增益谱可控的喇曼光纤放大器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种增益谱可控的喇曼光纤放大器，包括一个以上不同波长的泵浦，至少一个波分复用器以及放大光纤，每个泵浦都与控制泵浦功率的控制设备相连。本发明专利技术同时公开了一种喇曼光纤放大器的控制方法，应用于具有多波长泵浦和控制设备的喇曼光纤放大器，包括以下步骤：ａ．控制设备根据输出光的目标增益谱曲线确定喇曼光纤放大器的目标性能；ｂ．控制设备根据步骤ａ确定的目标性能确定喇曼光纤放大器中每个波长泵浦的功率值；ｃ．控制设备根据步骤ｂ确定的功率值调整喇曼光纤放大器每个波长泵浦的功率到该功率值。通过本发明专利技术装置可根据实际需要自由灵活地控制ＲＡＭＡＮ光纤放大器增益谱的形状，并实时进行监控，充分保证增益谱形状的稳定性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种喇曼(RAMAN)光纤放大器，特别是一种增益谱可控均RAMAN光纤放大器及其控制方法。
技术介绍
现有的光网络系统，为实现信号的远距离传输，大多以光放大器作为中继，对经光纤传输后衰减的信号进行放大并向下一级传输。图1为目前光传输系统的示意图，信号从发送端101送入传输光纤，通过一定的距离传输后，因传输光纤自身的损耗，信号会被衰减，衰减的信号通过第一个光中继站102被放大，然后向下一级中继站102传送，如此不断向下级传送。当经几级的传输后，因光信噪比的劣化，信号无法继续向下传送，此时通过一个电中继站103对信号进行恢复处理，电中继站103输出的光信号通常有一个良好的光信噪比，使信号得以继续向下一级传输，从而来实现光信号的远距离传输。传统的光中继站由单纯的掺铒光纤放大器(EDFA，Erbium-doped FiberAmplifier)组成，低功率的信号光直接进入EDFA进行放大，之后再向下一级传送。但由于EDFA自身引入的噪声较大，采用这种结构的中继站不可避免的造成信噪比劣化较快，从而限制了级联数目的增加，以及无电中继的距离。通常这种系统受对接收端光信噪比要求的限制，每段的跨距一般约为80km，信号只能输送六、七百公里，如果要传输的更远，如完成上千公里的信号传输，则需要加电中继。通常在一个中继站中一般都包含两个以上的放大器，由放大器级联理论可知，第一级放大器的噪声特性对整个中继站的噪声特性影响最大，所以如果信号先由低噪声放大器放大，将使整个中继站噪声特性优于单纯的采用两个EDFA做中继站的结构。于是综合性能成本，人们提出了喇曼、掺铒光纤混合结构的光纤放大器。RAMAN光纤放大器因其具有低噪声特性被认为是实现无电中继长距离传输的基础。随着RAMAN光纤放大器的逐渐成熟，光通信系统迈入了新的阶段。RAMAN光纤放大器的原理是利用泵浦光能量激发引起的光纤中受激RAMAN散射(SRS，Stimulated Raman Scattering)，使能量从泵浦波长转移到信号波长。RAMAN频移由光纤芯材料的振动谱决定，如果信号光的工作波长确定，便可计算出泵浦光的最佳波长。RAMAN光纤放大器的主要特点是可做成连续放大器，在普通通信光纤中连续放大；性能稳定，引入噪声小；增益范围可以连续选择，如果泵浦光波长合适，则RAMAN光纤放大器可对任何波长的光进行放大。但它的缺点是，同EDFA相比，需要较高的泵浦功率，且提供的增益较小，通常只有十几个dB。因此目前仅靠RAMAN光纤放大器自身来完成光信号的中继是不现实的，所以在实际系统中采用混合结构光纤放大器来实现信号的中继。这样所得到的RAMAN+EDFA放大器的噪声特性好于EDFA，从而可以保证信号的远距离传输。图2为当前RAMAN+EDFA放大器的一般结构，由RAMAN光纤放大器201、可调衰减器(VOA)202和EDFA 203组成，其中VOA 202用于调节增益谱均衡，提高系统的适用性。实验证明，这种结构的放大器的噪声特性远远优于相同规格的单纯EDFA结构的放大器，增加了级联数目，大大扩展了无电中继的距离。但是，目前的这种技术的缺陷是没有充分利用RAMAN光纤放大器可以方便调节增益谱的有利特性。首先，在设计时分别考虑RAMAN光纤放大器的增益平坦和EDFA的增益平坦，这样两者的增益谱叠加后，往往产生更陡的增益谱。