低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其中包括光纖放大器、有源驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)控制電路，所述的光纖放大器的輸入端與光源的輸出端相連接，所述的光纖放大器用以將輸入光信號(hào)經(jīng)功率放大后輸出，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路用以驅(qū)動(dòng)所述的光纖放大器，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路用以根據(jù)所述的輸入光信號(hào)是否到達(dá)所述的光纖放大器來(lái)控制所述的有源驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟或關(guān)閉。采用該種結(jié)構(gòu)的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)光纖放大電路結(jié)構(gòu)中的有源驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)輸入光信號(hào)的到達(dá)與否進(jìn)行按需驅(qū)動(dòng)，降低放大電路功耗，提高放大后光信噪比，降低放大電路傳輸噪聲，降低發(fā)熱量，延長(zhǎng)電路元器件使用壽命，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，具有更廣泛應(yīng)用范圍。
【專(zhuān)利說(shuō)明】低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，尤其涉及光纖放大領(lǐng)域，具體是指一種低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前常規(guī)的用于通信或傳感的光纖放大器一般有兩種:半導(dǎo)體光纖放大器(S0A),摻雜稀土兀素的光纖放大器(REDFA)。
[0003]半導(dǎo)體光纖放大器原理接近半導(dǎo)體激光器，利用原子能級(jí)間的躍遷受激現(xiàn)象進(jìn)行光放大，由電流直接驅(qū)動(dòng)放大介質(zhì)，使之能級(jí)發(fā)生向上躍遷，當(dāng)有信號(hào)光輸入時(shí)，擾動(dòng)能級(jí)向下躍遷，發(fā)出與輸入光同樣頻率、波長(zhǎng)、偏振的光，形成放大了的輸出光。
[0004]稀土摻雜光纖放大器，則利用在光纖里摻雜稀土元素，比如應(yīng)用最多的鉺元素，利用電流驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵浦(Pump)光對(duì)摻雜元素進(jìn)行激勵(lì)，使之發(fā)生向上能級(jí)躍遷，當(dāng)有信號(hào)光輸入時(shí)，擾動(dòng)能級(jí)向下躍遷，發(fā)出與輸入光同樣頻率、波長(zhǎng)、偏振的光，形成放大了的輸出光。
[0005]這兩種光纖放大器雖然原理不同，但都可以理解為電流驅(qū)動(dòng)激勵(lì)源對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大。目前應(yīng)用這兩種放大器都是工作在直流狀態(tài)，無(wú)論是否有信號(hào)輸入都處于正常電流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，如圖1中所示為現(xiàn)有技術(shù)中光纖放大器的有源驅(qū)動(dòng)電路狀態(tài)示意圖，因此這樣的應(yīng)用具有以下的問(wèn)題:
[0006]功耗偏高:由于放大介質(zhì)一直處于電流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生較高的功耗，尤其對(duì)于信號(hào)占空比偏低的應(yīng)用，而且需要低功耗工作的地方，如海底、太陽(yáng)能供電放大器、手持電池供電設(shè)備對(duì)功耗有要求的地方并不適合。
[0007]噪聲大:傳輸信號(hào)尤其是數(shù)字信號(hào)，最大的占空比便是通信系統(tǒng)，大約也就是50%，而對(duì)于一些其他應(yīng)用，比如光時(shí)域反射儀(OTDR)設(shè)備、分布式測(cè)溫系統(tǒng)(DTS)常常信號(hào)占空比非常低，比如DTS常用脈寬10ns，周期1ms信號(hào)，在沒(méi)有信號(hào)時(shí)激勵(lì)源產(chǎn)生的粒子反轉(zhuǎn)將會(huì)自發(fā)躍遷回低能態(tài)，產(chǎn)生自發(fā)輻射，在兩個(gè)信號(hào)之間形成噪聲，這便是自發(fā)輻射噪聲。
[0008]壽命不高:由于放大有源介質(zhì)一直處于電流激勵(lì)狀態(tài)，發(fā)光芯片會(huì)老化而結(jié)束壽命，對(duì)于高可靠性應(yīng)用，如海底，荒漠等，產(chǎn)品壽命非常重要。
[0009]發(fā)熱大:對(duì)于連續(xù)電流驅(qū)動(dòng),其功耗為恒定，除掉電光轉(zhuǎn)換效率外,都變成熱能,使得產(chǎn)品發(fā)熱嚴(yán)重。通常還需要半導(dǎo)體制冷器(TEC)進(jìn)行溫控，以保證產(chǎn)品的工作溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)光纖放大電路結(jié)構(gòu)中的有源驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)輸入光信號(hào)的到達(dá)與否進(jìn)行按需驅(qū)動(dòng)、降低放大電路功耗、降低放大電路傳輸噪聲、具有更廣泛應(yīng)用范圍的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成:
[0012]該低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是，所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)包括:
[0013]光纖放大器,該光纖放大器的輸入端與光源的輸出端相連接，該光纖放大器用以將輸入光信號(hào)經(jīng)功率放大后輸出；
[0014]有源驅(qū)動(dòng)電路，用以驅(qū)動(dòng)所述的光纖放大器；
[0015]驅(qū)動(dòng)控制電路，用以根據(jù)所述的輸入光信號(hào)是否到達(dá)所述的光纖放大器來(lái)控制所述的有源驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟或關(guān)閉。
[0016]較佳地，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路包括驅(qū)動(dòng)控制器，所述的驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端與所述的光源的同步光信號(hào)輸出端相連接，所述的驅(qū)動(dòng)控制器與所述的有源驅(qū)動(dòng)電路相連接。
[0017]更佳地，所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)還包括光纖延遲器，該光纖延遲器連接于所述的光源與所述的光纖放大器之間。
[0018]較佳地，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路包括光纖耦合器、光電檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)控制器，所述的光纖耦合器的輸入端與所述的光源的輸出端相連接，所述的光纖耦合器的輸出端分別與所述的光纖放大器的輸入端、所述的光電檢測(cè)器的輸入端相連接，所述的驅(qū)動(dòng)控制器連接于所述的光電檢測(cè)器與有源驅(qū)動(dòng)電路之間。
[0019]更佳地，所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)還包括光纖延遲器，該光纖延遲器連接于所述的光纖耦合器與所述的光纖放大器之間。
[0020]較佳地，所述的光纖放大器為半導(dǎo)體光纖放大器。
[0021 ] 更佳地，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)電流電路。
[0022]較佳地，所述的光纖放大器為摻雜稀土的光纖放大器。
[0023]更佳地，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為泵浦激光器。
[0024]采用了該發(fā)明中的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果:
[0025](I)降低了光纖放大電路結(jié)構(gòu)的功耗，理論上功耗是直流控制的占空比比例，比如信號(hào)占空比為1%，則功耗相對(duì)于目前的直流供電下降到1%。
[0026](2)提高放大后光信噪比，對(duì)于低占空比信號(hào)放大，由于在“空”無(wú)信號(hào)時(shí)間段，有源器件不開(kāi)啟，減小這段時(shí)間的自發(fā)輻射噪聲(ASE)，使得放大后信噪比提高，降低信號(hào)傳輸噪聲。
[0027](3)降低發(fā)熱量，由于功耗降低，發(fā)熱量也降低，理論上降低的發(fā)熱量與占空比成正比。由于發(fā)熱降低，有源器件開(kāi)啟時(shí)間也大大縮短，器件壽命將成倍增加，不需要另外配備散熱元件，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的光纖放大器的用作光信號(hào)傳輸?shù)碾娐窢顟B(tài)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明的第一種實(shí)施例的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明的第二種實(shí)施例的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖4為本發(fā)明的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在無(wú)光信號(hào)輸入時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。
[0032]圖5為本發(fā)明的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在輸入光信號(hào)到達(dá)時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。
[0033]圖6為本發(fā)明的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在輸入光信號(hào)離開(kāi)時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0035]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的光纖放大器已有的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是對(duì)光纖放大器的有源介質(zhì)根據(jù)信號(hào)到達(dá)與否進(jìn)行“按需”脈沖驅(qū)動(dòng)，根據(jù)信號(hào)的周期快速開(kāi)關(guān)有源驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)放大器的低功耗。
