专利名称：一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤放大器领域，特别是涉及一种提高信号功率和自发辐射ASE功率 比值的装置和方法。
背景技术：
在现有放大器中，特别是单信道工作波长可变的放大器中，信号功率(Ps)和自发 辐射功率(ASE为自发辐射在整个带宽内积分)的比值P是衡量光放大器的一个重要指标。 如果比值较小可能会因为ASE功率较大而导致接收器饱和甚至达到破坏阈值而烧毁，而且 较大ASE和ASE之间的拍频噪声也会降低接收器的信噪比。但由于放大器的自身特点，如 不采取特殊器件，Ps/ASE的比值将会限制在一个较低的值上。如取EDFA信号波长范围为 1528nm-1562nm，输入-28dBm，增益为38dB，已知EDFA的噪声极限为3dB，那么据计算可得 Ps/ASE极限为11. 7dB。而实际情况会因为增益谱不平坦，EDFA噪声大于3dB而远远低于 这个值。因此一种有效增加Ps/ASE比值方法成为必要。
发明内容
本发明提出一种实用的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法和装 置，该方法和装置把输出的光通道切换到信号功率所在的带通滤波器BPF，把带通滤波器带 通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，这样就会降低ASE噪声功率的光功率而保持信号 光功率不变，从而提高信号功率和ASE噪声功率之间的比值。 为了实现上述目的，本发明提供一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方 法包括步骤一，系统接受信号波长信息，并且信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通 道切换器件IS，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的滤波器BPF ;步骤二，滤波 器BPF将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光 功率通过滤波器BPF ;步骤三，通过输出光通道切换器件OS将所述小部分ASE噪声功率的 光和光信号功率切换回光路。 其中，较佳又选方案为步骤一之前还包括微处理器MCU接受波长探测器WD信息 判断信号波长范围。 本发明还包括一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征在 于包括一 1Xn输入光通道切换器件IS， n个滤波器BPF和一 nX 1输出光通道切换器件 0S，其中，信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件IS，把输入的光通道切换 到信号功率所在的滤波器BPF，滤波器BPF将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，通 过输出光通道切换器件OS将所述小部分ASE噪声功率的光和光信号功率切换进入光路。
其中，较佳优选方案为，所述的滤波器BPF为带通滤波器，它们的谱线覆盖整个放 大器的波长工作范围。 其中，较佳优选方案为，所述装置，当n二2时，它由一个lX2光开关，两个滤波器 BPF和一个2 X 1光开串联组成。当n〉2时，它由一个lXn光开关IS，n个带通滤波器和
3一nXl光开关串联组成。所述光开关，在输入端，它为lXn型，在输出端它为nXl型。 其中，较佳优选方案为，所述滤波器可为带通滤波器，其数量大于等于2。 其中，较佳优选方案为，该装置的位置可位于放大器末端，放大器中间级或多级放
大器之间。 其中，较佳优选方案为，本装置还包括一波长探测器WD，它由一系列三端口波分复
用器WDM组成，各波分复用器WDM透射波带和带通滤波器BPF带通范围相对应。 其中，较佳优选方案为，所述波长探测器WD由多个波分复用器WDM串联组成，每个
波分复用器W匿透射端后可接一探测器PD探测。 本发明的优点在于 1.该装置SBS能够提高信号功率和ASE噪声功率比值，从而有效地抑制接收器饱 和现象和ASE和ASE之间的拍频噪声。对于一个n通道的装置SBS，它改善信号功率和ASE 噪声功率比值约为10*logl0(n)dB。 2.该装置SBS相对于其它同等功能器件，如可调滤波器，它成本低，占用空间小。 SBS —般由光开关和带通滤波器组成，器件技术成熟生产工期短，因而它非常实用。
3.该装置SBS设计灵活，无论是装置SBS的通道数还是装置SBS在EDFA的位置都 是一种设计自由度，设计者可在成本和性能中可进行自由取舍，根据系统需要进行不同设 计。因而含装置SBS的EDFA的设计很灵活。 4.当系统不能提高波长信息时，波长探测器能够实时，连续提供探测信号波长范 围，提供给装置SBS实时控制信息。
