專利名稱：一種摻餌光纖放大器edfa增益控制方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術，尤其涉及一種摻鉺光纖放大器EDFA的增益控制方法。
背景技術：
摻鉺光纖放大器EDFA是一種以摻鉺光纖為介質，以泵浦光源為激勵源的光放大器，它可對多波長光信號同時進行直接放大，用以彌補光纖傳輸損耗，而無須光—電—光轉換，它是簡化系統、降低成本、增加中繼距離、提高光信號傳輸透明性及實現全光通信的關鍵器件。
在WDM系統中，由于摻鉺光纖放大器EDFA的飽和特性，即工作于深飽和區的EDFA的輸出光功率保持恒定，且在一定范圍內不隨輸入功率的變化而變化，所以當部分波長信號不存在時，其能量會轉移到其他存在的波長信號上，使得這些波長信號的光功率大大增加，導致接收機過載，光纖的非線性影響加重。另外，EDFA泵浦激光器老化也將使EDFA的增益下降，導致系統增益不足以補償傳輸損耗，因此要求光放大器應有自動增益控制功能。EDFA在實際的系統級聯使用中必須進行自動增益控制AGC，即當輸入光功率在一個相當寬的范圍內變化時，EDFA的信號增益保持恒定(Psout/Psin＝G＝常數)，確保DWDM系統中一個或多個信道的光功率發生變化時，其余信道的光功率不受影響。
EDFA的增益控制技術有許多種，最常用的自動增益控制AGC方法是通過控制泵浦電流來達到增益鎖定，EDFA模塊的控制電路板通過監測輸入和輸出功率的比值來控制給泵浦源加載的電流，從而控制泵浦激光器的輸出光功率，當輸入波長某些信號丟失時，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值即增益會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出光功率，從而使EDFA的輸出/輸入增益不變，保持輸出信號光功率的穩定。
增益鎖定是指信號增益保持不變，即經過光放大器后的輸出信號功率相對于輸入信號功率的放大倍數維持不變(Psout/Psin＝G＝常數)。增益計算方法若以毫瓦為單位，則為輸出功率除以輸入功率，若以dBm為單位則為輸出功率減去輸入功率。在泵浦控制AGC過程中，一般是用光電探測器來對輸入和輸出光功率進行監測并由此計算得出增益，與額定增益進行比較產生偏差信號，用此信號對泵浦電流進行上下調節使增益恢復到額定增益值。但在實際的輸出總光功率中除了放大后的信號功率還包括了一部分放大自發輻射噪聲ASE功率，因此并不能單純地以輸出光功率減去輸入光功率得出增益并維持此增益不變來進行增益控制，因為有ASE功率的影響，此時信號并沒有真正鎖定。
為解決此問題，可以用光譜儀來進行監測，記錄不同波長數即不同輸入信號功率情況下維持單波信號增益鎖定時的輸出光功率來保持信號增益鎖定，或者對輸入輸出進行線形擬和，假定輸入輸出光功率為一個線形關系如Pout＝K*(Pin+B)+C，對EDFA進行測試幾個數據點得出幾個常數值。但用此兩種方法獲取輸出光功率，比較繁瑣，過程比較復雜，精度也不高，且在額定增益變化的情況下必須重新測試。
發明內容
本發明的目的在于提供一種摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，以解決現有技術中數據精確度低，過程復雜的問題，實現簡單且精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。
本發明所采用的方法為在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發輻射ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時增益，該即時增益與所需額定增益進行比較產生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進行調節使即時增益獲得額定增益值。
所述的ASE功率采用如下步驟獲得A、根據摻鉺光纖放大器EDFA增益規格要求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀記錄此時的輸出光譜圖；B、移走輸入光信號，調節泵浦功率，使無輸入信號時的ASE光譜與上述步驟A中有輸入信號時的光譜的ASE輪廓形狀基本重合；C、用光功率計測量輸出信號功率，此時所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
所述的ASE功率采用如下方法獲得根據摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規格需求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀記錄此時的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進行積分算出整個ASE曲線的功率值，計算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率；所述的輸出信號功率為單波輸出信號功率，根據相應的單波輸入信號功率，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達到所需額定增益；取兩個額定增益要求下的相應ASE功率值，根據ASE功率值與額定增益值的線形關系，從而獲得其它額定增益要求下的相應ASE功率值。
