一种带有增益自动控制装置的rfa和edfa混合光放大器及其控制方法
【专利摘要】本发明的带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法，包括RFA模块、EDFA模块和控制模块，其中，RFA模块包括RFA增益控制单元，且RFA增益控制单元进一步包括输入光探测单元，OS?C功率监测单元，背向Raman?ASE监测单元，增益平坦滤波器单元(GFF)和输出光探测单元；其控制方法在于RFA模块的增益控制过程，结合启动定标过程计算的线路损耗控制实际增益和TITL，本发明实现混合光放大器的增益和TILT自动控制；且在系启动过程增加启动定标来计算线路损失以使整个系统的增益自动控制更加精确，通过对增益和TITL补偿循环重复分配使RFA与EDFA的实际增益和TILT达到目标值。
【专利说明】—种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信领域中的混合光放大器领域，特别涉及一种带有增益自动控制装置的Raman和EDFA混合光放大器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]混合光放大器(Hybrid Amplifier,简称HYFA)是将拉曼放大器(RamanAmplifier,简称RFA)和惨辑光纤放大器(Erbium-doped optical FiberAmplifier,简称EDFA)混合使用，使其同时具有RFA的低噪声指数(Noise Figure，简称NF)和EDFA的高增益，如图1所示。RFA在光路中对连接RFA的整条光纤中的光信号进行分布式放大，EDFA在光路中对输入EDFA的光信号进行放大后输出。早期混合放大器主要作为长跨距以及超长距离传输的解决方案，以提高系统的光信噪比(Signal-to-Noise Ratio，简称0SNR)。对于下一代100G高速传输系统，系统对OSNR的要求更为严格，HYFA将有更广泛的应用。因此，对HYFA提出许多新的要求，如小体积、低成本、自动增益控制(Automatic Gain Control,简称AGC)以及具有更优的噪声性能等。
【发明内容】
[0003]为达到上述发明目的，本发明提供一种实现自动增益控制的拉曼和EDFA混合光放大器。
[0004]本发明提供一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模块、一 EDFA模块和一控制模块，其中，沿正向光路，上述RFA模块设置在EDFA模块之前；上述控制模块对上述RFA模块和上述EDFA模块的光信号进行控制；其特征在于:上述RFA模块进一步包括一波分多路复用器、一 RFA增益控制单元和一 RFA泵浦单元，上述波分多路复用器对由上述经EDFA输入并放大的信号光和由上述RFA泵浦单元输出的泵浦光进行合光后同时输出至传输光纤，Raman泵浦光在传输光纤中对信号进行分布式放大。
[0005]本发明第二实施例提供一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模块、一 EDFA模块和一控制模块，其中，沿正向光路，上述EDFA设置在模块RFA模块之前；上述控制模块对上述EDFA模块和上述RFA模块的光信号进行控制；其特征在于:上述RFA模块进一步包括一波分多路复用器、一 RFA增益控制单元和一 RFA泵浦单元，其中，RFA增益控制单元进一步包括沿一输入光探测单元，一 OSC功率监测单元，一背向Raman ASE监测单元，一增益平台滤波器单元(GFF)和一输出光探测单元；上述波分多路复用器对由上述Raman模块输入的信号光和由上述RFA泵浦单兀输出的泵浦光进行合波,其中Raman泵浦光反向进入传输光纤中对信号进行分布式放大,信号光正向输入到RFA,然后经EDFA放大后输出。
[0006]其中,优选实施方式为:上述输入光探测单兀进一步包括一分光片、一 WDM和一监测器组成，其中从光路输入的信号光经过上述分光片分成两束光，一束光进入其后连接的OSC功率监测单元，同时另一束光进入WDM进行滤波，然后进入上述检测器监测输入的光信号的光功率。
[0007]其中，优选实施方式为:上述OSC功率监测单元进一步包括一 WDM、一分光片和一检测器。
[0008]其中，优选实施方式为:上述背向Raman ASE监测单元进一步包括一 WDM和一监控器，上述背向Raman ASE 监测单元用于监测和控制光路中的背向Raman
[0009]ASE 功率。
[0010]为达到上述发明目的，本发明提供一种实现自动增益控制的拉曼和EDFA混合光放大器的增益自动控制方法。
[0011]本发明提供一种带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程，其特征在于:第一步，系统启动过程，包括上电、系统初始化和启动定标过程，其中启动定标过程用于计算线路损耗；第二步，总增益和TITL设置过程，其包括总目标增益的确定；第三步，RFA模块的增益控制过程，结合启动定标过程计算的线路损耗控制实际增益和TITLf值。第三步，EDFA模块的增益控制过程，计算EDFA模块的实际增益和TITLe值；第四步，总增益和TITL值输出；第五步，上述流程还包括一增益和TILT补偿控制步骤，当RFA模块的实际增益不能达到目标值时，需重新分配总增益在RFA模块的目标增益和EDFA模块200的目标增益之间的增益分配。
