具有动态增益均衡的输入独立无倾斜宽带放大器制造技术

一种宽带光放大器，它能够提供恒定的放大器增益分布，修正ＡＳＥ噪声，并把增益倾斜减至最小，这是通过与输入和所需输出电平有关的每级增益，损耗，和功率控制的组合，动态地控制不同级放大器实现的。多级放大器有独立控制每级的中央控制电路，该放大器包括：多个串行耦合级，每级是衰减器级，增益设置子放大器级，或功率电平设置级。中央控制电路确定哪些级是有源的增益或功率受控。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增益平坦宽带光放大器，具体涉及用于多信道密集波分复用(DWDM)基光波通信系统和网络的光纤放大器。光放大器，特别是掺铒光纤基放大器(EDFA)，是现在最普遍使用的放大弱光信号的光放大装置。这些光放大器用于网络单元，例如，分插复用器，光交叉连接，开关，和路由器。大量地用于短距离和长距离光通信网，它们还可以用于CATV广播。最新的波分复用(WDM)系统，其中单根光纤同时运载的所有光信道有不同的光波长，需要更多地利用EDFA。这主要是因为存在着多个波长，其中每个波长作为一个单独的信道，提供很大的数据运载容量。不仅如此，利用单根光纤上多个波长还提供网络规划和数据/话音业务路由的灵活性。常规的EDFA带宽最近已从标准的1525-1565nm区域扩展到新的1565-1605nm区域(见1998年2月20日申请的美国专利申请序列号09/026,657)。所以，现在有更大的可用带宽，产生更多的信道。这就允许光网络以高达每秒太拉比特的速率传输信息。掺铒光纤的物理原理是这样的，信号的放大倍数或增益随信号的波长而改变。因此，馈入几个光波长到放大器中，每个波长代表一个单独的信道，就会出现一些问题。由于每个信道是由单个波长发射的，且由于增益与波长有关，不同的信道接收不同的放大倍数。因此，用于多信道传输系统中光放大器的输出必须总是增益平坦的。增益平坦化是利用增益平坦滤波器完成的，例如，光纤光栅，或选取更自然平坦的铒光纤。不管采用什么增益平坦方法，对于给定的总输入信号功率，光放大器中无源的增益平坦装置的结构是很确定的，一旦完成放大器的封装，它不再发生变化。所以，无源的增益平坦放大器的设计总是相对于特定的增益和输入功率。对于每个特定的增益和输入功率，放大器的增益分布是不变的。必须注意，在放大器工作期间，对于大部分的WDM运行，放大器的增益被锁定在恒定的值上。给出以上的说明，当总的放大器输入电平变化时，就会出现另一个问题。当信道负载因节点处的信道分出或连接处的信道插入而发生变化时，就可以发生这个条件。当这个条件发生时，必须调整放大器的泵浦功率以保持增益恒定。这样做就使放大器增益分布不发生变化。这个方法适用于信道数目的变化，其中每个信道有恒定的功率电平。通过调整泵浦功率以保持放大器的增益恒定，其中每个信道就被均匀地放大，不管有多少个信道是加载的。1999年3月31日申请的美国专利申请序列号09/282206中公开一个完成此项任务的设备。遗憾的是，包含在上述申请中的专利技术有一个缺点，它不适合于某些应用。具体地说，当信道负载保持相同而信道功率发生变化时，它不能维持放大器的增益分布。这个条件通常发生在诸如波分复用(WDM)环形结构的情况下，其中所有的信道或部分信道在节点处可以被替换。对于诸如上述的应用，锁定放大器增益到恒定值上是不切实际的。当输入信号很小时，锁定增益到特定值就会产生很小的输出信号。这是因为增益是输出与输入之间的比率。若这个比率是固定的，则很小的输入产生很小的输出。类似地，在固定增益下，很大的输入产生很大的输出。这个关系在光学系统设计中就会造成困难，因为传输光纤损耗或链路损耗总是恒定的。因此，若信道输出很低，则它可能太弱而不能到达接收机。为了可能解决这个问题，可以不把增益锁定在特定的值上。在此情况下，若增益不是锁定的，就不是根据输入调整泵浦功率。特别是当放大器工作在深度饱和区时，放大器的输出可以大致保持相同。然而，因为输入电平已发生变化，增益(或原子级粒子数反转)就不同于设计(和优化)值。原先被嵌入式滤波器或其他方法修正的增益分布可能遭到破坏。这可以引起增益与波长之间关系发生很大的变化，其中一些波长的放大倍数大于另外一些波长，和一些波长有较多放大的功率。其结果是，一些信道到达接收机，而另一些信道因太弱而不能被检测。这个现象称之为放大器增益倾斜(tilt)。附图说明图1表示发生的这种情况。从此图可以看出，增益和增益平坦度是与输入信号电平有关的。