低功耗光纤放大电路结构制造技术

本发明专利技术涉及一种低功耗光纤放大电路结构，其中包括光纤放大器、有源驱动电路和驱动控制电路，所述的光纤放大器的输入端与光源的输出端相连接，所述的光纤放大器用以将输入光信号经功率放大后输出，所述的有源驱动电路用以驱动所述的光纤放大器，所述的驱动控制电路用以根据所述的输入光信号是否到达所述的光纤放大器来控制所述的有源驱动电路的开启或关闭。采用该种结构的低功耗光纤放大电路结构，可以实现光纤放大电路结构中的有源驱动电路根据输入光信号的到达与否进行按需驱动，降低放大电路功耗，提高放大后光信噪比，降低放大电路传输噪声，降低发热量，延长电路元器件使用寿命，结构简单，使用方便，具有更广泛应用范围。

【技术实现步骤摘要】
低功耗光纤放大电路结构
本专利技术涉及光纤传输领域，尤其涉及光纤放大领域，具体是指一种低功耗光纤放大电路结构。
技术介绍
目前常规的用于通信或传感的光纤放大器一般有两种：半导体光纤放大器（SOA），掺杂稀土元素的光纤放大器（REDFA）。半导体光纤放大器原理接近半导体激光器，利用原子能级间的跃迁受激现象进行光放大，由电流直接驱动放大介质，使之能级发生向上跃迁，当有信号光输入时，扰动能级向下跃迁，发出与输入光同样频率、波长、偏振的光，形成放大了的输出光。稀土掺杂光纤放大器，则利用在光纤里掺杂稀土元素，比如应用最多的铒元素，利用电流驱动一个泵浦（Pump）光对掺杂元素进行激励，使之发生向上能级跃迁，当有信号光输入时，扰动能级向下跃迁，发出与输入光同样频率、波长、偏振的光，形成放大了的输出光。这两种光纤放大器虽然原理不同，但都可以理解为电流驱动激励源对光信号进行放大。目前应用这两种放大器都是工作在直流状态，无论是否有信号输入都处于正常电流驱动状态，如图1中所示为现有技术中光纤放大器的有源驱动电路状态示意图，因此这样的应用具有以下的问题：功耗偏高：由于放大介质一直处于电流驱动状态，会产生较高的功耗，尤其对于信号占空比偏低的应用，而且需要低功耗工作的地方，如海底、太阳能供电放大器、手持电池供电设备对功耗有要求的地方并不适合。噪声大：传输信号尤其是数字信号，最大的占空比便是通信系统，大约也就是50%，而对于一些其他应用，比如光时域反射仪（OTDR）设备、分布式测温系统（DTS）常常信号占空比非常低，比如DTS常用脉宽10ns,周期10ms信号，在没有信号时激励源产生的粒子反转将会自发跃迁回低能态，产生自发辐射，在两个信号之间形成噪声，这便是自发辐射噪声。寿命不高：由于放大有源介质一直处于电流激励状态，发光芯片会老化而结束寿命，对于高可靠性应用，如海底，荒漠等，产品寿命非常重要。发热大：对于连续电流驱动，其功耗为恒定，除掉电光转换效率外，都变成热能，使得产品发热严重。通常还需要半导体制冷器（TEC）进行温控，以保证产品的工作温度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现光纤放大电路结构中的有源驱动电路根据输入光信号的到达与否进行按需驱动、降低放大电路功耗、降低放大电路传输噪声、具有更广泛应用范围的低功耗光纤放大电路结构。为了实现上述目的，本专利技术的低功耗光纤放大电路结构具有如下构成：该低功耗光纤放大电路结构，其主要特点是，所述的光纤放大电路结构包括：光纤放大器，该光纤放大器的输入端与光源的输出端相连接，该光纤放大器用以将输入光信号经功率放大后输出；有源驱动电路，用以驱动所述的光纤放大器；驱动控制电路，用以根据所述的输入光信号是否到达所述的光纤放大器来控制所述的有源驱动电路的开启或关闭。较佳地，所述的驱动控制电路包括驱动控制器，所述的驱动控制器的输入端与所述的光源的同步光信号输出端相连接，所述的驱动控制器与所述的有源驱动电路相连接。更佳地，所述的光纤放大电路结构还包括光纤延迟器，该光纤延迟器连接于所述的光源与所述的光纤放大器之间。较佳地，所述的驱动控制电路包括光纤耦合器、光电检测器和驱动控制器，所述的光纤耦合器的输入端与所述的光源的输出端相连接，所述的光纤耦合器的输出端分别与所述的光纤放大器的输入端、所述的光电检测器的输入端相连接，所述的驱动控制器连接于所述的光电检测器与有源驱动电路之间。更佳地，所述的光纤放大电路结构还包括光纤延迟器，该光纤延迟器连接于所述的光纤耦合器与所述的光纤放大器之间。较佳地，所述的光纤放大器为半导体光纤放大器。更佳地，所述的有源驱动电路为驱动电流电路。较佳地，所述的光纤放大器为掺杂稀土的光纤放大器。更佳地，所述的有源驱动电路为泵浦激光器。采用了该专利技术中的低功耗光纤放大电路结构，具有如下有益效果：（1）降低了光纤放大电路结构的功耗，理论上功耗是直流控制的占空比比例，比如信号占空比为1%，则功耗相对于目前的直流供电下降到1%。（2）提高放大后光信噪比，对于低占空比信号放大，由于在“空”无信号时间段，有源器件不开启，减小这段时间的自发辐射噪声（ASE），使得放大后信噪比提高，降低信号传输噪声。