[0012]其中，优选实施方式为:上述启动定标过程的具体过程包括:首先，关闭系统中的泵浦单元，包括关闭RFA模块的泵浦单元和EDFA模块的泵浦单元；其次，记录输入或OSC开泵前光功率Pi ;然后，开启系统的泵浦并调节输出功率到典型功率；继而，采集系统放大后的输出或OSC开泵后光功率Po ;再次，监控背向RamanASE监测单元1203监控带内ASEm光功率并计算Po中的ASEo功率；再次，计算净增益G ;再次由净增益Gn和标准曲线计算理想的ASE’ ；然后，采集实际ASEm;最后，计算线路损失。
[0013]其中，优选实施方式为:上述RFA模块的增益控制步骤如下:首先，由第二步的总目标增益确定上述RFA模块的目标增益，然后根据目标增益计算上述RFA模块的标准ASEf功率；再次，根据定标参数计算当前系统的目标ASEg,然后通过上述RFA泵浦单元调节输出控制目标ASEg ;最后，计算实际增益和TITLf值。
[0014]与现有技术相比，本发明具有下述优点:首先，通过在RFA模块中增加增益自动控制单元来实现混合光放大器的增益和TILT自动控制；其次，在系统流程中，启动过程增加启动定标来计算线路损失以使整个系统的增益自动控制更加精确；最后，本发明通过对增益和TITL补偿循环重复分配使RFA与EDFA的实际增益和TILT达到目标值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是现有的混合光放大器的结构示意图。
[0016]图2为本发明前向RFA和EDFA的混合放大器的结构示意图。
[0017]图3为本发明的RFA增益控制单元的内部光路连接示意图。
[0018]图4为本发明的EDFA模块的结构示意图。
[0019]图5为本发明后向RFA和EDFA的混合放大器的结构示意图。
[0020]图6为本发明的带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程图。
[0021]图6a为第一步启动定标过程的具体步骤示意图。
[0022]图7为ASEo与ASEm之间的关系曲线示意图。
[0023]图8为基于标准光纤的ASE和增益关系拟合的曲线示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器及其控制方法做更进一步详细说明。
[0025]请同时参照图2。图2为本发明前向RFA和EDFA的混合放大器的结构示意图。本发明的前向混合放大器包括RFA模块100、EDFA模块200和控制模块300，按照光路的正向传输，RFA模块100设置在EDFA模块200之后。
[0026]RFA模块100包括波分多路复用器(WDM) 110、RFA增益控制单元120和RFA泵浦单元130。且波分多路复用器110对由EDFA模块200输入并放大的信号光和由RFA泵浦单兀130输出的泵浦光进行合光合光后同时输出至传输光纤，Raman泵浦光在传输光纤中对信号进行分布式放大。
[0027]其中，RFA增益控制单元120的内部光路连接示意图如图3所示。RFA增益控制单元120沿正向光路方向依次包括输入光探测单元1201，OSC功率监测单元1202，背向RamanASE监测单元1203，增益平台滤波器单元(GFF) 1204和输出光探测单元1205组成。输入光探测单元1201包括分光片TAPl、WDM4和监测器Ml组成，其中从光路输入的信号光经过分光片TAPl分成两束光，一束光进入其后连接的OSC功率监测单元1202，同时另一束光进入WDM4进行滤波，WDM4用于滤除OSC和信号带外Raman ASE光，然后进入Ml监测输入的光信号的光功率。OSC功率监测单元1202包括胃012、分光片14?2和检测器12，03(:功率监测单元1202用于启动定标，波长的范围位于1500~1520nm或ITU波长。背向Raman ASE监测单元1203用于监控光路中的背向Raman ASE实时功率，包括WDM3和监控器M3，其中WDM3用于下载背向ASE光，其透射波长可位于1490~1496nm或1520~1522nm。增益平坦滤波器单元(GFF) 1204用于将其由前一背向Raman ASE监测单元1203输出信号光波形进行平坦化和整形。输入光探测单元1201和输出光探测单元1205均用于辅助启动定标。
[0028]RFA泵浦单元130包括泵浦光复用单元，反射泵浦光探测单元和输出泵浦光探测单元组成。泵浦光复用单元使用IPBCD，对输出的泵浦光进行波分复用同时进行解偏振和反向光隔离。输出泵浦光探测单元用于RFA模块100的放大增益TILT调节。反射泵浦光探测单元对反射光进行探测，用于激光安全防护。
[0029]EDFA模块200由输入监控单元210，泵浦单元220、铒纤放大单元230及输出监控单元240组成，如图4所示。EDFA模块200同RFA模块100进行组合实现混合放大器的低
噪声和高增益。
[0030]控制模块300对RFA模块100和EDFA模块200的光信号进行控制，例如由中央控制器及微处理器组成。
