专利名称：一种掺饵光纤放大器edfa增益控制方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种掺铒光纤放大器EDFA的增益控制方法。
背景技术：
掺铒光纤放大器EDFA是一种以掺铒光纤为介质，以泵浦光源为激励源的光放大器，它可对多波长光信号同时进行直接放大，用以弥补光纤传输损耗，而无须光—电—光转换，它是简化系统、降低成本、增加中继距离、提高光信号传输透明性及实现全光通信的关键器件。
在WDM系统中，由于掺铒光纤放大器EDFA的饱和特性，即工作于深饱和区的EDFA的输出光功率保持恒定，且在一定范围内不随输入功率的变化而变化，所以当部分波长信号不存在时，其能量会转移到其他存在的波长信号上，使得这些波长信号的光功率大大增加，导致接收机过载，光纤的非线性影响加重。另外，EDFA泵浦激光器老化也将使EDFA的增益下降，导致系统增益不足以补偿传输损耗，因此要求光放大器应有自动增益控制功能。EDFA在实际的系统级联使用中必须进行自动增益控制AGC，即当输入光功率在一个相当宽的范围内变化时，EDFA的信号增益保持恒定(Psout/Psin＝G＝常数)，确保DWDM系统中一个或多个信道的光功率发生变化时，其余信道的光功率不受影响。
EDFA的增益控制技术有许多种，最常用的自动增益控制AGC方法是通过控制泵浦电流来达到增益锁定，EDFA模块的控制电路板通过监测输入和输出功率的比值来控制给泵浦源加载的电流，从而控制泵浦激光器的输出光功率，当输入波长某些信号丢失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值即增益会增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出光功率，从而使EDFA的输出/输入增益不变，保持输出信号光功率的稳定。
增益锁定是指信号增益保持不变，即经过光放大器后的输出信号功率相对于输入信号功率的放大倍数维持不变(Psout/Psin＝G＝常数)。增益计算方法若以毫瓦为单位，则为输出功率除以输入功率，若以dBm为单位则为输出功率减去输入功率。在泵浦控制AGC过程中，一般是用光电探测器来对输入和输出光功率进行监测并由此计算得出增益，与额定增益进行比较产生偏差信号，用此信号对泵浦电流进行上下调节使增益恢复到额定增益值。但在实际的输出总光功率中除了放大后的信号功率还包括了一部分放大自发辐射噪声ASE功率，因此并不能单纯地以输出光功率减去输入光功率得出增益并维持此增益不变来进行增益控制，因为有ASE功率的影响，此时信号并没有真正锁定。
为解决此问题，可以用光谱仪来进行监测，记录不同波长数即不同输入信号功率情况下维持单波信号增益锁定时的输出光功率来保持信号增益锁定，或者对输入输出进行线形拟和，假定输入输出光功率为一个线形关系如Pout＝K*(Pin+B)+C，对EDFA进行测试几个数据点得出几个常数值。但用此两种方法获取输出光功率，比较繁琐，过程比较复杂，精度也不高，且在额定增益变化的情况下必须重新测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，以解决现有技术中数据精确度低，过程复杂的问题，实现简单且精确度高的掺铒光纤放大器EDFA增益控制。
本发明所采用的方法为在掺铒光纤放大器EDFA增益控制中，用监测到的输出光功率扣除所需额定增益要求下的放大自发辐射ASE功率，获得纯输出信号功率，然后再与输入信号功率相较得即时增益，该即时增益与所需额定增益进行比较产生偏差信号，用此偏差信号对泵浦电流进行调节使即时增益获得额定增益值。
所述的ASE功率采用如下步骤获得A、根据掺铒光纤放大器EDFA增益规格要求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率，使输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪记录此时的输出光谱图；B、移走输入光信号，调节泵浦功率，使无输入信号时的ASE光谱与上述步骤A中有输入信号时的光谱的ASE轮廓形状基本重合；C、用光功率计测量输出信号功率，此时所测量的功率即所述的额定增益要求下的ASE功率。
所述的ASE功率采用如下方法获得根据掺铒光纤放大器EDFA放大器增益规格需求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率，使输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪记录此时的输出光谱图，对该输出光谱图的ASE曲线进行积分算出整个ASE曲线的功率值，计算出的功率值为所述的额定增益要求下的ASE功率；所述的输出信号功率为单波输出信号功率，根据相应的单波输入信号功率，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率使其达到所需额定增益；取两个额定增益要求下的相应ASE功率值，根据ASE功率值与额定增益值的线形关系，从而获得其它额定增益要求下的相应ASE功率值。
