工作模式可选的智能化半导体光纤放大器制造技术

本实用新型专利技术提供工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，包括：输入分光器、输入光检测器、输入隔离器、半导体光放大器、输出隔离器、输出光检测器、输出分光器，以及控制电路；输入分光器的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器接半导体光放大器的光输入端，次路输出端通过输入光检测器接控制电路；半导体光放大器的光输出端通过输出隔离器接输出分光器的输入端；输出分光器的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器接控制电路；控制电路对半导体光纤放大器的输入端和输出端光信号进行监测，控制电路用于半导体光纤放大器工作模式的切换。本实用新型专利技术能够实现多种工作模式的平稳切换。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光传输设备，尤其是一种光纤放大器。
技术介绍
目前标准化的PON技术，包括BPON，EPON和GPON最长接入距离为20km，分支比为16，32或64。为满足宽带城域的要求，需要延长传输距离或者提高分支比。当分支达到128或者以上，或者传输距离达到40km以上，接收端的信号功率会比较弱，无法达到接收机的灵敏度，造成无法接收。有两种方式可以实现延长传输距离或者提高分支比的目的。一种方案是通过光电光（OEO）再生器。它接收一个光信号，在电域再放大，再成形，再定时，在光域再发送。另一种办法是引入光放大器来增加功率预算，提高传输距离。为适应不同PON要求，通常需要提供几种型号的光放大器。例如，如果是对1520～1600nm通讯波段进行放大，就需要掺铒光纤放大器，因为掺铒光纤在这一波段有增益，又因为其成熟方便，EDFA成为最佳选择。如果需要对其他波段进行放大，通常是采用半导体光放大器或者拉曼放大器。因为这种放大器的放大机理不是基于掺杂光纤的增益谱进行放大，理论上可以放大任意波长。这两种放大器中拉曼放大器成本比较高，一般仅用于长途无中继传输系统中，用于短距离传输，成本太高。所以半导体光放大器（SOA）成为PON,GPON,EPON,XGPON的最佳选择。目前40Gbit/s/100Gbit/s系统已经逐步进入规模化商用阶段，对于城域网和短距离城际网应用的高速数据传输系统，数据中心距离能达到数十公里，客户侧40Gbit/s/100Gbit/sCFP光收发模块因传输距离较短而受到限制，因此需要一种适应于高速率要求的光纤放大器，半导体光放大器因其适用波长范围广而重新受到青睐。半导体光放大器的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是增益介质在外部注入电流下，由外来光子在增益介质内引起的受激发射而使外来光子获得增益或放大。半导体放大器的工作方式一般都是外部电流注入驱动。以前半导体光放大器的工作场合多为光纤传感和医疗检测领域，电流驱动模式就够了。但是随着半导体光放大器在光通讯领域越来越多，尤其是100G光网络和PON网络的发展，半导体光放大器在这些领域的应用也开始多起来。原来单一的给定电流工作模式就无法满足光通讯传输要求了。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，能够实现半导体光纤放大器多种工作模式的灵活切换，并且通过电路控制实现在切换过程中没有光学突变。本技术采用的技术方案是：工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，包括：输入分光器、输入光检测器、输入隔离器、半导体光放大器、输出隔离器、输出光检测器、输出分光器，以及控制电路；输入分光器的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器接半导体光放大器的光输入端，次路输出端通过输入光检测器接控制电路；半导体光放大器的光输出端通过输出隔离器接输出分光器的输入端；输出分光器的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器接控制电路；控制电路对半导体光纤放大器的输入端和输出端光信号进行监测，从而对半导体光放大器进行反馈控制；控制电路用于半导体光纤放大器工作模式的切换。具体地，控制电路包括MCU、第一检测放大电路、第二检测放大电路、选通开关U5、PI控制器U3B、瞬态过冲抑制电路、驱动信号采样电路、输出驱动电路；输入光检测器包括光电二极管VD2、光电二极管VD2的输出信号通过第一检测放大电路放大后，得到输入光检测信号InputPower和输入光监测信号Input_Power_j，分别传至选通开关U5的一个输入端和MCU；选通开关U5的控制端接MCU输出的选通控制信号MCU_CS，选通开关U5的另一个输入端接输出光给定信号DAC_CH0，输出光给定信号DAC_CH0是MCU通过DAC（数字模拟转换器，下同）设定的；选通开关U5的输出端通过电阻R10接PI控制器U3B的同相输入端；输出光检测器包括光电二极管VD5，光电二极管VD5的输出信号通过第二检测放大电路放大后，得到输出光检测信号OutputPower和输出光监测信号Output_Power_j；输出光检测信号OutputPower通过电阻R11接至PI控制器U3B的反相输入端；输出光监测信号Output_Power_j接至MCU；PI控制器U3B的输出端接电阻R14的第一端，并通过串联的电容C10和电阻R3接PI控制器U3B的反相输入端；电阻R14的第二端输出半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv；半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv通过输出驱动电路来驱动半导体光放大器VD1；并在输出驱动电路中获取半导体光放大器VD1的驱动电流采样信号SOA_Ld_j反馈至MCU；半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv通过一个驱动信号采样电路反馈至MCU；瞬态过冲抑制电路包括运算放大器U4A和U4B，二极管VD3和VD4；运算放大器U4B和U4A的同相输入端分别接MCU通过DAC设定的电压给定信号DAC_CH1和DAC_CH2；运算放大器U4B的输出端接二极管VD3的阴极，二极管VD3的阳极接电阻R14的第二端和运算放大器U4B的反相输入端；运算放大器U4A的输出端接二极管VD4的阳极，二极管VD4的阴极接电阻R14的第二端和运算放大器U4A的反相输入端。