专利名称：光纤有线电视网中的掺铒光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤有线电视网中的掺铒光纤放大器，适用于光纤CATV(Community Antenna Television,有线电视)系统中的功率放大、前置放大、线路放大等。属于光通信技术领域。
背景技术：
惨铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的研究及实用化，极大的促进了通信技术的发展。掺铒光纤放大器在光通信DWDM (densewavelength division multiplexing,密集波分复用)系统和光纤CATV系统等网络中有着广泛的应用。在大型光纤CATV系统中，应用掺铒光纤放大器不仅具有明显的性能价格优势，而且能有效的扩大网络的覆盖规模。掺铒光纤放大器直接对光信号进行放大，无需进行光电光变换，并且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，因此它己成为现代光通信系统的关键器件之一，特别在光纤CATV系统中受到青眯。掺铒光纤放大器的研究和应用是目前光纤CATV系统发展的一个关键技术。
在传统掺铒光纤放大器技术的研究中，研究比较多而且比较成熟的是根据输出光信号功率改变放大器的泵浦参数从而调节放大器增益的自动增益控制技术(AGC)，此技术无法根据输入光信号功率而选择最佳的工作参数，不能适应不同场合的需要。在EDFA的自适应技术的研究中，是指研究的EDFA具备一定的智能，可根据外界条件(输入光信号功率或输出光信号功率)，调整自身的工作参数使放大器的性能最优，可适用于不同的场合。在已有的自适应技术研究中，大多采用调节铒纤长度，或者采用两级光放大技术兼顾不同的侧重点(肖石林，曾庆济，掺饵光纤放大器的自适应技术研究，光通信技术，2002,26(1) : 28-32)。前一种技术对于不同的输入光信号选择的铒纤长度是不同的，铒纤不被重复利用，因此需要大量的铒纤，结构较复杂而昂贵，而采用两级放
大器的技术，结构不仅复杂且比较难达到很好的自适应性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种适用于光纤有线电视网中的掺铒光纤放大器，具有噪声系数低，性价比高，性能稳定等特点，可以适用于前置放大、功率放大，线路放大等不同功能。
为实现上述目的，本发明将放大器中的铒纤分成N段，通过N-1个1X2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，由中央处理器控制N-1个1 X2的光开关的选通，得到不同的铒纤长度，达到需要的增益和输出功率。
本发明的掺铒光纤放大器的结构具体为输入端耦合器的输出端分别与输入端光检测器和输入端隔离器相连，输入端隔离器的输出信号及受控于中央处理器的泵浦光源信号经过波分复用器后进入铒纤，经过铒纤后的输出信号经过输出端隔离器到输出端耦合器输出，输出端耦合器的一部分输出信号经过输出端光检测器反馈给中央处理器，输入端光检测器的输出连接中央处理器。所述铒纤分成N段，通过N-1个1X2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，由中央处理器控制N-1个1X2的光开关的选通，得到不同的铒纤长度，达到需要的增益和输出功率。
其中，所述铒纤分段的每段长度可以相同，也可以不同。
放大器工作时，根据输入光信号功率和输出光信号功率来调节其工作参数。具体方法是通过输入耦合器取出部分输入信号光功率，输入端耦合器的输出端分别与输入端光检测器和输入端隔离器相连，输入端隔离器的输出信号及泵浦光源信号经过波分复用器后进入铒纤。因铒纤由N-1个1X2光开关串接，选通不同的1X2光开关，可以得到合适的铒纤长度，进而得到对于不同输入光信号功率所需要的最佳铒纤长度。经过铒纤后的输出光信号经过输出端隔离器到输出端耦合器输出，输出端耦合器的一部分输出光信号经过输出端光检测器反馈给中央处理器，输入端光检测器的信号也经由中央处理器处理，由中央处理器调节泵浦光源，控制输出光信号功率。放大器中铒纤长度的选择结合泵浦功率的调节，可以得到需要的放大器增益和输出光信号功率以适应不同场合的需要。
对于输入的某一信号，可以根据输入信号光功率来判断不同的功能用途，做前置放大时，则要求得到足够高的增益和低的噪声；作功率放大时，则要求有足够大的功率输出；作线路放大时，则要求有足够大的增益。
和现有技术相比，本发明解决了传统EDFA的性能固定不可变化的问题，解决了已有的智能化掺铒光纤放大器结构比较复杂而且费用昂贵的问题。本发明的掺铒光纤放大器不仅可以方便的实现智能化，而且在这种依靠控制铒纤长度来调节增益和输出功率的研究中，有效的节约了铒纤的长度，只需要简单的控制N-1个1X2的光开关，就可以得到想要的增益，实现不同的放大器功能，具有噪声系数低，性价比高，性能稳定等特点，可以适用于前置放大、功率放大，线路放大等不同功能。本发明应用在光纤CATV系统中，不仅可以有效的扩大网络覆盖范围，更进一步的节约成本，同时还可以灵活的应用于光发射机端、光纤传输链路中以及光接收机端。
图1为本发明掺铒光纤放大器的结构框图。图2为通过光开关选择最优铒纤长度的示意图。图2中，L、 L2、 L3、 L4分别代表各段相同或不同长度的铒纤。图3为放大器增益、噪声系数与铒纤长度的关系曲线。图4为放大器增益、噪声系数与泵浦功率的关系曲线。图5为一定铒纤长度范围内的增益曲线。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作进一步描述。
