喇曼增益实时动态控制与补偿的方法及其喇曼光纤放大器

摘要

本发明公开了一种喇曼增益实时动态控制与补偿的方法及其喇曼光纤放大器，主要利用后向泵浦的自发辐射噪声即ASE的光功率水平来实现喇曼光纤放大器喇曼增益的自动控制与补偿。其喇曼光纤放大器是在信号光探测处加入探测不同波长附近的喇曼光纤放大器的后向ASE功率的滤波器与光电探测器组合，光电探测器的输出接自动调整喇曼放大器增益的控制单元。可以由若干个不同中心频率的带通滤波器与光电探测器结合或由光可调谐滤波器与光电探测器结合。本发明不仅提高了产品性能，而且有效地降低产品的制造成本与系统的维护费用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种喇曼增益实时动态控制与补偿的方法及其喇曼光纤放大器，具体涉及光通信用领域喇曼光纤放大器的光路结构设计及放大器的喇曼增益锁定。

背景技术

如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的喇曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激喇曼散射机制的光放大器即称为喇曼光纤放大器。喇曼光纤放大器的增益谱由泵浦激光器的波长和光纤的特性决定。在1455nm单个泵浦波长的条件下，在G.652、G.655(Leaf)、DCF光纤中的喇曼增益谱的基本形状如图1所示。可以看到G.652、Leaf、DCF光纤中的喇曼增益谱的基本形状不一致。

为了获得较为平坦的光信号增益谱，可采用多个波长的泵浦激光器，在它们相互间的影响及各自增益谱的共同作用下，可得到较为平坦的增益谱。但是在分布式喇曼光纤放大器的实际应用中，考虑到光纤随时间的老化以及随周围环境温度的变化等因素的影响，会使光纤的损耗系数变大，从而使喇曼增益减小。为了获得增益自动控制与补偿的喇曼光纤放大器，我们采用了新型的光路结构，如图2、图3所示：通过对后向ASE功率水平的锁定实现对喇曼放大器喇曼增益的自动控制与补偿。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，提供一种能够使喇曼增益实时动态可调的方法及其喇曼光纤放大器。具体地说，即在光纤老化、环境温度变化等因素的影响下，喇曼增益保持恒定。我们通过理论分析和大量试验发现，喇曼光纤放大器的实际增益与喇曼放大器自发辐射噪声即ASE的功率功率水平密切相关；各个信号频率处的增益可由该频率处ASE的功率水平确定。通过探测不同频率处的后向的ASE(与信号光同向，与泵浦光反向)光功率和采用特殊的光路结构，达到制造喇曼增益自动控制与补偿的喇曼光纤放大器。并在提高产品性能的同时，降低产品的制造成本。

本发明的是这样实现的：

本发明的喇曼增益实时动态控制与补偿的方法，包括功率检测与调整，其特征在于：利用后向泵浦的自发辐射噪声的光功率水平来实现喇曼光纤放大器喇曼增益的自动控制与补偿，后向泵浦的自发辐射噪声的光功率ASE与信号输出同向，与泵浦光反向，根据后向ASE的功率水平，计算实际喇曼放大器增益，从而实现喇曼放大器增益的实时动态可调。

所述的喇曼增益实时动态控制与补偿的方法，是在信号光探测处加入滤波器与光电探测器组合，探测不同波长位置附近的喇曼光纤放大器的后向ASE功率，从而实现喇曼放大器增益的实时动态调整和控制。

用于上述喇曼增益实时动态控制与补偿的方法的喇曼光纤放大器，包括喇曼泵浦源、泵浦/信号合波器、信号光分枝器和控制单元，在信号光探测处加入探测不同波长附近的喇曼光纤放大器的后向ASE功率的滤波器与光电探测器组合，光电探测器的输出接自动调整喇曼放大器增益的控制单元。

所述的喇曼光纤放大器，其探测不同波长位置附近的喇曼光纤放大器的后向ASE功率是由若干个不同中心频率的带通滤波器与光电探测器结合。

所述的喇曼光纤放大器，其带通滤波器的中心频率在信号频率附近，但是不能和信号频率重合，带通滤波器的数量、中心频率与带宽根据具体情况具体设计。

所述的喇曼光纤放大器，其探测不同波长位置附近的喇曼光纤放大器的后向ASE功率是由光可调谐滤波器与光电探测器结合。

本发明具有以下优点和积极效果：

1)可以根据探测的后向ASE功率水平，实时动态的调节放大器的喇曼增益，最终使喇曼增益保持恒定。

2)光路结构简单，易于实现，在提高产品性能的同时，可以有效降低成本。

3)可以彻底解决由于光纤老化、周围环境温度变化等因素对喇曼增益的影响，从而使其制作的喇曼光纤放大器的喇曼增益变化很小，基本保持恒定。

附图说明

图1-为不同光纤中喇曼增益系数的基本形状，横轴频移(THz)，纵轴为喇曼增益系数(10^(-3)/mW km)；1.1为色散补偿光纤的喇曼增益系数的基本形状、1.2为G.655(Leaf)光纤的喇曼增益系数的基本形状、1.3为普通的G.652光纤的喇曼增益系数的基本形状。