[0031]本发明的第二实施例为带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA后向混合光放大器，其按光路正向依次包括RFA模块和EDFA模块，其中Raman泵浦光反向进入传输光纤中对信号进行分布式放大，信号光正向输入到RFA，然后经EDFA放大后输出。其余功能等同于上述前向混合光放大器，请同时参照图5，在此不再赘述。
[0032]以下对本发明的带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法进行详细说明。
[0033] 本发明的带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制流程如图6所示。第一步，系统启动400包括上电、系统初始化和启动定标过程410。其中启动定标过程410需记录泵浦开启前后的光功率，例如输入的信号光功率和输出信号光功率或者OSC开泵前后功率监测单元1202输出的光功率，或者两者同时监控记录。其启动定标过程410的具体步骤如图6a所示，首先，a为关闭系统中的泵浦单元，包括关闭RFA模块100的泵浦单元130和EDFA模块200的泵浦单元220 ;其次，步骤b为记录输入或OSC开泵前光功率Pi ;然后，步骤c为开启系统的泵浦并调节输出功率到典型功率；继而，d为采集系统放大后输出或OSC开泵后的光功率Po ;再次，e背向Raman ASE监测单元1203监控带内ASEm光功率，其波长范围为1490~1496nm或1520~1522nm ;再次，f为计算净增益G，其计算公式为:G = (Po-ASEo)/Pi，其中ASEo的换算公式为=ASEo = ASEm*K+B，其中ASEo为Po中的ASE功率，其波长可为OSC带或为信号带，ASEm为背向Raman ASE光，K为常系数，B为常数，其关系曲线图如图7所示；再次，g为由净增益Gn和标准曲线计算理想的ASE’，其与净增益Gn具有特定的函数关系，即ASE’ = f (Gn)，其中函数f是基于标准光纤的ASEm和增益关系拟合的曲线，如图8所示；然后，h为采集实际ASEm;最后，i为计算线路损失Loss，其计算公式为Loss = ASE’ -ASEm。因此，由启动定标过程410计算出系统的线路损失Loss。
[0034]第二步，总增益Gain和TITL设置500，其包括目标增益Gg的确定及使系统噪声达到最优化的增益分配机制。
[0035]第三步，RFA模块100的增益控制600步骤如下:首先，由第二步的总增益Gg确定RFA模块100的目标增益GgF，然后根据目标增益Gsf计算标准ASEf功率，其计算公式为ASEf=f (Ggp)，如使用OSC通道进行启动定标，那ASEf和f (Gsf)成一次函数关系，函数f关系同上述；再次根据定标参数Loss计算当前系统的目标ASEg = ASEf-Loss,然后通过RFA泵浦单元130调节泵浦输出功率控制以使背向Raman ASE监测单元1203监控到的ASEm光功率达到目标ASEg ;最后，根据采集的背向ASE光功率计算实际增益G,f和TITLf值。
[0036]第三步，EDFA模块200的增益控制650步骤如下:首先，由第二步的目标增益Gg确定EDFA模块200的目标增益GgE，其中GgE = Gg_GgF ;然后，通过EDFA模块200的泵浦单元220调节EDFA模块200的增益；再次，通过VOA调节TITL ;最后输出EDFA模块200的实际增益GrE和TITLe值。
[0037]第四步，总增益Gain 和 TITL 值输出，Gain = GrF+GrE ；TITL = TITLF+TITLE。
[0038]第五步，上述流程还包括一增益和TILT补偿控制步骤700。由于RFA模块100的实际增益Gtf不一定能够达到目标值，因此当其不能达到目标值时，需重新分配总增益Gg在RFA模块100的目标增益Gsf和EDFA模块200的目标增益GgE之间的增益分配。
[0039]与现有技术相比，本发明具有下述优点:首先，通过在RFA模块中增加增益自动控制单元来实现混合光放大器的实现增益自动控制；其次，在系统流程中的系统启动过程中增加启动定标过程的线路损失计算来实现整个系统的增益自动控制；最后，本发明通过TITL补偿循环重复分配使RFA与EDFA的增益达到目标增益。
[0040]以上所述，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】
1.一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模块、一 EDFA模块和一控制模块，其中，沿正向光路，上述RFA模块设置在EDFA模块之前；上述控制模块对上述RFA模块和上述EDFA模块的光信号进行控制；其特征在于:上述RFA模块进一步包括一波分多路复用器、一 RFA增益控制单元和一 RFA泵浦单元，上述RFA增益控制单元进一步包括一输入光探测单元，一 OSC功率监测单元，一背向Raman ASE监测单元，一增益平坦滤波器单元(GFF)和一输出光探测单元；其中，上述波分多路复用器对由上述经EDFA输入并放大的信号光和由上述RFA泵浦单兀输出的泵浦光进行合光后同时输出至传输光纤，Raman泵浦光在传输光纤中对信号进行分布式放大。