本发明的有益效果为在本发明中，将额定增益要求下的放大自发辐射ASE光功率从输出光功率中扣除，作为信号增益计算的基础，即取得纯输出信号功率所对应的即时增益，该即时增益与所需额定增益进行比较产生偏差信号，用此偏差信号对泵浦电流进行调节使即时增益获得额定增益值，这种方法只需首先取得两个额定增益要求下的相应ASE光功率值即可，工作量较小，且在原理上消除了ASE功率的影响，使信号实现真正的锁定，数据精确度高，因此，本发明实现了工作量小且数据精确度高的掺铒光纤放大器EDFA增益控制。
图1为本发明ASE测试方法示意图；图2为无输入信号和有输入信号时的ASE曲线基本重合时光谱示意图；图3为ASE与增益的线性关系曲线示意图；图4为实验EDFA模块1的光输出功率数据比较示意图，所得光输出功率数据分别为采用光谱仪监测时与采用本发明计算的结果；图5为实验EDFA模块1的增益比较示意图，所示增益曲线分别为采用光谱仪监测时的总增益、采用本发明计算的总增益、纯信号增益；图6为实验EDFA模块2的光输出功率数据比较示意图，所得光输出功率数据分别为采用光谱仪监测时与采用本发明计算的结果；图7为实验EDFA模块2的增益比较示意图，所示增益曲线分别为采用光谱仪监测时的总增益、采用本发明计算的总增益。
具体实施例方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明在本发明所采用的掺铒光纤放大器EDFA增益控制中，用监测到的输出光功率扣除所需额定增益要求下的放大自发辐射ASE功率，获得纯号输出信号功率，然后再与输入信号功率相较得即时增益，该即时增益与所需额定增益进行比较产生偏差信号，用此偏差信号对泵浦电流进行调节使即时增益获得额定增益值。因为ASE功率可以由EDFA的增益唯一确定，即对应一定的增益规格，保持信号增益锁定时其ASE是一个固定值。因此只要知道增益要求和在此增益情况下的ASE功率，可以直接用监测到的输出光功率扣除ASE功率获得纯信号输出功率，然后再减去输入信号功率即可得增益，维持此增益值不变来进行增益锁定控制。此时的增益值是一个常数。
上述的ASE功率采用如下步骤获得A、如图2所示，根据掺铒光纤放大器EDFA增益规格需求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率从光谱仪上观察输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪OSA存储功能即trace功能记录此时的输出光谱图；例如，额定增益要求是20dB，输入单波信号功率是-19dBm，取波数为40波，则总输入信号功率是-3dB，扫描放大后的输出信号光谱，调节放大器的泵浦功率直至光谱仪上读出的单波信号输出功率为1dBm，此时的光谱图即为达到所需额定增益时的光谱图。
B、移走输入光信号，此时输出的是ASE光谱图，图1中反映为实线型ASE曲线，如图2所示，调节泵浦功率，使无输入信号时的ASE光谱，即如图1所示的实线型ASE曲线与上述步骤A中有输入信号时的光谱的ASE，即如图1所示的虚线型ASE曲线轮廓形状基本重合；C、如图1所示，用光功率计测量输出功率，此时所测量的功率即所述的额定增益要求下的ASE功率。
上述的ASE功率也可采用如下方法获得根据掺铒光纤放大器EDFA放大器增益规格需求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率从光谱仪上观察输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪OSA记录此时的输出光谱图，对该输出光谱图的ASE曲线进行积分算出整个ASE曲线的功率值，计算出的功率值为所述的额定增益要求下的ASE功率。
在实验中发现，虽然按理论来讲增益锁定时不同输入信号功率(即不同通道数)时的ASE噪声功率应为一个固定值，但实际上还是有微小的差异，在输入信号功率小时ASE偏大，在用本发明进行增益计算时，如果取多波时的ASE值计算所应设的输出功率，则普遍比实际增益锁定时的所需输出功率小，因此获取固定ASE值时最好取一两波输入时的ASE功率值。因为ASE是一个固定值，对于大输入信号，输出功率高，ASE在其中占的比例很小，所以ASE值取值大小对其输出功率影响很小，而对于少波，如一两波时，ASE有时占整个输出功率的一半或更多，此时ASE值的略微偏差都会导致输出功率不准，增益变化很大，所以要保证少波即较小输入功率时的数据准确性，可取单波时的ASE为固定ASE值。因此，在实际应用中，输出信号功率采用单波输出信号功率，根据相应的单波输入信号功率，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率使其达到所需额定增益。
如前所述，对固定增益的放大器，其ASE噪声功率是一个固定值，当增益变化时则ASE值也变化，ASE值与增益值的关系是一个线形关系，即随着增益变大，ASE也变大，如图3所示，在增益改变时可以不用一一测量获取不同增益时的ASE值，只要测试两个点的ASE值或一个点的ASE值加斜率值即可按线形关系计算得任何增益时的固定ASE值，在实际应用中，可取两个额定增益要求下的相应ASE功率值，根据ASE功率值与额定增益值的线形关系，从而获得其它额定增益要求下的相应ASE功率值。