[0036]該發(fā)明的基本原理是:對(duì)輸入數(shù)字光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)或同步，無(wú)信號(hào)到來(lái)時(shí)，關(guān)閉有源驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)，以解決已有光纖放大器普遍存在的功耗高、噪聲大、壽命不夠高、發(fā)熱大等問(wèn)題。換句話說(shuō)，讓有源驅(qū)動(dòng)電路處于開(kāi)關(guān)或脈沖狀態(tài)。按照本發(fā)明的基本原理，所實(shí)現(xiàn)的有源驅(qū)動(dòng)電路的狀態(tài)如圖4、圖5、圖6所示。
[0037]如圖4所示為所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在無(wú)光信號(hào)輸入時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。
[0038]如圖5所示為所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在輸入光信號(hào)到達(dá)時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。
[0039]如圖6所示為所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)在輸入光信號(hào)離開(kāi)時(shí)的電路狀態(tài)示意圖。
[0040]該放大器對(duì)于低重復(fù)頻率脈沖光信號(hào)放大效果尤其明顯，占空比越小，效果越好。
[0041]通常采用的方案有但不限于以下二種實(shí)施例:
[0042]如圖2所示為本發(fā)明的第一種實(shí)施例的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]1、在第一種實(shí)施例中，光源發(fā)出光信號(hào)經(jīng)延遲后傳輸至光纖放大器中，同時(shí)由光源發(fā)出信號(hào)時(shí)給出同步信號(hào)給驅(qū)動(dòng)控制電路，驅(qū)動(dòng)控制電路控制有源驅(qū)動(dòng)電路，有源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述的光纖放大器，驅(qū)動(dòng)控制電路為驅(qū)動(dòng)電流控制電路，即由同步信號(hào)控制有源驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，而這個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間與信號(hào)到來(lái)同步，或比信號(hào)的到來(lái)有固定時(shí)間的提前量。延遲線是為調(diào)節(jié)控制信號(hào)與光信號(hào)的同步，非必需添加。
[0044]如圖3所示為本發(fā)明的第二種實(shí)施例的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]2、在第二種實(shí)施例中，光源發(fā)出光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖耦合器分路，一路經(jīng)延遲后傳輸至光纖放大器中，另一路由一個(gè)光電檢測(cè)器進(jìn)行脈沖檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到輸入光信號(hào)到達(dá)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路即驅(qū)動(dòng)電流控制電路，打開(kāi)有源驅(qū)動(dòng)電路，信號(hào)離開(kāi)時(shí)關(guān)閉有源驅(qū)動(dòng)電路。延遲線是為調(diào)節(jié)控制信號(hào)與光信號(hào)的同步，非必需添加。
[0046]在本發(fā)明中的有源驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)啟可以在信號(hào)到來(lái)之前、或到來(lái)后，開(kāi)啟時(shí)刻to和信號(hào)到來(lái)時(shí)刻ts，可以有關(guān)聯(lián)也可以無(wú)關(guān)聯(lián)。
[0047]所述的有源驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉可以在信號(hào)離開(kāi)之前、或離開(kāi)之后，關(guān)閉時(shí)刻tc和信號(hào)到來(lái)時(shí)刻ts，可以有關(guān)聯(lián)也可以無(wú)關(guān)聯(lián)。
[0048]光纖放大器可以是摻稀土 (鉺、鐿、譜或其它稀土元素)光纖放大器，也可以是半導(dǎo)體光放大器。
[0049]所述的光纖放大器為半導(dǎo)體光纖放大器時(shí)，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)電流電路。
[0050]所述的光纖放大器為摻雜稀土的光纖放大器時(shí)，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為泵浦激光器。
[0051]有源驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)閉時(shí)間比可以任意。