图2是本发明ASE功率探测的最佳实施例光路结构图。其中：

2.1-为传输光纤，

2.2-为泵浦/信号合波器，

2.3-为喇曼泵浦源，

2.4.1、2.4.2、2.4.3-为光电探测器，

2.5-信号光分枝器，

2.6.1、2.6.2、2.6.3-为无源光带通滤波器

2.7-为喇曼放大器控制单元

各个部分的特性与功能说明：

2.1-为传输光纤，用来传输信号光与泵浦光的媒质。

2.2-为泵浦/信号合波器，用来把泵浦光与信号光耦合到一起的光无源器件，其中2.2.1为器件的公共端(即喇曼放大器的泵浦输出端，同时也为信号的输入端)；2.2.2为器件的信号端；2.2.3为器件的泵浦端。

2.3-为喇曼泵浦源，用来进行喇曼放大的泵浦源。

2.4.1、2.4.2、2.4.3-为光电探测器，用来把探测到的光信号转化成电信号，同时所获得的电信号为喇曼放大器的控制单元所采集。

2.5-为信号光分枝器，用来把信号光进行分路的光无源器件，其中2.5.1为器件的分路主端，用作喇曼放大器的信号输出端；2.5.2为器件的从端，用作喇曼放大器的信号检测。

2.6.1、2.6.2、2.6.3-为无源光带通滤波器，用来使某一带宽内的光通过，这一带宽外的光被滤除掉，其中2.6.1.1、2.6.2.1、2.6.3.1分别为2.6.1、2.6.2、2.6.3的带通端；2.6.1.2、2.6.2.2、2.6.3.2分别为2.6.1、2.6.2、2.6.3的非带通端；2.6.1.3、2.6.2.3、2.6.3.3分别为2.6.1、2.6.2、2.6.3的输入端。

2.7-为喇曼放大器控制单元，整个喇曼放大器的控制中心，同时也采集2.4.1、2.4.2、2.4.3所获得的电信号，从而实现喇曼放大器的自动增益控制与补偿。

具体连接可以描述为：2.1与2.2的公共端相连接；2.2的泵浦端与2.3相连接，2.2的信号输出端与与2.5的输入端相连接；2.5的输出主端与喇曼放大器的最终信号输出端相连接，2.5的输出探测端与2.6.1的输入端相连接。2.6.1的非带通端与2.6.2的输入端相连接；2.6.2的非带通端与2.6.3的输入端相连接。2.4.1、2.4.2、2.4.3的光输入端分别与2.6.1、2.6.2、2.6.3的带通输出端相连接。由2.4.1、2.4.2、2.4.3获得的电信号分别为喇曼放大器的控制单元2.7所采集。

图3-用可调谐滤波器进行信号光功率扫描的光路结构。2.8为光可调谐滤波器，2.9为光电探测器。

图4-在DWDM系统中，对喇曼放大器的后向ASE功率实时探测的频率点A点、B点、C点。

图5-在探测点处的ASE噪声功率与增益的关系曲线(实验与计算)

具体实施方式

根据后向ASE的功率水平来自动控制与补偿光纤的喇曼增益在理论上的推导，在后向泵浦的情况下只要在某一带宽内的ASE功率确定了，则在该点的喇曼增益就唯一确定，这与光纤的种类(如G.652、G.655(Leaf)、DCF等)以及同一种光纤的不同的衰减无关，而且与泵浦波长也无关。

我们在以上理论的指导下，设计了利用后向ASE功率水平进行喇曼放大器的喇曼增益的自动控制与补偿技术。

实施方式1如图2：按照我们设计的光路结构，只通过测量三个信号波长附近的点(但是不能和信号频率重合)的后向ASE功率，即可实现对整个放大带宽内喇曼放大器的拉曼增益的自动控制与补偿。带通滤波器1用来检测中心频率为ν1，一定带宽内的ASE光功率；带通滤波器2用来检测中心频率为ν2，一定带宽内的ASE光功率；带通滤波器3用来检测中心频率为ν3，一定带宽内的ASE光功率。带通滤波器的中心频率与带宽并不是固定不变的，只要不是ITU-T的频率就可以，同时要根据具体的情况具体设计。

实施方式2如图3：通过可调谐光滤波器和光探测器结合，用来探测不同频率处的喇曼光纤放大器的后向ASE功率。

喇曼放大器根据探测到的ASE功率水平，通过控制单元计算各点的喇曼增益，并自动调整其泵浦的功率水平，使各点的ASE的功率保持需要的水平，从而实现喇曼放大器增益的实时动态调整和控制。

由理论推导与实验结果可以知道，在各点ASE功率一定的情况下，在该点处的喇曼增益就唯一确定，因此可以很容易的通过喇曼放大器的控制单元自动调整泵浦激光器的功率使相应中心频率处的ASE光功率保持不变或者在很小的范围内变化，近而实现整个放大带宽内喇曼增益的自动控制与补偿。

本发明的核心是利用后向泵浦的自发辐射噪声的光功率水平来实现喇曼光纤放大器喇曼增益的自动控制与补偿，根据后向ASE的功率水平，计算实际喇曼放大器增益，从而实现喇曼放大器增益的实时动态可调。因此，上述实施例不限制本发明的保护范围。