專利名稱：光纖有線電視網(wǎng)中的摻鉺光纖放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖有線電視網(wǎng)中的摻鉺光纖放大器，適用于光纖CATV(Community Antenna Television,有線電視)系統(tǒng)中的功率放大、前置放大、線路放大等。屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
慘鉺光纖放大器(erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的研究及實(shí)用化，極大的促進(jìn)了通信技術(shù)的發(fā)展。摻鉺光纖放大器在光通信DWDM (densewavelength division multiplexing,密集波分復(fù)用)系統(tǒng)和光纖CATV系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)中有著廣泛的應(yīng)用。在大型光纖CATV系統(tǒng)中，應(yīng)用摻鉺光纖放大器不僅具有明顯的性能價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而且能有效的擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋規(guī)模。摻鉺光纖放大器直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，無(wú)需進(jìn)行光電光變換，并且具有輸出功率大、增益高、工作頻帶寬、與偏振無(wú)關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，因此它己成為現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一，特別在光纖CATV系統(tǒng)中受到青瞇。摻鉺光纖放大器的研究和應(yīng)用是目前光纖CATV系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
在傳統(tǒng)摻鉺光纖放大器技術(shù)的研究中，研究比較多而且比較成熟的是根據(jù)輸出光信號(hào)功率改變放大器的泵浦參數(shù)從而調(diào)節(jié)放大器增益的自動(dòng)增益控制技術(shù)(AGC)，此技術(shù)無(wú)法根據(jù)輸入光信號(hào)功率而選擇最佳的工作參數(shù)，不能適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。在EDFA的自適應(yīng)技術(shù)的研究中，是指研究的EDFA具備一定的智能，可根據(jù)外界條件(輸入光信號(hào)功率或輸出光信號(hào)功率)，調(diào)整自身的工作參數(shù)使放大器的性能最優(yōu)，可適用于不同的場(chǎng)合。在已有的自適應(yīng)技術(shù)研究中，大多采用調(diào)節(jié)鉺纖長(zhǎng)度，或者采用兩級(jí)光放大技術(shù)兼顧不同的側(cè)重點(diǎn)(肖石林，曾慶濟(jì)，摻餌光纖放大器的自適應(yīng)技術(shù)研究，光通信技術(shù)，2002,26(1) : 28-32)。前一種技術(shù)對(duì)于不同的輸入光信號(hào)選擇的鉺纖長(zhǎng)度是不同的，鉺纖不被重復(fù)利用，因此需要大量的鉺纖，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而昂貴，而采用兩級(jí)放
大器的技術(shù)，結(jié)構(gòu)不僅復(fù)雜且比較難達(dá)到很好的自適應(yīng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種適用于光纖有線電視網(wǎng)中的摻鉺光纖放大器，具有噪聲系數(shù)低，性價(jià)比高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以適用于前置放大、功率放大，線路放大等不同功能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將放大器中的鉺纖分成N段，通過(guò)N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，由中央處理器控制N-1個(gè)1 X2的光開(kāi)關(guān)的選通，得到不同的鉺纖長(zhǎng)度，達(dá)到需要的增益和輸出功率。
本發(fā)明的摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)具體為輸入端耦合器的輸出端分別與輸入端光檢測(cè)器和輸入端隔離器相連，輸入端隔離器的輸出信號(hào)及受控于中央處理器的泵浦光源信號(hào)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后進(jìn)入鉺纖，經(jīng)過(guò)鉺纖后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端隔離器到輸出端耦合器輸出，輸出端耦合器的一部分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端光檢測(cè)器反饋給中央處理器，輸入端光檢測(cè)器的輸出連接中央處理器。所述鉺纖分成N段，通過(guò)N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，由中央處理器控制N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)的選通，得到不同的鉺纖長(zhǎng)度，達(dá)到需要的增益和輸出功率。
其中，所述鉺纖分段的每段長(zhǎng)度可以相同，也可以不同。
