一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置及其方法
2023-04-27 04:54:06
專利名稱：一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術，尤其涉及在光通信中一種摻鉺光纖放大器的增益控制。
背景技術：
摻鉺光纖放大器是光傳輸系統中的重要組成部分，是DWDM(密集波分復用)系統中用於光信號放大的部件。由於光纖中傳輸的光波長信號數目減少時會導致剩餘光波長功率增大，引起光纖非線型效應，同時影響系統光功率預算，使DWDM系統傳輸性能劣化。為了避免這種情況的發生，我們需要使摻鉺光纖放大器的光增益恆定，使之在光波長信號數目減少時，在很小一段時間內恢復成一個常光增益值。
常見摻鉺光纖放大器的增益控制方法有兩種，即數字增益控制方法和模擬增益控制方法。
數字增益控制方法通過對輸入和輸出光信號進行採樣，通過DSP(數位訊號處理)或MCU(單片機)鎖定電路來決定泵浦雷射器泵浦電流的大小。該方案的缺點在於精度受A/D(模/數轉換)、D/A(數/模轉換)轉換電路影響、響應速度較慢、電路複雜、成本高等。如中國專利申請號為00102134.6、發明名稱為「含有增益控制電路的摻鉺光纖放大器」所公開一種技術方案，參見圖1，在光輸出端與摻鉺光纖放大器18的輸出端之間有第二光耦合器，該第二光耦合器的輸出光有兩路，其中一路即為上述光輸出端，另一路光依次經輸出光檢測電路14、第二模/數轉換電路15、接至數位訊號處理器13；數位訊號處理器13的輸出端通過數/模轉換電路16接至雷射器驅動電路17，對摻鉺光纖放大器18進行增益控制；同時還包括第一光耦合器，該耦合器接於光輸入端和摻鉺光纖放大器18的輸入端之間，其輸出光一路接入摻鉺光纖放大器18的輸入端，另一路依次經輸入光檢測電路11、第一模/數轉換電路12接入數位訊號處理器13中。
模擬增益控制方法採用模擬電路來實現摻鉺光纖放大器的增益鎖定，其關鍵技術問題是如何用模擬電路產生控制信號，通過對摻鉺光纖放大器中泵浦雷射器電流大小的控制達到實現摻鉺光纖放大器的自動增益鎖定。如圖2所示，現在摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置，控制方法是用運放作為積分器21，由輸入/輸出光檢測電路22、23對輸入/輸出光功率進行檢測，輸出信號通過放大器24、25放大後，由積分器21積分，產生控制信號通過雷射器驅動電路26去控制摻鉺光纖放大器27。由於摻鉺光纖放大器27的增益控制是由積分器21的積分電路產生，而積分電路對元器件精度要求較高，器件稍有偏差，就會導致積分電路產生較大的誤差，從而使得放大器的增益無法精確鎖定。所以其缺點是電路調試較複雜，精度較差，對器件精度要求高等。
由於現有的數字增益控制方法存在精度受所選器件影響較大、響應速度較慢、電路複雜、成本高等缺點，可以考慮採用模擬方式來控制放大器增益，因為通常採用的模擬電路具有響應速度快，電路簡單，成本低等優點。但是模擬電路的調試較複雜，對器件精度要求高，對生產帶來諸多不便。
發明內容本發明的目的在於提供一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置及其裝置，它克服了模擬控制電路調試複雜、對器件精度要求高的缺點，同時又具有模擬控制電路的優點，為採用模擬電路來控制摻鉺光纖放大器提供了一個良好的途徑。
本發明所提供的一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置，其特點是包括光輸入、出端、光輸入、出耦合器、輸入、出光功率檢測電路、兩放大器、一比較器、一自動功率鎖定器、一雷射器驅動電路和一摻鉺光纖放大器，其中；光輸入、出端分別對應連接光輸入、出耦合器；該光輸入、出耦合器分別對應連接輸入、出光功率檢測電路；該輸入、出光功率檢測電路分別連接一放大器；所述比較器分別與該兩放大器和所述的自動功率鎖定器相連接；該自動功率鎖定器與雷射器驅動電路連接後，至摻鉺光纖放大器。
本發明還提供的一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制方法，其過程為；光輸入、出端分別進行光輸入、出耦合，輸出的光信號再經過光輸入、出光功率檢測、進行光/電轉換，並將該轉換後的電信號分別放大，進行大小比較，獲得一個誤差控制電壓，鎖定自動功率，並輸出一控制信號，通過雷射器驅動，控制摻鉺光纖放大器中的泵浦雷射器，對泵浦雷射器泵浦電流大小的控制，從而達到控制摻鉺光纖放大器的增益。
由於採用上述技術方案，本發明具有1)通過控制模擬比較電路的響應時間，使得自動功率鎖定電路鎖定速度快；2)由於避免了數字增益控制方法所必須採用的A/D、D/A，使得信號失真大為降低；3)增益鎖定是一個自動的過程，不會受限於泵浦雷射器驅動電流——輸出功率曲線的離散性，簡化了電路的調試工作；4)具有很高的可靠性；電路實現較簡單，同時也節約了成本。