下面接合附图对本发明的实施方法进一步说明 图l表示本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置的结构 图。 图2表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放大 器中的光路图。 图3表示本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置的BPF的 谱形图。 图4表示本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置的放大器 的控制方法流程。 图5a表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放 大器的末端。 图5b表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放 大器的中间级。 图5c表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于位 于多级放大器之间。 图6表示本发明一种提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置的波长探测器WD 结构图。 图7表示本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的另一实施例包括波长探测器WD结构图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明一种提高EDFA中信号功率和ASE噪声功率比值比值的装 置和方法作进一步说明。 本发明提出了一种提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS，该装置是主光 路中新加入的一个组合器件。 图1为本发明多通道SBS装置的结构图。如图1所示，装置SBS由三组器件组成 输入端通道切换开关IS、带通滤波器BPF和输出通道切换开关OS。对于n通道的SBS，输入 端通道切换开关IS应该是也应该为1 Xn结构，带通滤波器BPF应该而OS应该为nX 1的 结构，其中开关的切换可被微处理器MCU控制的。其通道数n取决于系统设计需要，n值越 大，输入端通道切换开关IS和输出通道切换开关OS带来的插损也越大，带通滤波器BPF也 越多，这样虽然信号功率和ASE噪声功率比值会更大，但同是也会造成成本成倍增加和泵 浦功率浪费，当然n值越小，那么信号功率和ASE噪声功率比值改善越不明显。
图2表示本发明提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放大 器中的光路图，如图2所示提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS为二通 道的装置SBS，由第一输入光通道切换器件IS1、第二输入光通道切换器件IS2、第一带通滤 波器BPF1、第二代通滤波器BPF2以及以耦合器coupler组成，从主光路接受信号波长信息， 并且信号功率光和ASE噪声功率光从第一输入光通道切换器件IS1/第二输入光通道切换 器件IS2中选择相应的信道，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的第一带通滤 波器BPF1/第二代通滤波器BPF2 ;带通滤波器BPF1/第二代通滤波器BPF2将带通范围外 的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光功率通过带通滤波器 BPF1/第二代通滤波器BPF2 ;通过耦合器coupler将所述小部分ASE噪声功率的光和光信 号功率切换回主光路。 图3为本发明提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的带通滤波器BPF谱 形图，从图3可以看出，整个工作波长范围被分为n段，不同带通滤波器BPF带通波段不同。 当当前工作波长变换时，提高信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS会切换到信号光所 在的带通滤波器BPF，把带通滤波器BPF带通范围外的ASE噪声功率光全部滤掉，这样就会 降低ASE噪声功率光而保持信号光功率不变，提高信号功率和ASE噪声功率比值。
该发明提出的一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的方法，它的工作 原理如下 本实施例以掺铒光放大器为例，当普通单信道工作波长可变掺铒光放大器工作 时，铒纤会产生大量的自发辐射噪声ASE， ASE被增益平坦滤波器GFF后会滤掉工作区间外 绝大部分，但在经过EDFA输出后的ASE噪声功率仍然很大，它们功率大部分集中在工作波 长范围内。本发明把输出的信号功率光和ASE噪声功率光切换到信号光所在的带通滤波器 BPF，这样带通滤波器BPF带通范围外的ASE噪声功率光就会被滤掉。在理想情况下，带通 滤波器BPF带宽占信号频率范围的比值就是ASE噪声功率光减小的倍数，也就是信号功率 和ASE噪声功率比值提高的倍数。如对于一 n通道等波长间距的提高信号功率和ASE噪声 功率比值的装置SBS，那么它可可提高信号功率和ASE噪声功率比值为lOWoglO(n)，单位为dB。