專利名稱：包括雙控制回路的光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括雙控制回路的光衰減器，該衰減器適用于要求控制光功率的光通信系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及利用雙控制回路控制光衰減器的方法。
傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)包括多個用光纖波導(dǎo)連接的節(jié)點，在這些節(jié)點之間傳輸通信業(yè)務(wù)。在這樣的系統(tǒng)中，目前的做法是采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，沿著波導(dǎo)傳播的光輻射包括分布在若干個彼此頻率不同的波段中的輻射分量，每一個分量傳遞相關(guān)的一部分通信業(yè)務(wù)。在系統(tǒng)中不同的節(jié)點上包括光放大，以維持輻射的功率電平，以此改善信噪比，并擴(kuò)大可能的通信范圍。這樣的光放大通常是由光泵摻鉺光纖放大器(EDFA)提供的。EDFA是固有的非線性器件，因而使提供給它的輸入輻射處于合理的工作范圍內(nèi)是很重要的。輸入輻射功率不足可導(dǎo)致器件內(nèi)的閾值效應(yīng)，使它放大的輻射輸出產(chǎn)生不穩(wěn)定的波動。反之，輸入輻射過大可導(dǎo)致器件內(nèi)的飽和效應(yīng)，因為該器件內(nèi)可獲得的激光泵送功率有限造。不論是輸入輻射功率不足還是輸入輻射功率過大，器件的特性都可能造成在器件所放大的輻射所傳遞的數(shù)據(jù)中引入差錯的結(jié)果；在系統(tǒng)客戶要求高度通信可靠性的通信系統(tǒng)中這樣地引入差錯是一個嚴(yán)重的問題。
為了解決上述問題，一般的做法是，在每一個EDFA之前采用線路外附(LBO)衰減器，來保證提供給EDFA的輸入輻射處在EDFA工作不會把差錯引入經(jīng)由其傳播的輻射的范圍。另外，一般做法是，監(jiān)視從衰減器向EDFA提供的輻射功率，并將其與對應(yīng)于輸入EDFA的最佳功率的基準(zhǔn)電平加以比較；用負(fù)反饋回路調(diào)整衰減器提供的衰減，以便把輸入EDFA的輻射功率維持在標(biāo)稱的基準(zhǔn)電平上。
包括連接在相關(guān)的4EDFA之前的LBO衰減器的這樣的電路，在實際上對于相對穩(wěn)定的情況能令人滿意地工作，在這種情況下輸入衰減器的光功率波動逐漸出現(xiàn)，使得衰減器及其相關(guān)的反饋電路能夠跟蹤這個波動。但是，在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)提供的光功率突然中斷的情況，例如，當(dāng)系統(tǒng)重新配置，以便包括新的引出-引入多路復(fù)用器時。
當(dāng)這樣的中斷出現(xiàn)時，與衰減器相關(guān)的反饋回路通過減小衰減器提供的衰減來響應(yīng)這個中斷，因為中斷就像輸入輻射功率基本上為零電平。隨后當(dāng)中斷之后光功率重新加在衰減器上時，出現(xiàn)短時間的問題；衰減器在中斷期間被反饋回路設(shè)置為低衰減，以致于輻射重新加在衰減器上時，EDFA將過載，直至反饋回路有機(jī)會通過把衰減器的衰減增大到中斷之前可以接受的水平來作出反應(yīng)為止。這樣過載的結(jié)果是，輻射中傳遞的數(shù)據(jù)破壞，而同時反饋回路中出現(xiàn)再調(diào)整。衰減器及其相關(guān)電路表現(xiàn)出比輻射中傳遞的數(shù)據(jù)脈沖持續(xù)時間長許多數(shù)量級的時間響應(yīng)，因而數(shù)據(jù)破壞將繼續(xù)出現(xiàn)，直至反饋回路作出反應(yīng)為止。
針對輸入輻射中這樣的中斷，傳統(tǒng)的解決辦法是，使反饋電路暫停，使提供給衰減器用來控制其衰減的控制信號在中斷期間停留在中斷前瞬間的值上。盡管，首先，控制電路這樣的暫?？梢詼p少EDFA中出現(xiàn)過載，但即使提供給衰減器的控制信號保持恒定，衰減器本身也可能在衰減方面有漂移的傾向。這樣的漂移可能由于影響衰減器的一個或多個環(huán)境因素改變而出現(xiàn)。