[0052]將本發(fā)明的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)即DTS系統(tǒng)中進(jìn)行低功耗低噪聲高峰值功率脈沖光源的放大傳輸?shù)木唧w過(guò)程如下:
[0053]DTS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是由一個(gè)脈沖光源加一個(gè)摻鉺光纖放大器EYDFA構(gòu)成。脈沖信號(hào)的產(chǎn)生由一片F(xiàn)PGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列產(chǎn)生，送給DFB激光器即分布反饋式激光器，將1550nm的DFB激光器，調(diào)制成輸出峰值功率為10mW、脈寬10ns、重頻IkHz的光信號(hào)。同時(shí)FPGA產(chǎn)生一個(gè)1us同步信號(hào)送給泵浦激光器驅(qū)動(dòng)，泵浦激光器開(kāi)啟時(shí)間為10us。在輸入光信號(hào)到達(dá)前5?Sus開(kāi)啟泵浦激光器，信號(hào)離開(kāi)后2?5us時(shí)間內(nèi)關(guān)閉泵浦激光器，可以得到輸出峰值功率15W、脈寬10ns、重頻1kHz、信噪比>35dB信號(hào)的放大后光源信號(hào)。其放大部分功耗和發(fā)熱只相當(dāng)于連續(xù)驅(qū)動(dòng)的1%，信噪比與現(xiàn)有技術(shù)中連續(xù)驅(qū)動(dòng)相比優(yōu)化了 5dB。
[0054]采用了該發(fā)明中的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果:
[0055](I)降低了光纖放大電路結(jié)構(gòu)的功耗，理論上功耗是直流控制的占空比比例，比如信號(hào)占空比為1%，則功耗相對(duì)于目前的直流供電下降到1%。
[0056](2)提高放大后光信噪比，對(duì)于低占空比信號(hào)放大，由于在“空”無(wú)信號(hào)時(shí)間段，有源器件不開(kāi)啟，減小這段時(shí)間的自發(fā)輻射噪聲(ASE)，使得放大后信噪比提高，降低信號(hào)傳輸噪聲。
[0057](3)降低發(fā)熱量，由于功耗降低，發(fā)熱量也降低，理論上降低的發(fā)熱量與占空比成正比。由于發(fā)熱降低，有源器件開(kāi)啟時(shí)間也大大縮短，器件壽命將成倍增加，不需要另外配備散熱元件，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。
[0058]在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu),其特征在于,所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)包括: 光纖放大器，該光纖放大器的輸入端與光源的輸出端相連接，該光纖放大器用以將輸入光信號(hào)經(jīng)功率放大后輸出； 有源驅(qū)動(dòng)電路，用以驅(qū)動(dòng)所述的光纖放大器； 驅(qū)動(dòng)控制電路，用以根據(jù)所述的輸入光信號(hào)是否到達(dá)所述的光纖放大器來(lái)控制所述的有源驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟或關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路包括驅(qū)動(dòng)控制器，所述的驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端與所述的光源的同步光信號(hào)輸出端相連接，所述的驅(qū)動(dòng)控制器與所述的有源驅(qū)動(dòng)電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu),其特征在于,所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)還包括光纖延遲器，該光纖延遲器連接于所述的光源與所述的光纖放大器之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路包括光纖耦合器、光電檢測(cè)器和驅(qū)動(dòng)控制器，所述的光纖耦合器的輸入端與所述的光源的輸出端相連接，所述的光纖耦合器的輸出端分別與所述的光纖放大器的輸入端、所述的光電檢測(cè)器的輸入端相連接，所述的驅(qū)動(dòng)控制器連接于所述的光電檢測(cè)器與有源驅(qū)動(dòng)電路之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu),其特征在于,所述的光纖放大電路結(jié)構(gòu)還包括光纖延遲器，該光纖延遲器連接于所述的光纖耦合器與所述的光纖放大器之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的光纖放大器為半導(dǎo)體光纖放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)電流電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的光纖放大器為摻雜稀土的光纖放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低功耗光纖放大電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的有源驅(qū)動(dòng)電路為泵浦激光器。
【文檔編號(hào)】H04B10/291GK104301038SQ201310300676
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】葉瑋, 張濤 申請(qǐng)人:上海拜安實(shí)業(yè)有限公司