（3）降低发热量，由于功耗降低，发热量也降低，理论上降低的发热量与占空比成正比。由于发热降低，有源器件开启时间也大大缩短，器件寿命将成倍增加，不需要另外配备散热元件，简化了电路结构。附图说明图1为现有技术中的光纤放大器的用作光信号传输的电路状态示意图。图2为本专利技术的第一种实施例的低功耗光纤放大电路结构的结构示意图。图3为本专利技术的第二种实施例的低功耗光纤放大电路结构的结构示意图。图4为本专利技术的低功耗光纤放大电路结构在无光信号输入时的电路状态示意图。图5为本专利技术的低功耗光纤放大电路结构在输入光信号到达时的电路状态示意图。图6为本专利技术的低功耗光纤放大电路结构在输入光信号离开时的电路状态示意图。具体实施方式为了能够更清楚地描述本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。为了解决现有技术中的光纤放大器已有的问题，本专利技术的目的是对光纤放大器的有源介质根据信号到达与否进行“按需”脉冲驱动，根据信号的周期快速开关有源驱动电路实现放大器的低功耗。该专利技术的基本原理是：对输入数字光信号进行检测或同步，无信号到来时，关闭有源驱动电路的驱动，以解决已有光纤放大器普遍存在的功耗高、噪声大、寿命不够高、发热大等问题。换句话说，让有源驱动电路处于开关或脉冲状态。按照本专利技术的基本原理，所实现的有源驱动电路的状态如图4、图5、图6所示。如图4所示为所述的低功耗光纤放大电路结构在无光信号输入时的电路状态示意图。如图5所示为所述的低功耗光纤放大电路结构在输入光信号到达时的电路状态示意图。如图6所示为所述的低功耗光纤放大电路结构在输入光信号离开时的电路状态示意图。该放大器对于低重复频率脉冲光信号放大效果尤其明显，占空比越小，效果越好。通常采用的方案有但不限于以下二种实施例：如图2所示为本专利技术的第一种实施例的低功耗光纤放大电路结构的结构示意图。1、在第一种实施例中，光源发出光信号经延迟后传输至光纤放大器中，同时由光源发出信号时给出同步信号给驱动控制电路，驱动控制电路控制有源驱动电路，有源驱动电路驱动所述的光纤放大器，驱动控制电路为驱动电流控制电路，即由同步信号控制有源驱动电路的驱动开关，而这个开关时间与信号到来同步，或比信号的到来有固定时间的提前量。延迟线是为调节控制信号与光信号的同步，非必需添加。如图3所示为本专利技术的第二种实施例的低功耗光纤放大电路结构的结构示意图。2、在第二种实施例中，光源发出光信号，经过光纤耦合器分路，一路经延迟后传输至光纤放大器中，另一路由一个光电检测器进行脉冲检测，当检测到输入光信号到达时，通过驱动控制电路即驱动电流控制电路，打开有源驱动电路，信号离开时关闭有源驱动电路。延迟线是为调节控制信号与光信号的同步，非必需添加。在本专利技术中的有源驱动电路开启可以在信号到来之前、或到来后，开启时刻to和信号到来时刻ts，可以有关联也可以无关联。所述的有源驱动电路关闭可以在信号离开之前、或离开之后，关闭时刻tc和信号到来时刻ts，可以有关联也可以无关联。光纤放大器可以是掺稀土（铒、镱、谱或其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的光纤放大电路结构包括：光纤放大器，该光纤放大器的输入端与光源的输出端相连接，该光纤放大器用以将输入光信号经功率放大后输出；有源驱动电路，用以驱动所述的光纤放大器；驱动控制电路，用以根据所述的输入光信号是否到达所述的光纤放大器来控制所述的有源驱动电路的开启或关闭。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的光纤放大电路结构包括：光纤放大器，该光纤放大器用以将输入光信号经功率放大后输出；光纤延迟器，连接于光源和所述的光纤放大器之间，该光纤延迟器用以延迟光源发出的光信号，并将延迟后的光信号传输至所述的光纤放大器；有源驱动电路，用以驱动所述的光纤放大器；驱动控制电路，用以根据所述的输入光信号是否到达所述的光纤放大器来控制所述的有源驱动电路的开启或关闭。2.根据权利要求1所述的低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的驱动控制电路包括驱动控制器，所述的驱动控制器的输入端与所述的光源的同步光信号输出端相连接，所述的驱动控制器与所述的有源驱动电路相连接。3.根据权利要求1所述的低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的驱动控制电路包括光纤耦合器、光电检测器和驱动控制器，所述的光纤耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶玮，张涛，
申请(专利权)人：上海拜安实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31