圖1為現有的摻鉺光纖放大器的數字增益控制裝置的結構示意圖；圖2為現有的摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置的結構示意圖；圖3為本發明摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置的的結構示意圖；圖4為圖3中光功率檢測電路的原理圖；圖5為圖3中比較器的電路原理圖；圖6為圖3中自動功率鎖定器的電路原理圖；圖7為圖3中雷射器驅動電路的原理圖。
具體實施方式
所發明的摻鉺光纖放大器的模擬增益控制方法，其過程為光輸入、出端分別進行光輸入、出耦合，輸出的光信號再經過光輸入、出光功率檢測、進行光/電轉換，並將該轉換後的電信號分別放大，進行大小比較，獲得一個誤差控制電壓，鎖定自動功率，並輸出一控制信號，通過雷射器驅動，控制摻鉺光纖放大器中的泵浦雷射器，對泵浦雷射器泵浦電流大小的控制，從而達到控制摻鉺光纖放大器的增益。
如圖3所示，本發明，即摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置，包括光輸入、出端31、32、光輸入、出耦合器33、34、輸入、出光功率檢測電路35、36、兩放大器37、38、一比較器39、一自動功率鎖定器40、一雷射器驅動電路30和一摻鉺光纖放大器300，其中；光輸入、出端31、32分別對應連接光輸入、出耦合器33、34；該光輸入、出耦合器33、34分別對應連接輸入、出光功率檢測電路35、36；該輸入、出光功率檢測電路35、36分別連接放大器37、38；所述比較器39分別與該兩放大器37、38和所述的自動功率鎖定器40相連接；該自動功率鎖定器40與雷射器驅動電路30連接後，至摻鉺光纖放大器300。
如圖4所示，輸入光功率檢測電路35和輸出光功率檢測電路36均採用該電路。該電路為電流/電壓轉換電路，其中二極體D1為摻鉺光纖放大器內部的PIN管，選擇不同的電阻R1值，可調節輸出電壓大小。採用型號為MAX4164的高速低噪聲運放，其輸出端的光功率檢測電壓送入比較器39中。
如圖5所示，比較器39的電路，其作用是對輸入光功率檢測電壓和輸出光功率檢測電壓產生一個誤差控制電壓去控制自動功率鎖定電路40。採用型號為LM339運算放大器。
如圖6所示，自動功率鎖定電路40採用Xicor公司的X9C104數字電位器。該數字電位器精度為100級，阻值為100K(最大)，通過對高電壓VH上電阻R1和R2阻值的調節，在高電壓VH端產生一個恆定的最大控制電壓。在時鐘的下降沿採集誤差控制信號，控制數字電位器內部的滑片向高電壓(VH)或向低電壓(VL)滑動，從而在數字電位器的滑動輸出端輸出雷射器控制電壓去控制雷射器驅動電路30。
如圖7所示，雷射器驅動電路30採用功率運算放大器，型號為OPA547其輸出最大電流可達500mA，並且可通過限流電阻限制其最大輸出電流。通過調節電阻R1和R3的阻值，可實現用雷射器控制電壓去驅動摻鉺光纖放大器內部的泵浦雷射器。
權利要求
1.一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置，其特徵在於包括光輸入、出端、光輸入、出耦合器、輸入、出光功率檢測電路、兩放大器、一比較器、一自動功率鎖定器、一雷射器驅動電路和一摻鉺光纖放大器，其中；光輸入、出端分別對應連接光輸入、出耦合器；該光輸入、出耦合器分別對應連接輸入、出光功率檢測電路；該輸入、出光功率檢測電路分別連接一放大器；所述比較器分別與該兩放大器和所述的自動功率鎖定器相連接；該自動功率鎖定器與雷射器驅動電路連接後，至摻鉺光纖放大器。
2.一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制方法，其特徵在於；光輸入、出端分別進行光輸入、出耦合，輸出的光信號再經過光輸入、出光功率檢測、進行光/電轉換，並將該轉換後的電信號分別放大，進行大小比較，獲得一個誤差控制電壓，鎖定自動功率，並輸出一控制信號，通過雷射器驅動，控制摻鉺光纖放大器中的泵浦雷射器，對泵浦雷射器泵浦電流大小的控制，從而達到控制摻鉺光纖放大器的增益。
全文摘要
一種用於摻鉺光纖放大器的模擬增益控制裝置及其方法，其方法為；光輸入、出端分別進行光輸入、出耦合，輸出的光信號再經過光輸入、出光功率檢測、進行光/電轉換，並將該轉換後的電信號分別放大，進行大小比較，獲得一個誤差控制電壓，鎖定自動功率，並輸出一控制信號，通過雷射器驅動，控制摻鉺光纖放大器中的泵浦雷射器，對泵浦雷射器泵浦電流大小的控制，從而達到控制摻鉺光纖放大器的增益。本發明具有1)自動功率鎖定電路鎖定速度快；2)信號失真率低；3)增益鎖定是一個自動的過程，簡化了電路的調試工作；4)具有很高的可靠性，同時也節約了成本。
文檔編號G02F1/35GK1467928SQ0211249
公開日2004年1月14日 申請日期2002年7月12日 優先權日2002年7月12日
發明者羅焱, 羅 焱 申請人:上海貝爾有限公司