专利名称：多级光放大器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种多级光放大器及其控制方法。
技术背景光纤通信是用于点对点(通过电话线将计算机与网络相连)传输或 在城域网/接入网中的高速高容量通信的必要技术，并且已经开发了用于 光纤通信的许多技术。例如，近年来W謹(波分复用)和光放大器己经用于支持光纤通信。 WDM是一种这样的技术使光脉冲谱在频率轴上彼此正交并且传输所述 光脉冲。该方法可以显著地增加传输容量，并且期待其可以改善频率的 利用。在1990年实现的掺铒光纤放大器使得可以周期性地补偿光纤损 耗，并且有助于传输距离的显著增加。通过组合两种技术(日本专利申 请未审公开No. 2003-174421和2006-166478)实现的光放大器包括使频 带内的增益恒定的功能。然而，由光放大器产生的自发辐射噪声在实现高速和高容量时引起 问题。噪声因子是表示由于自发辐射噪声导致的信号退化程度的指标。通常，因为光放大器执行总的功率控制，它检测全部光能量，使得 难以使信号光与自发辐射噪声相区别。结果，甚至当将光放大器的增益 控制为所需值时，也难以将信号光的增益控制为所需值。为此原因，需 要考虑所产生的自发辐射噪声而增加增益。将自发辐射噪声校正量定义 为用于校正由于自发辐射导致的信号退化的参数。可以通过向输出功率 添加自发辐射噪声校正量来使得信号光恒定。这里，总功率是包括噪声的光输出，并且信号光功率是没有噪声的 光输出。然而，在在执行恒定增益控制的多级光放大器中，其中使得每一级 中的增益恒定并且输出单元校正自发辐射噪声，当波长个数较少并且输 入功率较低时，第一级中的信号光增益变得非常小并且噪声因子恶化(降 低SN比)，从而引起问题。发明内容考虑上述情况，己经实现了本发明。本发明的典型目的是提出一种包括高SN比的多级光放大器及其控制方法。 为了实现所述目的，本发明具有以下特征。 〈多级放大器〉根据本发明的多级放大器是一种多级光放大器，使得可以获得恒定 增益。在这种放大器中，第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，从而防止了由于自发发射的光引起的信号分量减小导 致的噪声量的增加。根据本发明的多级放大器是一种多级光放大器，包括彼此串联以获得恒定增益的多个光放大单元。第一级中的光放大单元包括掺杂稀土 元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的输入端 和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素光纤放 大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个光接收 元件的输出信号之间的差别恒定，并且使得第一级中的光放大单元的增 益比其他级中的光放大单元的增益更大，以防止由自发发射光引起的信 号分量减小导致的噪声量增加。另外，根据本发明的多级放大器是一种多级光放大器，包括彼此串 联以获得恒定增益的多个光放大单元。每一个所述光放大单元包括掺 杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的 输入端和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素 光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个 光接收元件的输出信号之间的差别恒定，并且使得第一级中的光放大单元的增益比其他级中的光放大单元的增益更大，以防止由自发发射光引 起的信号分量减小导致的噪声量增加。另外，根据本发明的多级放大器是一种多级光放大器，包括彼此串 联以获得恒定增益的多个光放大单元。每一个所述光放大单元包括掺 杂稀土元素光纤放大单元；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的 输入端和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素 光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个光接收元件的输出信号之间的差别恒定。第一级中的光放大单元的控制 电基于每一个光放大单元增益的初始值来改变信号输入功率和波长个 数，当信号输出功率等于期望值时将所述增益设定为所述初始值，当所 述信号输出功率小于所述期望值时增加所述增益，以及当所述信号输出 功率大于期望值时降低增益，从而防止由自发发射光引起的信号分量减 小导致的噪声量增加。 〈控制多级放大器的方法〉根据本发明控制多级放大器的方法是一种控制多级光放大器以获 得恒定增益的方法。所述方法包括增加第一级中的放大单元的增益以大 于其他级中的放大单元的增益，从而防止由自发发射光引起的信号分量 减小导致的噪声量增加。同样，根据本发明控制多级放大器的方法是一种控制多级光放大器以获得恒定增益的方法。所述方法包括允许第一级中的光放大单元的 控制电路基于每一个光放大单元的增益初始值来改变信号输入功率和波 长个数，当信号输出功率等于期望值时将所述增益设定为初始值，当所 述信号输出功率小于期望值时增加所述增益，以及当所述信号输出功率 大于期望值时降低所述增益，从而防止由自发发射光引起的信号分量减 小导致的噪声量增加。
图1是示出了根据本发明的多级光放大器的示例的概念图； 图2是示出了图1中所示的光放大单元1的详细结构图； 图3是示出了图1中所示多级光放大器的操作的图；以及图4是示出了根据本发明控制多级光放大器的方法的流程图。