本發明的有益效果為在本發明中，將額定增益要求下的放大自發輻射ASE光功率從輸出光功率中扣除，作為信號增益計算的基礎，即取得純輸出信號功率所對應的即時增益，該即時增益與所需額定增益進行比較產生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進行調節使即時增益獲得額定增益值，這種方法只需首先取得兩個額定增益要求下的相應ASE光功率值即可，工作量較小，且在原理上消除了ASE功率的影響，使信號實現真正的鎖定，數據精確度高，因此，本發明實現了工作量小且數據精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。
圖1為本發明ASE測試方法示意圖；圖2為無輸入信號和有輸入信號時的ASE曲線基本重合時光譜示意圖；圖3為ASE與增益的線性關系曲線示意圖；圖4為實驗EDFA模塊1的光輸出功率數據比較示意圖，所得光輸出功率數據分別為采用光譜儀監測時與采用本發明計算的結果；圖5為實驗EDFA模塊1的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監測時的總增益、采用本發明計算的總增益、純信號增益；圖6為實驗EDFA模塊2的光輸出功率數據比較示意圖，所得光輸出功率數據分別為采用光譜儀監測時與采用本發明計算的結果；圖7為實驗EDFA模塊2的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監測時的總增益、采用本發明計算的總增益。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明在本發明所采用的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發輻射ASE功率，獲得純號輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時增益，該即時增益與所需額定增益進行比較產生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進行調節使即時增益獲得額定增益值。因為ASE功率可以由EDFA的增益唯一確定，即對應一定的增益規格，保持信號增益鎖定時其ASE是一個固定值。因此只要知道增益要求和在此增益情況下的ASE功率，可以直接用監測到的輸出光功率扣除ASE功率獲得純信號輸出功率，然后再減去輸入信號功率即可得增益，維持此增益值不變來進行增益鎖定控制。此時的增益值是一個常數。
上述的ASE功率采用如下步驟獲得A、如圖2所示，根據摻鉺光纖放大器EDFA增益規格需求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率從光譜儀上觀察輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀OSA存儲功能即trace功能記錄此時的輸出光譜圖；例如，額定增益要求是20dB，輸入單波信號功率是-19dBm，取波數為40波，則總輸入信號功率是-3dB，掃描放大后的輸出信號光譜，調節放大器的泵浦功率直至光譜儀上讀出的單波信號輸出功率為1dBm，此時的光譜圖即為達到所需額定增益時的光譜圖。
B、移走輸入光信號，此時輸出的是ASE光譜圖，圖1中反映為實線型ASE曲線，如圖2所示，調節泵浦功率，使無輸入信號時的ASE光譜，即如圖1所示的實線型ASE曲線與上述步驟A中有輸入信號時的光譜的ASE，即如圖1所示的虛線型ASE曲線輪廓形狀基本重合；C、如圖1所示，用光功率計測量輸出功率，此時所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
上述的ASE功率也可采用如下方法獲得根據摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規格需求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率從光譜儀上觀察輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀OSA記錄此時的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進行積分算出整個ASE曲線的功率值，計算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率。
在實驗中發現，雖然按理論來講增益鎖定時不同輸入信號功率(即不同通道數)時的ASE噪聲功率應為一個固定值，但實際上還是有微小的差異，在輸入信號功率小時ASE偏大，在用本發明進行增益計算時，如果取多波時的ASE值計算所應設的輸出功率，則普遍比實際增益鎖定時的所需輸出功率小，因此獲取固定ASE值時最好取一兩波輸入時的ASE功率值。因為ASE是一個固定值，對于大輸入信號，輸出功率高，ASE在其中占的比例很小，所以ASE值取值大小對其輸出功率影響很小，而對于少波，如一兩波時，ASE有時占整個輸出功率的一半或更多，此時ASE值的略微偏差都會導致輸出功率不準，增益變化很大，所以要保證少波即較小輸入功率時的數據準確性，可取單波時的ASE為固定ASE值。因此，在實際應用中，輸出信號功率采用單波輸出信號功率，根據相應的單波輸入信號功率，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達到所需額定增益。