为了解决放大器增益倾斜问题，提出一些具有专用特性的已知放大器。这些放大器有很小的输入动态范围，若不调整泵浦功率，则增益分布在此范围内可以保持不变。然而，这种很小的输入动态范围限制了这些放大器的应用。我们需要的是这样的光放大器，它不仅有大的输入动态范围，而且还使增益倾斜效应减至最小。在不改变输出增益响应分布的情况下，这种放大器必须均匀地响应不同的输入电平。这种放大器还必须允许用户控制输出信号功率电平，无须担心增益倾斜。为了完成上述的任务，该放大器必须是有源的增益受控。实现有源的增益控制，必须根据每个新的输入/输出功率条件调整增益平坦装置。按照以上的需要，提出两种有源的增益平坦控制方法。这两种方法利用有源控制的声光滤波器，或光开关和增益平坦滤波器的组合，其中每个开关/滤波器的组合相当于不同要求的增益。对于每个新的信号和/或放大自发辐射(ASE)条件，这两种方法采用不同的增益平坦滤波器分布。假设铒光纤增益频谱有复杂的形状，声光方法要求采用几个声光滤波器。这种方法显然是很昂贵的。此外，每个声光滤波器要求复杂的RF电子器件和专用的控制程序，以及调整和优化该组合的复杂反馈机构。同样，声光器件中很大的插入损耗妨碍了它们在实验室之外使用。利用有源增益平坦控制的第二种方法是采用两个光开关，一个光开关在输入端，另一个光开关在输出端，并结合若干个并行的增益平坦滤波器。控制电路每次检测到输入电平时，它把输入电平与预编程序表进行比较，并转换到相应的增益平坦滤波器。遗憾的是，这种方法有某些缺点。具体地说，这种方法缺乏灵活性，必须安装N个滤波器。若N是一个很大的数目，则这种方法是非常昂贵的。所以，我们需要的是这样一种有很大动态输入的光放大器，它给用户提供可调整的功率输出，而同时提供恒定的增益分布，从而保持增益与信号波长之间的关系。此外，这种光放大器还必须能够消除或至少减小增益倾斜现象，提供一个与输入电平或信道数目无关的恒定增益分布。本专利技术提供一种宽带光放大器以克服现有技术中的缺陷，该放大器能够提供恒定的放大器增益分布，修正ASE噪声，并把增益倾斜减至最小，这是通过与输入和所需输出电平有关的每级增益，损耗，和功率控制的组合，动态地控制不同级放大器实现的。本专利技术提供一种有输入和输出的宽带光放大器，所述放大器包括可编程控制电路；第一光学子放大器，它有受控制电路控制的可调整增益设置并产生中间光信号；第二光学子放大器，它有受控制电路控制的可调整泵浦功率设置并产生输出光信号；光信号衰减器，它有受控制电路控制的可变衰减量设置并产生衰减器输出信号；第一光信号抽样装置，它抽样输入光信号；第二光信号抽样装置，它抽样中间光信号；第三光信号抽样装置，它抽样衰减器输出光信号；其中第一光学子放大器耦合在第一抽样装置与第二抽样装置之间；光信号衰减器耦合在第二抽样装置与第三抽样装置之间；第二光学子放大器耦合到第三抽样装置；每个抽样装置还耦合到控制电路；基于抽样装置的抽样输入，控制电路控制每个光学子放大器和光衰减器。较好的是，基于输入光信号与中间光信号之间的比率，所述控制电路控制所述第一子放大器的可调整增益设置。更好的是，所述控制电路还包括通过从可调整增益设置中减去与放大自发辐射(ASE)噪声有关的增益因子计算实际放大器增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有输入和输出的宽带光放大器，包括：－可编程控制电路；－第一光学子放大器，它有受控制电路控制的可调整增益设置并产生中间光信号；－第二光学子放大器，它有受控制电路控制的可调整泵浦功率设置并产生输出光信号；－光信号衰减器，它有 受控制电路控制的可变衰减量设置并产生衰减器输出信号；－第一光信号抽样装置，它抽样输入光信号；－第二光信号抽样装置，它抽样中间光信号；－第三光信号抽样装置，它抽样衰减器输出光信号。其中－第一光学子放大器耦合在第一抽样装置与 第二抽样装置之间；－光信号衰减器耦合在第二抽样装置与第三抽样装置之间；－第二光学子放大器耦合到第三抽样装置；－每个抽样装置还耦合到控制电路；－基于抽样装置的抽样输入，控制电路控制每个光学子放大器和光衰减器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨丹丹，马克M狄格南，
申请(专利权)人：AFC技术公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]