放大器工作時(shí)，根據(jù)輸入光信號(hào)功率和輸出光信號(hào)功率來(lái)調(diào)節(jié)其工作參數(shù)。具體方法是通過(guò)輸入耦合器取出部分輸入信號(hào)光功率，輸入端耦合器的輸出端分別與輸入端光檢測(cè)器和輸入端隔離器相連，輸入端隔離器的輸出信號(hào)及泵浦光源信號(hào)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后進(jìn)入鉺纖。因鉺纖由N-1個(gè)1X2光開(kāi)關(guān)串接，選通不同的1X2光開(kāi)關(guān)，可以得到合適的鉺纖長(zhǎng)度，進(jìn)而得到對(duì)于不同輸入光信號(hào)功率所需要的最佳鉺纖長(zhǎng)度。經(jīng)過(guò)鉺纖后的輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端隔離器到輸出端耦合器輸出，輸出端耦合器的一部分輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端光檢測(cè)器反饋給中央處理器，輸入端光檢測(cè)器的信號(hào)也經(jīng)由中央處理器處理，由中央處理器調(diào)節(jié)泵浦光源，控制輸出光信號(hào)功率。放大器中鉺纖長(zhǎng)度的選擇結(jié)合泵浦功率的調(diào)節(jié)，可以得到需要的放大器增益和輸出光信號(hào)功率以適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。
對(duì)于輸入的某一信號(hào)，可以根據(jù)輸入信號(hào)光功率來(lái)判斷不同的功能用途，做前置放大時(shí)，則要求得到足夠高的增益和低的噪聲；作功率放大時(shí)，則要求有足夠大的功率輸出；作線路放大時(shí)，則要求有足夠大的增益。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)EDFA的性能固定不可變化的問(wèn)題，解決了已有的智能化摻鉺光纖放大器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而且費(fèi)用昂貴的問(wèn)題。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器不僅可以方便的實(shí)現(xiàn)智能化，而且在這種依靠控制鉺纖長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)增益和輸出功率的研究中，有效的節(jié)約了鉺纖的長(zhǎng)度，只需要簡(jiǎn)單的控制N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)，就可以得到想要的增益，實(shí)現(xiàn)不同的放大器功能，具有噪聲系數(shù)低，性價(jià)比高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以適用于前置放大、功率放大，線路放大等不同功能。本發(fā)明應(yīng)用在光纖CATV系統(tǒng)中，不僅可以有效的擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，更進(jìn)一步的節(jié)約成本，同時(shí)還可以靈活的應(yīng)用于光發(fā)射機(jī)端、光纖傳輸鏈路中以及光接收機(jī)端。


圖1為本發(fā)明摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為通過(guò)光開(kāi)關(guān)選擇最優(yōu)鉺纖長(zhǎng)度的示意圖。圖2中，L、 L2、 L3、 L4分別代表各段相同或不同長(zhǎng)度的鉺纖。圖3為放大器增益、噪聲系數(shù)與鉺纖長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。圖4為放大器增益、噪聲系數(shù)與泵浦功率的關(guān)系曲線。圖5為一定鉺纖長(zhǎng)度范圍內(nèi)的增益曲線。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。
圖1給出了本發(fā)明提出的摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，輸入端耦合器的輸出端分別與輸入端光檢測(cè)器和輸入端的隔離器1相連，隔離器1的輸出信號(hào)及受控于中央處理器的泵浦光源信號(hào)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后進(jìn)入鉺纖，經(jīng)過(guò)鉺纖后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端的隔離器2到輸出端耦合器輸出，輸出端耦
5合器的一部分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端光檢測(cè)器反饋給中央處理器，輸入端光檢測(cè)器的輸出連接中央處理器；其中鉺纖分成N段，通過(guò)N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，由中央處理器控制N-1個(gè)1X2的光開(kāi)關(guān)的選通，得到不同的鉺纖長(zhǎng)度，達(dá)到需要的增益和輸出功率。
N段鉺纖中每段具有相同或不同的長(zhǎng)度，根據(jù)輸入光信號(hào)功率，控制光開(kāi)關(guān)靈活選擇最優(yōu)鉺纖長(zhǎng)度，結(jié)合泵浦功率的調(diào)節(jié)，以得到需要的增益和噪聲系數(shù)。
放大器的工作過(guò)程如下
(1) 對(duì)于輸入的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)耦合器取出部分輸入光功率。
(2) 根據(jù)光功率判斷放大器的作用，控制光開(kāi)關(guān)選擇合適的鉺纖長(zhǎng)度。
(如圖2)假設(shè)輸入光信號(hào)功率為-20dbm時(shí)，要選擇長(zhǎng)度為L(zhǎng)+L2的鉺纖，則控制NXl光開(kāi)關(guān)連通光開(kāi)關(guān)(b)，并使光開(kāi)關(guān)(a)和光開(kāi)關(guān)(b)連通，這樣就為-20dbm的輸入光信號(hào)配置了最優(yōu)的鉺纖長(zhǎng)度L一U。需要選擇其它不同的鉺纖長(zhǎng)度時(shí)，改變相應(yīng)開(kāi)關(guān)的控制狀態(tài)。
(3) 對(duì)于輸出光信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸出端耦合器取出部分輸出光功率，判斷輸出功率是否達(dá)到要求，程序調(diào)用輸出光功率參數(shù)，讀取輸出光功率，
以輸出光功率為比較控制對(duì)象，通過(guò)控制激光泵兩端的電壓，對(duì)泵浦功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制輸出光功率。