同时SBS切换时间短，为100ms以内。 本发明方法主要包括下列步骤步骤一，MCU接受波长探测器WD信息判断信号波 长范围；步骤二，系统接受信号波长信息，并且信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通 道切换器件，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的带通滤波器；步骤三，带通滤 波器将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光功 率通过带通滤波器；步骤四，通过输出光通道切换器件将所述小部分ASE噪声功率的光和 光信号功率切换回主光路。 本发明方法的操作步骤如图3所示左边是光放大器工作的主流程，在光放大器 EDFA启动后，进行工作参数设置，然后它就处于正常工作状态直至关闭。右边是波长切换时 候的中断流程，在波长切换信息到来之后，EDFA就立即进行设置参数保存和关泵；然后根 据新的工作波长切换输入光通道切换器件IS和输出光通道切换器件0S，使工作波长位于 带通滤波器BPF的带通范围之内；最后开泵，释放保存的EDFA参数，中断结束。
本发明提供的一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的另一 应用结构图，它在放大器中的位置比较灵活，主要取决于实际系统的需要。如图4a所示，提 高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS处于放大器的末端，此时少量通道就 实现较大性能的信号功率和ASE噪声功率比值的提高，但同时会因为提高放大器中信号功 率和ASE噪声功率比值的装置SBS的插损而需要更大的输出信号功率。如图4b中，提高放 大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS也可位于EDFA的中间级，因为输出功率主 要取决于后级0A，因此此结构并不会造成泵浦功率的浪费，但因为提高放大器中信号功率 和ASE噪声功率比值的装置SBS只能过滤第一级带通滤波器BPF带宽外的噪声功率ASE，第 二级OA仍会在带通滤波器BPF带宽外产生噪声功率ASE，因此它对信号功率和ASE噪声功 率的改善不如上图4a。提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS的具体位置 主要取决于成本，噪声和信号功率和ASE噪声功率比值指标的权衡。图4c所述的装置SBS 位于多级放大器之间，它能够提高放大器级联时的信号功率和ASE噪声功率的比值。
图6所示为本发明波长探测器，它由一系列三端口 WDM组成，各WDM透射波带和 BPF带通范围相对应，当输入光从主光路经过耦合器分出来的光经过WDM时，如果它的波长 在WDM透射带范围之内，那么此WDM后的功率探测器PD读数会远远大于其它PD读数，也就 是说波长在此WDM透射带中。 图7所示为本发明一种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置的二通 道的实验装置图。其中，所述二通道波长探测器WD，可由一3dB耦合器coupler、第一功率 探测器PD1 、第二功率探测器PD2和一个带通滤波器BPF组成。当第一功率探测器PD1和第 二功率探测器PD2功率读数差别很大时，波长肯定位于带通滤波器BPF外；如果第一功率探 测器PD1和第二功率探测器PD2功率读数差别很小时，波长肯定位于带通滤波器BPF内。
图7中的二通道装置SBS由一光开关和一3dB耦合器3dB Coupler组成。首先， 输入端波长探测器WD将第一功率探测器PD1、第二功率探测器PD2探测的输入信号功率信 息输入到微处理器MCU，微处理器MCU判断信号波长范围；然后，所述微处理器MCU根据信 号波长范围控制装置SBS，使SBS输入光开关切换到信号波长所对应的带通滤波器BPF ;最 后，放大后的信号光经3dB Coupler汇入主光路。 其中，所述提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置SBS中的输出光通道切换器件OS部分可由一个3dB耦合器代替，这样虽然会降低输出功率，但减小了装置SBS 部分成本和占用的空间。这种结构的装置SBS特别适合置于两级EDFA中的中间级中。此 装置SBS为双通道，因此它可以提高信号功率和ASE噪声功率比值为10*logl0 (2)，即3dB。 其中，所述处理器MCU负责增益设置、泵浦控制、输入输出功率监测和工作波长切换中断处理。 本发明提供一种实用的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置和方 法，它的优点在于 1.该装置SBS能够提高信号功率和ASE噪声功率比值，从而有效地抑制接收器饱 和现象和ASE之间的拍频噪声。对于一个n通道的装置SBS，它改善信号功率和ASE噪声功 率比值约为10*loglO(n)dB。 2.该装置SBS相对于其它同等功能器件，如可调滤波器，它成本低，占用空间小。 装置SBS —般由光开关和带通滤波器组成，器件技术成熟生产工期短，因而它非常实用。