具体实施方式
(第一典型实施例) 〈多级放大器〉根据本发明第一典型实施例的多级光放大器包括恒定增益，并且其 特征在于第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大单元的增益更 大，从而防止了由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，可以增加己经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。 (第二典型实施例) 〈多级放大器〉根据本发明第二典型实施例的多级光放大器包括彼此串联以获得 恒定增益的多个光放大单元，其特征在于第一级中的光放大单元包括 掺杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路 的输入端和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元 素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两 个光接收元件的输出信号之间的差别恒定，并且使得第一级中的光放大 单元的增益比其他级中的光放大单元的增益更大，以防止由自发发射光 引起的信号分量减小导致的噪声量增加。在该结构中，稀土元素包括铒(Er)、镨(Pr)、铥(Tm)、钕(Nd)。 例如，当将铒用作所述稀土元素时，对波长范围在1.53至1.62^m中的 光信号进行放大。当将镨(Pr)用作所述稀土元素时，对波长为约1. 3mid 的光信号进行放大。当将铥(Tm)用作所述稀土元素时，对波长范围在 1. 45至1. 51,中的光信号进行放大。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。(第三典型实施例) 〈多级放大器〉根据本发明第三典型实施例的多级光放大器包括彼此串联以获得 恒定增益的多个光放大单元，其特征在于每一个所述光放大单元包括.-掺杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路 的输入端和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元 素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两 个光接收元件的输出信号之间的差别恒定，并且第一级中的光放大单元 的控制电路使得第一级中的光放大单元的增益比其他级中的光放大单元 的增益更大，以防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增 加。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高 SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。(第四典型实施例) 〈多级放大器〉根据本发明第四典型实施例的多级光放大器包括彼此串联以获得 恒定增益的多个光放大单元，其特征在于每一个所述光放大单元包括 掺杂稀土元素光纤放大单元；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路 的输入端和输出端的至少一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元 素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两 个光接收元件的输出信号之间的差别恒定。此外，所述多级光放大单元 的特征在于第一级中的光放大单元的控制电基于每一个光放大单元增 益的初始值来改变信号输入功率和波长个数，当信号输出功率等于期望 值时将所述增益设定为所述初始值，当所述信号输出功率小于所述期望 值时增加所述增益，以及当所述信号输出功率大于期望值时降低增益， 从而防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大单元的增益更大，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高 SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。(第五典型实施例) 〈控制多级放大器的方法〉根据本发明第五典型实施例的控制多级光放大器以获得恒定增益 的方法的特征在于第一级中的光放大单元的增益比其他级中的光放大 单元的增益更大，以防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声 量增加。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。(第六典型实施例) 〈控制多级放大器的方法〉根据本发明第六典型实施例的控制多级放大器以获得恒定增益的方法。所述方法的特征在于第一级中的光放大单元的控制电路基于每一个光放大单元的增益初始值来改变信号输入功率和波长个数，当信号 输出功率等于期望值时将所述增益设定为初始值，当所述信号输出功率 小于期望值时增加所述增益，以及当所述信号输出功率大于期望值时降 低所述增益，从而防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。根据上述结构，因为第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大 单元的增益更大，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小 的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。