图1给出了本发明提出的掺铒光纤放大器的结构框图。如图1所示，输入端耦合器的输出端分别与输入端光检测器和输入端的隔离器1相连，隔离器1的输出信号及受控于中央处理器的泵浦光源信号经过波分复用器后进入铒纤，经过铒纤后的输出信号经过输出端的隔离器2到输出端耦合器输出，输出端耦
5合器的一部分输出信号经过输出端光检测器反馈给中央处理器，输入端光检测器的输出连接中央处理器；其中铒纤分成N段，通过N-1个1X2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，由中央处理器控制N-1个1X2的光开关的选通，得到不同的铒纤长度，达到需要的增益和输出功率。
N段铒纤中每段具有相同或不同的长度，根据输入光信号功率，控制光开关灵活选择最优铒纤长度，结合泵浦功率的调节，以得到需要的增益和噪声系数。
放大器的工作过程如下
(1) 对于输入的光信号，经过耦合器取出部分输入光功率。
(2) 根据光功率判断放大器的作用，控制光开关选择合适的铒纤长度。
(如图2)假设输入光信号功率为-20dbm时，要选择长度为L+L2的铒纤，则控制NXl光开关连通光开关(b)，并使光开关(a)和光开关(b)连通，这样就为-20dbm的输入光信号配置了最优的铒纤长度L一U。需要选择其它不同的铒纤长度时，改变相应开关的控制状态。
(3) 对于输出光信号，经过输出端耦合器取出部分输出光功率，判断输出功率是否达到要求，程序调用输出光功率参数，读取输出光功率，
以输出光功率为比较控制对象，通过控制激光泵两端的电压，对泵浦功率进行调节，控制输出光功率。
(4) 综合以上对于输入光信号和输出光信号的监控，达到需要的放大器性能要求。
本发明的放大器具备一定智能，根据输入光信号和输出光信号，调整其工作参数(铒纤长度和泵浦功率等)，使其工作状态最佳或使其工作状态符合外界需要。
本发明的掺铒光纤放大器能根据不同的用途，自动调节铒纤长度和泵浦功率，能自适用于前置放大、功率放大、线路放大。此放大器控制实现较为方便，性价比较高，不仅实现多功能满足不同的性能要求，而且与一般的智能化的放大器比较起来，能有效的节约成本。
6图2给出了本发明中选择不同最优铒纤长度的实现方案。铒纤长度的控制包括光开关和长度相同或不同的各段铒纤。
N-l个1x2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，1x2的光开关输出一端连接下一段光纤，另一输出端连接到Nxl光开关的输入端。即经过选定长度的铒纤后经过Nxl光开关输出信号。
在该结构中，光开关会带来一定的损耗，约为0.3db左右。越长的铒纤，噪声系数会越大，所以在尽可能大的增益的情况下，还应考虑到噪声系数的问题，控制开关选择合适的铒纤长度。
图3是泵浦功率和输入光信号功率一定的条件下，放大器增益、噪声系数与铒纤长度之间的关系曲线。从图3 (a)中可以看到，放大器增益与铒纤长度的关系曲线上存在一个增益最大的点，即在某一铒纤长度处，增益取得最大值，铒纤长度短于或长于该长度值，增益都变小，噪声系数在最优铒纤长度处较小。从图3 (b)中可以看到，随着输入光信号功率的增加，最大增益处的铒纤长度减小。
图4是输入信号光功率和铒纤长度一定的条件下，放大器增益、噪声系数与泵浦功率之间的关系曲线。从图中可以看到，放大器的增益随着泵浦功率的增大而增大。要保持高的增益，必须控制输入信号光功率的大小。为了提高EDFA的输出光功率，保持高增益，那么在增大输入光信号功率的同时，且必须加大泵浦光功率。
图5是泵浦功率和输入光信号功率一定的条件下，放大器增益与铒纤长度之间的关系曲线。从图中可以看到，在一定的铒纤长度范围内，放大器的增益是接近的。
权利要求
1、一种光纤有线电视网中的掺铒光纤放大器，输入端耦合器的输出端分别与输入端光检测器和输入端隔离器相连，输入端隔离器的输出信号及受控于中央处理器的泵浦光源信号经过波分复用器后进入铒纤，经过铒纤后的输出信号经过输出端隔离器到输出端耦合器输出，输出端耦合器的一部分输出信号经过输出端光检测器反馈给中央处理器，输入端光检测器的输出连接中央处理器；其特征在于所述铒纤分成N段，通过N-1个1×2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，由中央处理器控制N-1个1×2的光开关的选通，得到不同的铒纤长度，达到需要的增益和输出功率。
2、 根据权利要求l所述的光纤有线电视网中的惨铒光纤放大器，其特征在 于所述铒纤每段长度相同或不同。
全文摘要
本发明涉及一种光纤有线电视网中的掺铒光纤放大器。该放大器的结构主要包括光耦合器，光检测器，光隔离器，泵浦光源，波分复用器，铒纤，光开关，中央处理器。本发明将放大器中的铒纤分成N段，通过N-1个1×2的光开关将N段铒纤互相间隔串联起来，由中央处理器控制N-1个1×2的光开关的选通，得到对应于不同输入光信号功率的最优铒纤长度，结合泵浦功率的调节，达到需要的放大器增益和输出光信号功率，以适应不同场合的需要。本发明的掺铒光纤放大器实现简单，有效地节约了铒纤的长度，能够实现智能化，综合提高了光放大器的性能价格比。
文档编号H04B10/12GK101494499SQ20091004505
公开日2009年7月29日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者刘智鑫, 涛 肖, 肖石林, 葛玉明 申请人:上海交通大学