2.如权利要求1所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述输入光探测单兀进一步包括一分光片、一 WDM和一监测器组成,其中从光路输入的信号光经过上述分光片分成两束光，一束光进入其后连接的OSC功率监测单元，同时另一束光进入WDM进行滤波，然后进入上述检测器监测输入的光信号的光功率。
3.如权利要求1所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述OSC功率监测单兀进一步包括一 WDM、一分光片和一检测器。
4.如权利要求1所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述背向Raman ASE监测单元进一步包括一 WDM和一监控器,上述背向Raman ASE监测单元用于监测和控制光路中的背向RamanASE功率。
5.一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，包括一 RFA模块、一 EDFA模块和一控制模块，其中，沿正向光路，上述EDFA设置在模块RFA模块之前；上述控制模块对上述EDFA模块和上述RFA模块的光信号进行控制；其特征在于:上述RFA模块进一步包括一波分多路复用器、一 RFA增益控制单元和一 RFA泵浦单元，上述波分多路复用器对由上述Raman模块输入的信号光和 由上述RFA泵浦单元输出的泵浦光进行合波,其中Raman泵浦光反向进入传输光纤中对信号进行分布式放大，信号光正向输入到RFA,然后经EDFA放大后输出。
6.如权利要求5所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述RFA增益控制单元进一步包括沿一输入光探测单元，一 OSC功率监测单元，一背向Raman ASE监测单元，一增益平坦滤波器单元(GFF)和一输出光探测单元。
7.如权利要求6所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述输入光探测单兀进一步包括一分光片、一 WDM和一监测器组成,其中从光路输入的信号光经过上述分光片分成两束光，一束光进入其后连接的OSC功率监测单元，同时另一束光进入WDM进行滤波，然后进入上述检测器监测输入的光信号的光功率。
8.如权利要求6所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述OSC功率监测单兀进一步包括一 WDM、一分光片和一检测器。
9.如权利要求6所述的一种带有增益自动控制装置的RFA和EDFA混合光放大器，其特征在于:上述背向Raman ASE监测单元进一步包括一 WDM和一监控器,上述背向Raman ASE监测单元用于监测和控制光路中的背向RamanASE功率。
10.一种带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:第一步，系统启动过程，包括上电、系统初始化和启动定标过程，其中启动定标过程用于计算线路损耗；第二步，总增益和TITL设置过程，其包括总目标增益的确定；第三步，RFA模块的增益控制过程，结合启动定标过程计算的线路损耗控制实际增益和TITLf ;第三步，EDFA模块的增益控制过程，计算EDFA模块的实际增益和TITLe值；第四步，总增益和TITL值输出；第五步，上述流程还包括一增益和TILT补偿控制步骤，当RFA模块的实际增益不能达到目标值时，需重新分配总增益在RFA模块的目标增益和EDFA模块200的目标增益之间的增益分配。
11.如权利要求10所述的一种带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:上述启动定标过程的具体过程包括:首先，关闭系统中的泵浦单元，包括关闭RFA模块的泵浦单元和EDFA模块的泵浦单元；其次，记录输入或OSC开泵前光功率Pi ;然后，开启系统的泵浦并调节输出功率到典型功率；继而，采集系统放大后输出或OSC开泵后的光功率Po ;再次，监控背向RamanASE监测单元1203监控带内ASEm光功率并计算Po中的ASEo功率；再次，计算净增益G ;再次由净增益Gn和标准曲线计算理想的ASE’ ；然后，采集实际ASEm;最后，计算线路损失。
12.如权利要求10所述的一种带有增益自动控制的装置的RFA和EDFA混合光放大器的控制方法，其特征在于:上述RFA模块的增益控制步骤如下:首先，由第二步的总目标增益确定上述RFA模块的目标增益，然后根据目标增益计算上述RFA模块的标准ASEf功率；再次，根据权利要求12计算的线路损耗计算当前系统的目标ASEg,然后通过上述RFA泵浦单元调节 输出控制目标ASEg ;最后，计算实际增益和TITLf值。
【文档编号】H01S3/30GK103904550SQ201210569959
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】黄必昌, 虞爱华 申请人:昂纳信息技术（深圳）有限公司