即，根据本发明的上述实施例，可以通过向执行恒定增益控制的第 一级光放大单元的增益添加自发发射光的噪声校正量，来防止噪声因子 的退化。此外，第一级中的EDF校正了信号光的退化。因此，具体地，当 波长个数较少或者当信道附近的输入功率较低时，可以防止噪声因子的增加。尽管已经参考本发明的典型实施例具体地示出和描述了本发明，本 发明不局限于这些典型实施例。本领域普通技术人员应该理解的是在不 脱离本发明所附权利要求的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节 上的各种修改。本发明可以用于使用w固光放大器的波分复用光传输系统以及使用多级光放大器的设备，例如线性转发器。 示例描述 (第一示例) 〈多级放大器〉 (本发明的特征)本发明涉及使用光放大器的波分复用光传输系统，其特征在于多级 光放大器防止了在恒定增益控制期间由于自发辐射噪声导致的噪声因子增加。图l是示出了根据本发明第一示例的多级光放大器的概念图。在图l的光放大单元l中，当信号光入射到EDF10上时，从激励LD13 提供激励光以对信号光进行放大，并且输出已放大的信号光。光放大单 元使得来自测量光输入单元11的输入功率的光接收元件14的输出信号与 测量光输出单元12的输出功率的光接收元件15的输出信号之间的差别恒 定，从而实现了恒定增益控制。同时在图1中，未示出控制电路。光放大单元2和3执行上述相同的操作。光放大单元l、光放大单元2和光放大单元3形成了多级光放大器 100。在所述多级光放大器100中，当利用总功率进行恒定增益控制时， 从EDF产生的自发发射噪声导致信号光退化。因此，校正了与由于自发发射噪声导致退化的信号光相对应的增益。在增益校正期间，通过增加从 激励LD13提供的激励光以获得光输出单元12所要求的信号光增益，防止了噪声因子的增加。按照这种方式，在本申请的发明中，增加第一即中 的光放大单元的增益，以防止由光放大单元引起的信号光退化。结果， 可以防止由于自发发射噪声导致的噪声因子的增加。(部件结构)图I示出了根据本发明示例的多级光放大器IOO。在图l的光放大单元l中，当信号光入射到EDF IO上时，从激励LD13 提供激励光以对信号光进行放大，并且输出己放大的信号光。光放大单 元使得来自测量光输入单元11的输入功率的光接收元件14的输出信号与 测量光输出单元12的输出功率的光接收元件15的输出信号之间的差别恒定，从而实现了恒定增益控制。放大单元2和3执行上述相同操作。假设在光放大单元1和2之间以及光放大单元2和3之间插入特定的 损耗。在多级光放大器100中，从EDFIO、 EDF 20和EDF 30产生的自发发 射噪声导致信号光退化。在这种情况下，增加从激励LD13提供以增加光 放大单元1的增益的激励光以获得光输出单元12所要求的信号光增益，从 而防止了噪声因子的增加。图2示出了图1中所示的光放大单元1的详细结构图。在图2中，因为增益的必要增加依赖于输入功率，控制电路16基于 光接收元件14检测到的输入功率控制电流源17，以改变提供给激励LD 13 的电流值。在这种情况下，当光放大单元l的增益小于期望增益时，控制 电路增加提供给激励LD 13的电流值。另一方面，当光放大单元l的增益 大于期望增益时，控制电路降低提供给激励LD13的电流值。光放大单元 2使得来自测量输入功率的光接收元件24的输出信号与测量输出功率的 光接收元件25的输出信号之间的差别恒定，从而实现了恒定增益控制。 光放大单元3使得来自测量输入功率的光接收元件34的输出信号与测量 输出功率的光接收元件35的输出信号之间的差别恒定，从而实现了恒定 增益控制。这是因为该结构可以更容易地执行控制，并且比计算每一个 光放大单元中增加的增益的结构更有效地防止了噪声因子的增加。在上述结构中，激励LD只提供正向激励光，但是它也可以只提供背 向激励光，或提供正向激励光和背向激励光两者。在上述结构中，从激励LD提供的激励光可以包括约980nm的波长和 约1480nm的波长。在上述结构中，EDF可以由包含除了铒之外的稀土元素的放大介质组成。在上述结构中，将多级光放大器形成为三级结构，但是本发明不局 限于此。例如，可以将所述多级光放大器形成为两级结构或四级结构或更多级结构。图3是示出了图1中所示的多级光放大器操作的图。图4是示 出了根据本发明的控制多级光放大器的方法示例的流程图示例。下面将 描述在图l中所示的多级光放大器中执行恒定增益控制的光放大器的操 作。将光放大单元1之前和之后的增益称作G1，将光放大单元2之前和之 后的增益称作G2，以及将光放大单元3之前和之后的增益称作G3。同时， 将光放大单元1之前和之后的初始增益称作G1'(步骤S1)。改变每一个光放大单元的信号输入功率和波长个数(步骤S2)。 检查信号输出功率(步骤S3)。当信号输出功率等于期望值时，将G'1设定为所述增益(步骤S4)。 当所述信号输出功率小于期望值时增加所述增益(步骤S5)。当所述信 号输出功率大于期望值时降低所述增益(步骤S6)。按照这种方式，可 以防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。当光放大单元1和2之间的损耗是L12，以及光放大单元2和3之 间的损耗是L23时，光放大器的增益是G1-L12+G2-L23+G3。