当用增益平坦滤波器(GFF)平衡这个增益谱时，则浪费的功率将更大，造成噪声指数(NF，Noise Figure)增加，而且增加了GFF设计的困难以及误差。其次，当前的技术只考虑设计时的增益和平坦度，这是无法适应实际需求的。分布式RAMAN光纤放大器直接利用传输光纤作为增益介质，所以实际线路的光纤情况对放大器的性能影响很大。一个放大器在一个场合合适，在另一个场合就不合适了，给生产和维护带来极大不便。另外，信号光的波长分配、功率对放大器也有影响。在实际密集波分复用(DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing)系统应用中，信号光的波长要根据业务的要求进行分配，光功率也根据不同的链路情况有所差别。现有技术只能进行增益总量的粗糙控制，无法适应线路千差万别的变化。因此在现有的技术下，不得不采用可调衰减器来提高系统的适用性，浪费了功率，提高了成本，增加了NF，限制了级联数目。另外，由于RAMAN光纤放大器是根据光纤的SRS效应工作的，单一波长的泵浦光只能对有限波长，大约40nm范围内的信号光进行放大，信号光与泵浦光的频率差为13THz左右，即波长相隔100nm左右的地方实现最大增益。因此，很自然想到了采用多波长泵浦的办法来增加RAMAN光纤放大器的增益带宽，和提高其增益谱的平坦度。但目前的多波长泵浦的RAMAN光纤放大器多是静态设计，没有考虑实际应用中根据不同情况对泵浦的选择，更没有根据每个时刻情况的变化所进行的动态监控。增益谱的控制只有在系统级的应用中才能实现，模块和系统必须不断地进行控制和反馈，而对此目前尚未提出实用有效的控制方案。并且由于RAMAN增益是偏振相关的，而泵浦光的偏振度很高，因此现有技术均采用每个波长两个泵浦激光器的结构，通过让两束泵浦光以偏振态正交的方式合波来降低其偏振度。而对于采用多个波长多个泵浦的RAMAN光纤放大器而言，这无疑将增加泵浦激光器的个数，由于泵浦激光器的价格十分昂贵，从而将使设备成本大幅增加。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的是提供一种增益谱可控的RAMAN光纤放大器，使其在不增加成本和尽量使用现有设备的情况下，能够按需要自由控制其增益谱形状，并且根据业务的需要、环境的变化，在线路中实时调整增益谱，从而大大提高放大器的性能。本专利技术的另一个目的是提供一种对采用多波长泵浦的RAMAN光纤放大器的控制方法，使其能够控制RAMAN光纤放大器的泵浦功率，从而控制其增益谱的形状，并能够实时监测并调整增益谱形状，使其达到最佳。本专利技术的一种增益谱可控的喇曼光纤放大器，包括一个以上不同波长的泵浦，至少一个波分复用器以及放大光纤，关键在于每个泵浦都与控制泵浦功率的控制设备相连。该放大器进一步包括一个用于将一个以上泵浦光合波解偏的合波解偏单元，其由合波器和解偏器组合而成，该合波解偏单元连接在每个泵浦的输出端与波分复用器的一个输入端之间。上述合波器与解偏器的组合是每个与一组泵浦相连的合波器输出端分别连接一个解偏器，所有解偏器的输出端再连接至一个与波分复用器相连的合波器。或者是每个与一组泵浦相连的合波器输出端分别连接一个合波器，合波器的输出端再连接至一个与波分复用器相连的解偏器。该装置所述泵浦的数目和泵浦光的波长可根据调节精度要求以及输出光的目标增益谱曲线来确定。该装置所述控制设备为光网络中继站中的控制设备，该控制设备进一步包括有控制喇曼光纤放大器增益谱形状大小的主控部分以及为喇曼光纤放大器提供驱动电流的光放大部分，主控部分通过光放大部分与喇曼光纤放大器的每个泵浦电连接；该喇曼光纤放大器的前端还连接有用于收发和处理远端中继站控制指令的光监控信道(OSC，Optical Supervisory Channel)处理部分，从远端中继站发来的带有远端中继站控制信息的OSC光信号经OSC处理部分处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增益谱可控的喇曼光纤放大器，包括一个以上不同波长的泵浦，至少一个的波分复用器以及放大光纤，其特征在于：每个泵浦都与控制泵浦功率的控制设备相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林东，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]