按本发明计算数据进行增益控制，单波信号功率锁定精度在+/-0.2dB，有关具体数据如下实验数据图表可见。
如图4所示的实验EDFA模块1的光输出功率数据比较示意图，所得光输出功率数据分别为采用光谱仪监测时与采用本发明计算的结果，图4中两种光输出功率曲线已几乎全部重叠。
如图5所示的实验EDFA模块1的增益比较示意图，所示增益曲线分别为采用光谱仪监测时的总增益、采用本发明计算的总增益、纯信号增益，在图5中，纯信号增益曲线体现为增益为常数的水平线，采用光谱仪监测时的总增益曲线和采用本发明计算的总增益曲线为相接近的两条曲线，但采用本发明计算的总增益曲线更为平滑，更具有规律性。
如图6所示的实验EDFA模块2的光输出功率数据比较示意图，所得光输出功率数据分别为采用光谱仪监测时与采用本发明计算的结果，图6中两种光输出功率曲线已几乎全部重叠。
如图7所示的实验EDFA模块2的增益比较示意图，所示增益曲线分别为采用光谱仪监测时的总增益、采用本发明计算的总增益，在图7中，采用光谱仪监测时的总增益曲线和采用本发明计算的总增益曲线为相接近的两条曲线，但采用本发明计算的总增益曲线更为平滑，更具有规律性。
总之，对实验所用模块同时进行光谱仪获取数据，所得数据与采用本发明的计算数据相比较，基本相同。
对于本发明，唯一需要测试的量就是ASE功率，其他数据都是计算所得，只要ASE测试准确，则数据就比较精确，误差源少，而现有技术中的数据收集方法，过程比较复杂，误差源比较多，特别是在需要改变额定增益时必须重新进行测试获取输出功率值或关系曲线，工作量大。
权利要求
1.一种掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，其特征在于在掺铒光纤放大器EDFA增益控制中，用监测到的输出光功率扣除所需额定增益要求下的放大自发辐射ASE功率，获得纯输出信号功率，然后再与输入信号功率相较得即时增益，该即时增益与所需额定增益进行比较产生偏差信号，用此偏差信号对泵浦电流进行调节使即时增益获得额定增益值。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下步骤获得A、根据掺铒光纤放大器EDFA增益规格要求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率，使输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪记录此时的输出光谱图；B、移走输入光信号，调节泵浦功率，使无输入信号时的ASE光谱与上述步骤A中有输入信号时的光谱的ASE轮廓形状基本重合；C、用光功率计测量输出信号功率，此时所测量的功率即所述的额定增益要求下的ASE功率。
3.根据权利要求1所述的掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的ASE功率采用如下方法获得根据掺铒光纤放大器EDFA放大器增益规格需求，任取一定波数的输入信号，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率，使输出信号功率相对输入信号功率达到所需额定增益，用光谱仪记录此时的输出光谱图，对该输出光谱图的ASE曲线进行积分算出整个ASE曲线的功率值，计算出的功率值为所述的额定增益要求下的ASE功率。
4.根据权利要求2或3所述的掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，其特征在于所述的输出信号功率为单波输出信号功率，根据相应的单波输入信号功率，调节掺铒光纤放大器EDFA的泵浦功率使其达到所需额定增益。
5.根据权利要求2或3所述的掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，其特征在于取两个额定增益要求下的相应ASE功率值，根据ASE功率值与额定增益值的线形关系，从而获得其它额定增益要求下的相应ASE功率值。
全文摘要
一种涉及光通信技术的掺铒光纤放大器EDFA增益控制方法，在掺铒光纤放大器EDFA增益控制中，用监测到的输出光功率扣除所需额定增益要求下的ASE功率，获得纯输出信号功率，然后再与输入信号功率相较得即时增益，该即时增益与所需额定增益进行比较产生偏差信号，用此偏差信号对泵浦电流进行调节使即时增益获得额定增益值；所述的ASE功率通过使用光谱仪获取不同输入信号功率情况下的增益锁定时的输出光谱图，再获取没有输入信号的ASE光谱，调节泵浦功率，使无输入信号时的ASE光谱与存储的有输入信号时的光谱的ASE轮廓形状基本重合，用光功率计测量此时的功率，即ASE功率，本发明实现了工作量小且数据精确度高的掺铒光纤放大器EDFA增益控制。
文档编号G02F1/35GK1570748SQ0314737
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月12日 优先权日2003年7月12日
发明者陆新荣, 马立萍 申请人:华为技术有限公司