控制电路用于实现本半导体光纤放大器三种工作模式的切换，三种工作模式为：自动电流控制（ACC）模式，自动输出功率控制（APC）模式，自动输出增益控制（AGC）模式；进一步地，当进行自动输出增益控制AGC模式和自动输出功率控制APC模式切换时，MCU进行下述控制：在AGC或APC模式工作时，MCU设定的电压给定信号DAC_CH1为DAC能够输出的最大值，电压给定信号DAC_CH2为DAC能够输出的最小值；以保证二极管VD3和VD4都不导通；在AGC和APC模式切换前，MCU把采样的电阻R14第二端的驱动信号SOA_Drv当前值传给DAC，通过DAC将电压给定信号DAC_CH1和DAC_CH2都设为驱动信号SOA_Drv当前值；在AGC和APC模式间进行切换，切换后，电阻R14第二端的电压被瞬态过冲抑制电路钳位在切换前的电压值；切换后，MCU通过DAC将电压给定信号DAC_CH1逐渐变大，将电压给定信号DAC_CH2逐渐变小，使得瞬态过冲抑制电路缓慢失去钳位作用。进一步地，自动电流控制ACC模式通过复用瞬态过冲抑制电路来实现；在向ACC模式切换前，MCU采样获得驱动信号SOA_Drv当前值和驱动信号SOA_Drv当前值对应的驱动电流采样信号SOA_Ld_j切换前的值；切换前MCU把采样的电阻R14第二端的驱动信号SOA_Drv当前值传给DAC，通过DAC将电压给定信号DAC_CH1和DAC_CH2都设为驱动信号SOA_Drv当前值；进行ACC模式切换后，MCU通过控制DAC使得电压给定信号DAC_CH1和DAC_CH2同时缓慢变化，通过驱动电流采样信号SOA_Ld_j跟踪半导体光放大器VD1的驱动电流，使得切换后半导体光放大器VD1的驱动电流向所需目标电流值缓变。具体地，第一检测放大电路包括运算放大器U1B、电阻R1和R6，电容C1、C3；光电二极管VD2的输出信号接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，其特征在于，包括：输入分光器(1)、输入光检测器(2)、输入隔离器(3)、半导体光放大器VD1、输出隔离器(4)、输出光检测器(5)、输出分光器(6)，以及控制电路；输入分光器(1)的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器(3)接半导体光放大器VD1的光输入端，次路输出端通过输入光检测器(2)接控制电路；半导体光放大器VD1的光输出端通过输出隔离器接输出分光器的输入端；输出分光器(6)的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器(5)接控制电路；控制电路对半导体光纤放大器的输入端和输出端光信号进行监测，从而对半导体光放大器进行反馈控制；控制电路用于半导体光纤放大器工作模式的切换。

【技术特征摘要】
1.一种工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，其特征在于，包括：输入分光器(1)、输入光检测器(2)、输入隔离器(3)、半导体光放大器VD1、输出隔离器(4)、输出光检测器(5)、输出分光器(6)，以及控制电路；输入分光器(1)的输入端接输入光信号，主路输出端通过输入隔离器(3)接半导体光放大器VD1的光输入端，次路输出端通过输入光检测器(2)接控制电路；半导体光放大器VD1的光输出端通过输出隔离器接输出分光器的输入端；输出分光器(6)的主路输出端输出放大后光信号，次路输出端通过输出光检测器(5)接控制电路；控制电路对半导体光纤放大器的输入端和输出端光信号进行监测，从而对半导体光放大器进行反馈控制；控制电路用于半导体光纤放大器工作模式的切换。2.如权利要求1所述的工作模式可选的智能化半导体光纤放大器，其特征在于：控制电路包括MCU、第一检测放大电路(10)、第二检测放大电路(20)、选通开关U5、PI控制器U3B、瞬态过冲抑制电路(30)、驱动信号采样电路(40)、输出驱动电路(50)；输入光检测器包括光电二极管VD2、光电二极管VD2的输出信号通过第一检测放大电路(10)放大后，得到输入光检测信号InputPower和输入光监测信号Input_Power_j，分别传至选通开关U5的一个输入端和MCU；选通开关U5的控制端接MCU输出的选通控制信号MCU_CS，选通开关U5的另一个输入端接输出光给定信号DAC_CH0，输出光给定信号DAC_CH0是MCU通过DAC设定的；选通开关U5的输出端通过电阻R10接PI控制器U3B的同相输入端；输出光检测器包括光电二极管VD5，光电二极管VD5的输出信号通过第二检测放大电路(20)放大后，得到输出光检测信号OutputPower和输出光监测信号Output_Power_j；输出光检测信号OutputPower通过电阻R11接至PI控制器U3B的反相输入端；输出光监测信号Output_Power_j接至MCU；PI控制器U3B的输出端接电阻R14的第一端，并通过串联的电容C10和电阻R3接PI控制器U3B的反相输入端；电阻R14的第二端输出半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv；半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv通过输出驱动电路(50)来驱动半导体光放大器VD1；并在输出驱动电路(50)中获取半导体光放大器VD1的驱动电流采样信号SOA_Ld_j反馈至MCU；半导体光放大器VD1的驱动信号SOA_Drv通过一个驱动信号采样电路(40)反馈至MCU；瞬态过冲抑制电路(30)包括运算放大器U4A和U4B，二极管VD3和VD4；运算放大器U4B和U4A的同相输入端分别接MCU通过DAC设定的电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟荣华，吴松桂，
申请(专利权)人：无锡市德科立光电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32