当输入信号光Psig时，校正之前的总输出功率由以下给出的表达 式1表示为-Ptotal = Psig + Gl - L12 + G2 - L23 + G3 (1) 在这种情况下，当由光放大单元1产生的自发发射噪声的功率是 Pasel、由光放大单元2产生的自发发射噪声的功率是Pase2、由光放大 单元3产生的自发发射噪声的功率是Pase3时，信号光的输出功率可以 由以下给出的表达式2表示Psig + Gl - L12 + G2 - L23 + G3 - (Pasel + Pase2 + Pase3) G3 (2)当Gl' 二 Gl + Pasel + Pase2 + Pase3时，信号光的输出功率可 以是Ptotal。可以通过改变G2和G3获得信号光的所需输出功率。然而，増加第 一级中的光放大单元的增益可以更有效地防止噪声因子的增加。 实际仿真结果如下。当Gl 二 20 dB， G2 二 10 dB， G3 二 18 dB， L12 = 4 dB， L23 = 12 dB, Psig 二 -30 dBm时，信号输出功率的目标值是+2dBm，信号光的输 出功率是-4.5dBm，以及自发发射噪声的功率是+0.9dBm。在这种状态下， 当改变G1以获得信号光的输出功率的目标值时，噪声因子是6.7dB。当 改变G2以获得信号光的输出功率的目标值时，噪声因子是7.9dB。当改 变G3以获得信号光的输出功率的目标值时，噪声因子是8.4dB。[本发明的效果]如上所述，本发明具有以下效果。首先，在执行恒定增益控制的光放大器的情况下，当第一级中的光 放大单元的增益固定并且输入功率变低时，降低信号光的增益，这导致 噪声因子的显著退化。然而，当输入功率较低时，可以通过增加增益来 改善传输特性。其次，在执行很定增益控制的光放大器的情况下，输出功率的最大 值支配激励LD的最大输出。然而，在根据本发明的结构中，因为减小了 自发发射噪声的量，可以减小获得必要信号增益所要求的激励LD的最大 输出。
权利要求
1.一种多级光放大器，包括彼此串联以获得恒定增益的多个放大单元，其中，第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大单元的增益更大，从而防止了由于自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
2. —种多级光放大器，包括 彼此串联以获得恒定增益的多个光放大单元， 其中，第一级中的光放大单元包括-掺杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的输入端和输出端的至少 一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个光接收元件的输出信号之间的差别恒 定，并且使得第一级中的光放大单元的增益比其他级中的光放大单元的 增益更大，以防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
3. —种多级光放大器，包括 彼此串联以获得恒定增益的多个光放大单元， 其中，每一个所述光放大单元包括-掺杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的输入端和输出端的至少 一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个光接收元件的输出信号之间的差别恒 定，并且第一级中的光放大单元的控制电路使得第一级中的光放大单元的 增益比其他级中的光放大单元的增益更大，以防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
4. 一种多级光放大器，包括 彼此串联以获得恒定增益的多个光放大单元， 其中，每一个所述光放大单元包括 掺杂稀土元素光纤放大回路；激励光源，向掺杂稀土元素光纤放大回路的输入端和输出端的至少 一个输入激励光；光接收元件，与掺杂稀土元素光纤放大回路的输入和输出端相连；以及控制电路，使得来自所述两个光接收元件的输出信号之间的差别恒 定，并且第一级中的光放大单元的控制电路基于每一个光放大单元增益的 初始值来改变信号输入功率和波长个数，当信号输出功率等于期望值时 将所述增益设定为所述初始值，当所述信号输出功率小于所述期望值时 增加所述增益，以及当所述信号输出功率大于期望值时降低增益，从而 防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
5. —种控制多级光放大器以获得恒定增益的方法，所述方法包括增加第一级中的放大单元的增益以大于其他级中的放大单元的增 益，从而防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
6. —种控制多级光放大器以获得恒定增益的方法，所述方法包括:允许第一级中的光放大单元的控制电路基于每一个光放大单元的 增益初始值来改变信号输入功率和波长个数，当信号输出功率等于期望 值时将所述增益设定为初始值，当所述信号输出功率小于期望值时增加 所述增益，以及当所述信号输出功率大于期望值时降低所述增益，从而 防止由自发发射光引起的信号分量减小导致的噪声量增加。
全文摘要
本发明提出了一种包括高SN比的多级光放大器及其控制方法。所述多级光放大器配置为使得第一级中的放大单元的增益比其他级中的放大单元的增益更大。因此，可以增加已经由于在第一级中的自发发射光导致减小的信号分量，因此相对地减小了噪声。结果，在其他级中维持了包括高SN比的所获得的信号，因此可以获得高SN比。
文档编号H04B10/17GK101267257SQ200810083598
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月15日
发明者富田贵裕 申请人:日本电气株式会社