如前所述，對固定增益的放大器，其ASE噪聲功率是一個固定值，當增益變化時則ASE值也變化，ASE值與增益值的關系是一個線形關系，即隨著增益變大，ASE也變大，如圖3所示，在增益改變時可以不用一一測量獲取不同增益時的ASE值，只要測試兩個點的ASE值或一個點的ASE值加斜率值即可按線形關系計算得任何增益時的固定ASE值，在實際應用中，可取兩個額定增益要求下的相應ASE功率值，根據ASE功率值與額定增益值的線形關系，從而獲得其它額定增益要求下的相應ASE功率值。
按本發明計算數據進行增益控制，單波信號功率鎖定精度在+/-0.2dB，有關具體數據如下實驗數據圖表可見。
如圖4所示的實驗EDFA模塊1的光輸出功率數據比較示意圖，所得光輸出功率數據分別為采用光譜儀監測時與采用本發明計算的結果，圖4中兩種光輸出功率曲線已幾乎全部重疊。
如圖5所示的實驗EDFA模塊1的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監測時的總增益、采用本發明計算的總增益、純信號增益，在圖5中，純信號增益曲線體現為增益為常數的水平線，采用光譜儀監測時的總增益曲線和采用本發明計算的總增益曲線為相接近的兩條曲線，但采用本發明計算的總增益曲線更為平滑，更具有規律性。
如圖6所示的實驗EDFA模塊2的光輸出功率數據比較示意圖，所得光輸出功率數據分別為采用光譜儀監測時與采用本發明計算的結果，圖6中兩種光輸出功率曲線已幾乎全部重疊。
如圖7所示的實驗EDFA模塊2的增益比較示意圖，所示增益曲線分別為采用光譜儀監測時的總增益、采用本發明計算的總增益，在圖7中，采用光譜儀監測時的總增益曲線和采用本發明計算的總增益曲線為相接近的兩條曲線，但采用本發明計算的總增益曲線更為平滑，更具有規律性。
總之，對實驗所用模塊同時進行光譜儀獲取數據，所得數據與采用本發明的計算數據相比較，基本相同。
對于本發明，唯一需要測試的量就是ASE功率，其他數據都是計算所得，只要ASE測試準確，則數據就比較精確，誤差源少，而現有技術中的數據收集方法，過程比較復雜，誤差源比較多，特別是在需要改變額定增益時必須重新進行測試獲取輸出功率值或關系曲線，工作量大。
權利要求
1.一種摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的放大自發輻射ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時增益，該即時增益與所需額定增益進行比較產生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進行調節使即時增益獲得額定增益值。
2.根據權利要求1所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下步驟獲得A、根據摻鉺光纖放大器EDFA增益規格要求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀記錄此時的輸出光譜圖；B、移走輸入光信號，調節泵浦功率，使無輸入信號時的ASE光譜與上述步驟A中有輸入信號時的光譜的ASE輪廓形狀基本重合；C、用光功率計測量輸出信號功率，此時所測量的功率即所述的額定增益要求下的ASE功率。
3.根據權利要求1所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下方法獲得根據摻鉺光纖放大器EDFA放大器增益規格需求，任取一定波數的輸入信號，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率，使輸出信號功率相對輸入信號功率達到所需額定增益，用光譜儀記錄此時的輸出光譜圖，對該輸出光譜圖的ASE曲線進行積分算出整個ASE曲線的功率值，計算出的功率值為所述的額定增益要求下的ASE功率。
4.根據權利要求2或3所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的輸出信號功率為單波輸出信號功率，根據相應的單波輸入信號功率，調節摻鉺光纖放大器EDFA的泵浦功率使其達到所需額定增益。
5.根據權利要求2或3所述的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，其特征在于取兩個額定增益要求下的相應ASE功率值，根據ASE功率值與額定增益值的線形關系，從而獲得其它額定增益要求下的相應ASE功率值。
全文摘要
一種涉及光通信技術的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制方法，在摻鉺光纖放大器EDFA增益控制中，用監測到的輸出光功率扣除所需額定增益要求下的ASE功率，獲得純輸出信號功率，然后再與輸入信號功率相較得即時增益，該即時增益與所需額定增益進行比較產生偏差信號，用此偏差信號對泵浦電流進行調節使即時增益獲得額定增益值；所述的ASE功率通過使用光譜儀獲取不同輸入信號功率情況下的增益鎖定時的輸出光譜圖，再獲取沒有輸入信號的ASE光譜，調節泵浦功率，使無輸入信號時的ASE光譜與存儲的有輸入信號時的光譜的ASE輪廓形狀基本重合，用光功率計測量此時的功率，即ASE功率，本發明實現了工作量小且數據精確度高的摻鉺光纖放大器EDFA增益控制。
文檔編號G02F1/35GK1570748SQ0314737
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月12日 優先權日2003年7月12日
發明者陸新榮, 馬立萍 申請人:華為技術有限公司