[实用新型]低功耗光纤放大电路结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传输领域，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

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（SOA），掺杂稀土元素的光纤放大器（REDFA）。

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。

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。

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：

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。

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10ms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。

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。

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。

实用新型内容

本实用新型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。

为了实现上述目的，本实用新型的低功耗光纤放大电路结构具有如下构成：

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，所述的有源驱动电路与所述的光纤放大器相连接，所述的驱动控制电路连接于所述的光源与有源驱动电路之间。

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。

更佳地，所述的低功耗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。

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。

更佳地，所述的低功耗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。

较佳地，所述的光纤放大器为半导体光纤放大器。

更佳地，所述的有源驱动电路为驱动电流电路。

较佳地，所述的光纤放大器为掺杂稀土的光纤放大器。

更佳地，所述的有源驱动电路为泵浦激光器。

采用了该实用新型中的低功耗光纤放大电路结构，具有如下有益效果：

（1）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%。

（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。

（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。