ASE補償量，滿足了增益可控光纖放大器快速增益變化要求，增強了對輸入光功率變化的適應(yīng)能力。
文檔編號H04B10/18GK101017307SQ200710051539
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者龍浩, 樂孟輝, 柳剛, 楊智, 傅焰峰, 李春雨, 江毅 申請人:武漢光迅科技股份有限公司