低功耗光纤放大电路结构的制作方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】低功耗光纤放大电路结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传输领域，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。
【背景技术】
[0002]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(S0A),掺杂稀土兀素的光纤放大器(REDFA)。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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:
[0006]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。
[0007]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1ms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。
[0008]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。
[0009]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。
【发明内容】
[0010]本发明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。
[0011]为了实现上述目的，本发明的低功耗光纤放大电路结构具有如下构成:
[0012]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:
[0013]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；
[0014]有源驱动电路，用以驱动所述的光纤放大器；
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]较佳地，所述的光纤放大器为半导体光纤放大器。
[0021 ] 更佳地，所述的有源驱动电路为驱动电流电路。
[0022]较佳地，所述的光纤放大器为掺杂稀土的光纤放大器。
[0023]更佳地，所述的有源驱动电路为泵浦激光器。
[0024]采用了该发明中的低功耗光纤放大电路结构，具有如下有益效果:
[0025](I)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%。
[0026](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。
[0027](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。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]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。
[0029]图2为本发明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。
[0030]图3为本发明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。
[0031]图4为本发明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。
[0032]图5为本发明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。
[0033]图6为本发明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】
[0034]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0035]为了解决现有技术中的光纤放大器已有的问题，本发明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。
[0036]该发明的基本原理是: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。按照本发明的基本原理，所实现的有源驱动电路的状态如图4、图5、图6所示。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]通常采用的方案有但不限于以下二种实施例:
[0042]如图2所示为本发明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。
[0043]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。
[0044]如图3所示为本发明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。
[0045]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。
[0046]在本发明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。
[0047]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。
[0048]光纤放大器可以是掺稀土 (铒、镱、谱或其它稀土元素)光纤放大器，也可以是半导体光放大器。
[0049]所述的光纤放大器为半导体光纤放大器时，所述的有源驱动电路为驱动电流电路。
[0050]所述的光纤放大器为掺杂稀土的光纤放大器时，所述的有源驱动电路为泵浦激光器。
[0051]有源驱动电路的开关频率和开闭时间比可以任意。
[0052]将本发明的低功耗光纤放大电路结构应用于数据传输系统即DTS系统中进行低功耗低噪声高峰值功率脉冲光源的放大传输的具体过程如下:
[0053]DTS系统的基本结构是由一个脉冲光源加一个掺铒光纤放大器EYDFA构成。脉冲信号的产生由一片FPGA现场可编程门阵列产生，送给DFB激光器即分布反馈式激光器，将1550nm的DFB激光器，调制成输出峰值功率为10mW、脉宽10ns、重频IkHz的光信号。同时FPGA产生一个1us同步信号送给泵浦激光器驱动，泵浦激光器开启时间为10us。在输入光信号到达前5?Sus开启泵浦激光器，信号离开后2?5us时间内关闭泵浦激光器，可以得到输出峰值功率15W、脉宽10ns、重频1kHz、信噪比>35dB信号的放大后光源信号。其放大部分功耗和发热只相当于连续驱动的1%，信噪比与现有技术中连续驱动相比优化了 5dB。
[0054]采用了该发明中的低功耗光纤放大电路结构，具有如下有益效果:
[0055](I)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%。
[0056](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。
[0057](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。
[0058]在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
【权利要求】
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。
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2所述的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。
4.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。
5.根据权利要求4所述的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。
6.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，所述的光纤放大器为半导体光纤放大器。
7.根据权利要求6所述的低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的有源驱动电路为驱动电流电路。
8.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，所述的光纤放大器为掺杂稀土的光纤放大器。
9.根据权利要求8所述的低功耗光纤放大电路结构，其特征在于，所述的有源驱动电路为泵浦激光器。
【文档编号】H04B10/291GK104301038SQ201310300676
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】叶玮, 张涛 申请人:上海拜安实业有限公司