(4) 綜合以上對(duì)于輸入光信號(hào)和輸出光信號(hào)的監(jiān)控，達(dá)到需要的放大器性能要求。
本發(fā)明的放大器具備一定智能，根據(jù)輸入光信號(hào)和輸出光信號(hào)，調(diào)整其工作參數(shù)(鉺纖長(zhǎng)度和泵浦功率等)，使其工作狀態(tài)最佳或使其工作狀態(tài)符合外界需要。
本發(fā)明的摻鉺光纖放大器能根據(jù)不同的用途，自動(dòng)調(diào)節(jié)鉺纖長(zhǎng)度和泵浦功率，能自適用于前置放大、功率放大、線路放大。此放大器控制實(shí)現(xiàn)較為方便，性價(jià)比較高，不僅實(shí)現(xiàn)多功能滿足不同的性能要求，而且與一般的智能化的放大器比較起來(lái)，能有效的節(jié)約成本。
6圖2給出了本發(fā)明中選擇不同最優(yōu)鉺纖長(zhǎng)度的實(shí)現(xiàn)方案。鉺纖長(zhǎng)度的控制包括光開(kāi)關(guān)和長(zhǎng)度相同或不同的各段鉺纖。
N-l個(gè)1x2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，1x2的光開(kāi)關(guān)輸出一端連接下一段光纖，另一輸出端連接到Nxl光開(kāi)關(guān)的輸入端。即經(jīng)過(guò)選定長(zhǎng)度的鉺纖后經(jīng)過(guò)Nxl光開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)。
在該結(jié)構(gòu)中，光開(kāi)關(guān)會(huì)帶來(lái)一定的損耗，約為0.3db左右。越長(zhǎng)的鉺纖，噪聲系數(shù)會(huì)越大，所以在盡可能大的增益的情況下，還應(yīng)考慮到噪聲系數(shù)的問(wèn)題，控制開(kāi)關(guān)選擇合適的鉺纖長(zhǎng)度。
圖3是泵浦功率和輸入光信號(hào)功率一定的條件下，放大器增益、噪聲系數(shù)與鉺纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線。從圖3 (a)中可以看到，放大器增益與鉺纖長(zhǎng)度的關(guān)系曲線上存在一個(gè)增益最大的點(diǎn)，即在某一鉺纖長(zhǎng)度處，增益取得最大值，鉺纖長(zhǎng)度短于或長(zhǎng)于該長(zhǎng)度值，增益都變小，噪聲系數(shù)在最優(yōu)鉺纖長(zhǎng)度處較小。從圖3 (b)中可以看到，隨著輸入光信號(hào)功率的增加，最大增益處的鉺纖長(zhǎng)度減小。
圖4是輸入信號(hào)光功率和鉺纖長(zhǎng)度一定的條件下，放大器增益、噪聲系數(shù)與泵浦功率之間的關(guān)系曲線。從圖中可以看到，放大器的增益隨著泵浦功率的增大而增大。要保持高的增益，必須控制輸入信號(hào)光功率的大小。為了提高EDFA的輸出光功率，保持高增益，那么在增大輸入光信號(hào)功率的同時(shí)，且必須加大泵浦光功率。
圖5是泵浦功率和輸入光信號(hào)功率一定的條件下，放大器增益與鉺纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線。從圖中可以看到，在一定的鉺纖長(zhǎng)度范圍內(nèi)，放大器的增益是接近的。
權(quán)利要求
1、一種光纖有線電視網(wǎng)中的摻鉺光纖放大器，輸入端耦合器的輸出端分別與輸入端光檢測(cè)器和輸入端隔離器相連，輸入端隔離器的輸出信號(hào)及受控于中央處理器的泵浦光源信號(hào)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后進(jìn)入鉺纖，經(jīng)過(guò)鉺纖后的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端隔離器到輸出端耦合器輸出，輸出端耦合器的一部分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端光檢測(cè)器反饋給中央處理器，輸入端光檢測(cè)器的輸出連接中央處理器；其特征在于所述鉺纖分成N段，通過(guò)N-1個(gè)1×2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，由中央處理器控制N-1個(gè)1×2的光開(kāi)關(guān)的選通，得到不同的鉺纖長(zhǎng)度，達(dá)到需要的增益和輸出功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖有線電視網(wǎng)中的慘鉺光纖放大器，其特征在 于所述鉺纖每段長(zhǎng)度相同或不同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖有線電視網(wǎng)中的摻鉺光纖放大器。該放大器的結(jié)構(gòu)主要包括光耦合器，光檢測(cè)器，光隔離器，泵浦光源，波分復(fù)用器，鉺纖，光開(kāi)關(guān)，中央處理器。本發(fā)明將放大器中的鉺纖分成N段，通過(guò)N-1個(gè)1×2的光開(kāi)關(guān)將N段鉺纖互相間隔串聯(lián)起來(lái)，由中央處理器控制N-1個(gè)1×2的光開(kāi)關(guān)的選通，得到對(duì)應(yīng)于不同輸入光信號(hào)功率的最優(yōu)鉺纖長(zhǎng)度，結(jié)合泵浦功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到需要的放大器增益和輸出光信號(hào)功率，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。本發(fā)明的摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，有效地節(jié)約了鉺纖的長(zhǎng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，綜合提高了光放大器的性能價(jià)格比。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101494499SQ20091004505
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者劉智鑫, 濤 肖, 肖石林, 葛玉明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)