[发明专利]实现波分复用系统动态增益谱均衡的方法及其均衡放大器

说明书

本发明属于光电子技术领域，特别涉及波分复用光纤通信网络中动态增益均衡的方法及其自动增益均衡光纤放大器。

近年来，随着全球性信息基础设施工程建设的蓬勃开展，采用掺铒光纤放大器(EDFA)的波分复用(WDM)传输技术已成为高速率、大容量光纤通信与网络技术发展的主导方向。但由于掺铒光纤增益谱固有的不平坦性，尤其是以均匀加宽为主的谱特性引起信道间的竞争，不同波长的各信道信号在通过光纤放大器时增益不同，而且这种增益差还会随级连放大而累积增大。在长距离点对点的WDM系统中，EDFA级连放大的增益谱出现偏向长波长的增益峰并使信噪比恶化，甚至会导致某些信道增益剧增而其它信道受到抑制；在多点对多点的光纤网络中，由于不同信道的传输路径可能不同，通过EDFA的信道数也可能随网络的重构或信道的上、下而改变，这将引起网点上EDFA工作状态的跳变；另外，在包含不同格式信号的混合WDM系统中，输入功率较低(＜10dBm)的基带数字信号和输入功率较高(＞3dBm)的视频信号共线传输，不仅会引起信道间增益和功率的巨大级差，而且一旦视频信号中断，EDFA即从深饱和状态跳变到小信号状态，这将导致数字信道的增益剧变而使接收端遭受不可接受的功率涨落。所有这些问题使WDM+EDFA传输技术进一步走向实用化和工程化遇到严重障碍。

为解决这一问题，人们提出了实现增益均衡的概念。WDM+EDFA传输系统的动态增益均衡包括两方面的要求：(1)在一定带宽范围内的多个信道li同时放大时，各信道增益G(li)基本相同；在模拟信号放大时，微分增益dG(l)/dl尽可能小，这统称为增益谱的平坦；(2)信道增、减或某一信道的功率改变时，对该信道或其它信道的增益没有明显的影响，即信号功率变化时保持增益恒定，这称作增益的箝制(即锁定)或自动增益控制。

近年来，针对实际WDM+EDFA系统中信道增益的动态演变人们提出了多种增益均衡的方法，主要有：

1．输入功率预加重：参照实际多路系统因单级或级连放大而累积畸变的信道增益分布，在系统发射端合理调节各信道的输入功率而使接收端各信道的功率基本相等。

2．集总均衡滤波：根据实际多路系统因级连放大而累积畸变的增益谱的形状，在若干个EDFA之后插入一损耗谱与畸变增益谱互补的集总均衡光滤波器(如长周期光纤光栅等)将增益谱削平，同时为了补偿滤波器对信号功率的衰减，采用EDFA再放大。

3．声光滤波调节：通过放大器输出各信道功率的涨落反馈控制串联于放大器输出光路上的多通道带阻声光滤波器，从而调节各信道的输出功率使之相等。如图1所示，在放大器EDFA的输出端插入声光滤波器，用光纤耦合器引出部分输出光，各信道经各自的滤波器(F1,F2,F3)解复用后，各自通过光探测器(PD1,PD2,PD3)转换变成电信号(信号的大小分别与各个信道的功率相应)，以其中一个信道为参考将所得电信号进行比较后，分别反馈控制声光滤波器相应射频通道的滤波损耗，从而调整各信道的增益保持相等。

上述这些方法虽然在一定程度上使WDM+EDFA传输系统的动态增益均衡问题得到缓解，但都有各自的局限性。“输入功率预加重”法和“集总均衡滤波”法虽然简单可行，但累积放大增益谱的演变与信道配置、功率水平、EDFA特性及传输距离(即EDFA级数)等多种因素有关，因而信道输入功率的调节或集总滤波特性的设计必须与系统传输参量的总体配置相吻合，只能相对于特定的点对点传输系统才有均衡的效果，遇到信道上、下或其它原因造成信道功率起伏的情况则完全失效，可见这类方法不适用于WDM光网络。“声光滤波调节”法虽然均衡能力弥补了上述不足，也可用于WDM光网络的动态均衡，但也存在多方面的缺点：其一，要求声光滤波器具有与传输信道数相同的射频通道，而且需要对每个传输光信道分别进行滤波解复用，用经光电转换所得的电信号来实现对射频通道的控制，不仅技术复杂，而且成本极其昂贵，其程度随传输信道数的增加而升级；其二，采用波导型集成声光滤波器进行反馈控制时，不可避免将引入大的净插入损耗(每只声光滤波器的损耗高达9dB)，因此，这种均衡技术的实用也受到相当的限制。

因而，寻找一种公认的完美实用的技术方案实现动态运用下的增益均衡就成为当今国际上WDM+EDFA光纤通信网络技术的研究和发展面临的最大挑战。

本发明的目的旨在针对已有动态均衡技术的不足之处，提出采用一种新的均衡放大器来实现WDM+EDFA系统动态增益均衡的方法，其核心是在放大器内部同时建立增益箝制与平坦机制。因此，这种新方法不仅简单有效，而且具有绝对均衡和随遇均衡的特点，使该均衡放大器既适用于点对点的多路系统，也适合于光网络的动态增益均衡。