3.该装置SBS设计灵活，无论是装置SBS的通道数还是装置SBS在EDFA的位置都 是一种设计自由度，设计者可在成本和性能中可进行自由取舍，根据系统需要进行不同设 计。因而含装置SBS的EDFA的设计很灵活。 4.当系统不能提高波长信息时，波长探测器能够实时，连续提供探测信号波长范 围，提供给SBS装置实时控制信息。 以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发 明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
权利要求
一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法包括步骤一，系统接受信号波长信息，并且信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件IS，把输入的光通道从主光路切换到信号波长所在的滤波器BPF；步骤二，滤波器BPF将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光功率通过滤波器BPF；步骤三，通过输出光通道切换器件OS将所述小部分ASE噪声功率的光和光信号功率切换回进入光路。
2. 如权利要求1所述提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法，其特征在于步 骤一之前还包括波长探测器WD信息判断信号波长范围。
3. —种提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征在于包括一 lXn 输入光通道切换器件IS， n个滤波器BPF和一 nX 1输出光通道切换器件0S，其中，信号功 率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件IS，把输入的光通道切换到信号功率所在 的滤波器BPF，滤波器BPF将带通范围外的ASE噪声功率的光全部滤掉，通过输出光通道切 换器件OS将所述小部分ASE噪声功率的光和光信号功率切换进入光路。
4. 根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征 在于所述的滤波器BPF为带通滤波器，它们的谱线覆盖整个放大器的波长工作范围。
5. 根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征 在于所述装置，当n二2时，它由一个lX2光开关，两个滤波器BPF和一个2 X 1光开串联 组成。当n > 2时，它由一个1Xn光开关IS，n个带通滤波器和一nXl光开关串联组成。
6. 根据权利要求5所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征 在于所述光开关，在输入端，它为1 Xn型，在输出端它为nX 1型。
7. 根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征 在于所述滤波器可为带通滤波器，其数量大于等于2。
8. 根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和ASE功率比值的装置SBS，其特征 在于该装置的位置可位于放大器末端，放大器中间级或多级放大器之间。
9. 根据权利要求3所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其特征 在于还包括一波长探测器WD，它由一系列三端口波分复用器WDM组成，各波分复用器WDM 透射波带和带通滤波器BPF带通范围相对应。
10. 根据权利要求10中所述的提高放大器中信号功率和ASE噪声功率比值的装置，其 特征在于波长探测器WD由多个波分复用器WDM/耦合器coupler串联组成，每个波分复用 器WDM/耦合器coupler透射端后可接一探测器PD探测。
全文摘要
本发明提供一种提高放大器中信号功率和噪声功率比值的方法包括信号功率光和ASE噪声功率光通过输入光通道切换器件IS，把输入的光通道切换到信号波长所在的带通滤波器BPF；带通滤波器BPF将带通范围外的大部分ASE噪声功率滤掉，从而减小ASE噪声功率的光而信号光功率通过带通滤波器；通过输出光通道切换器件OS将所述小部分ASE噪声功率的光和光信号功率切换进入光路。该方法使窄带或单信道信号在信号波长变化时能切换到相应的带通滤波器BPF，从而滤掉了波段外ASE噪声功率光积累，提高信号功率光和ASE噪声功率光比值。该方法能有效提高信号功率光和ASE噪声功率光比值，成本低，占用空间小，设计灵活。
文档编号H04B17/00GK101719800SQ200810216688
公开日2010年6月2日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者虞爱华, 黄必昌 申请人:昂纳信息技术(深圳)有限公司