本發(fā)明者認(rèn)識到，可以修改該電路，以便包括與衰減器溫度關(guān)聯(lián)的第二負(fù)反饋電路，從而使衰減器的溫度在中斷期間基本上保持恒定，該衰減器提供一種使其中傳播的輻射依衰減器的溫度衰減的特性。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種通信系統(tǒng)用的光衰減器，所述衰減器包括(a)衰減裝置，用來接收光輸入輻射，并對所述輸入輻射進(jìn)行光學(xué)衰減，以便產(chǎn)生相應(yīng)的輸出光輻射；和(b)控制裝置，用來控制衰減裝置所提供的衰減，其特征在于，(c)在輸入輻射加到衰減裝置上時，控制裝置利用第一反饋回路來監(jiān)視輸出輻射，并通過控制衰減裝置的決定衰減的物理參數(shù)將其功率調(diào)節(jié)至預(yù)定電平；以及(d)在衰減裝置的輸入輻射中斷時，控制裝置利用第二反饋回路來監(jiān)視所述物理參數(shù)，并把所述參數(shù)調(diào)節(jié)在預(yù)定電平上。
本發(fā)明提供的優(yōu)點是，衰減器能夠把衰減裝置的衰減維持在一個中斷之后再次施加輸入輻射時不造成過載的電平上。
衰減器最好包括光放大裝置，用來接收和放大衰減裝置的輸出輻射，以便為衰減器的輸出產(chǎn)生放大后的輸出輻射。包括放大裝置使衰減器可以為從其中通到放大后的輸出輻射的輸入輻射選擇性地提供放大和衰減。放大裝置最好包括摻鉺光纖放大器。這樣的放大器有過載和飽和的傾向，但是衰減裝置和控制裝置可以用來抵消放大器中的過載。在輸入輻射中斷時控制裝置最好可以用來調(diào)節(jié)所述物理參數(shù)，使得隨后重新施加輸入輻射時衰減器內(nèi)避免過載。
在中斷過程中預(yù)定的電平最好是緊接在控制裝置從利用第一回路控制衰減裝置切換到利用第二回路控制衰減裝置之前所述參數(shù)的一個值?；蛘?，預(yù)定的電平可以是一個固定地設(shè)置的不修改的值。
在實際中衰減器表現(xiàn)出有限的響應(yīng)頻帶寬度。為了避免在第一回路和第二回路之間切換時控制裝置的瞬態(tài)建立干擾，控制裝置最好可以用來在中斷后重新施加輸入輻射之后經(jīng)過一段穩(wěn)定時間間隔才從第二回路切換到第一回路。
為了讓衰減器在適當(dāng)時機(jī)切換到第二回路，控制裝置最好包括檢測裝置，用來檢測輸入輻射中斷的出現(xiàn)，所述中斷是可以從輸出輻射的輻射功率突然變化判斷出來的，并用來促使控制裝置切換到利用第二反饋回路來控制衰減裝置。
在某些情況下，通信系統(tǒng)可以發(fā)出中斷即將來臨的報警信號。因此，控制裝置最好包括一個檢測裝置，用來檢測輸入輻射中斷的出現(xiàn)，所述檢測裝置用來解釋提供給檢測裝置的指示輸入輻射的中斷即將來臨的報警數(shù)據(jù)。
衰減裝置所提供的衰減最好由決定衰減的光學(xué)部件的溫度決定。這樣，上述物理參數(shù)最好是衰減裝置至少一個部分的溫度。換句話說，衰減裝置最好可提供對輸入輻射的光學(xué)衰減，以便根據(jù)衰減裝置的溫度產(chǎn)生輸出輻射。
為了實際上便于既加熱又冷卻所述衰減裝置，以控制其衰減，所述衰減裝置最好包括可以從控制裝置控制的熱電元件，以便加熱或冷卻衰減裝置，從而控制衰減裝置內(nèi)的光衰減。
為了達(dá)到衰減器內(nèi)功率效率的改進(jìn)，控制裝置最好可以用來借助脈寬調(diào)制(PWM)的電驅(qū)動信號驅(qū)動熱電元件，以便控制熱電元件的功率輸入，從而控制衰減裝置的溫度。與可工作在非開關(guān)方式的等效電路相比，開關(guān)PWM控制提供的好處是產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號的驅(qū)動電子電路中的功率損失較小。
衰減裝置最好包括熱敏電阻傳感器，用來檢測衰減裝置的溫度，并用來向控制裝置提供衰減裝置的溫度測量值，以便在激活第二回路時使用。熱敏電阻，當(dāng)包括在分壓器中時，能夠為控制裝置提供溫度指示信號的有用量度。反之，熱電偶傳感器提供的電勢往往處于微伏的數(shù)量級，并在獲得適用于控制裝置的適當(dāng)量度之前要進(jìn)行相當(dāng)大的放大。
控制裝置最好包括一個或多個微處理器，第一和第二反饋回路是用可以在所述一個或多個微處理器中運行的軟件實現(xiàn)的。反饋回路的軟件實現(xiàn)提供靈活性，尤其是在要求所述一個或多個微處理器來交換數(shù)據(jù)或與存在于通信系統(tǒng)中的其他微處理器通信的時候。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種通信系統(tǒng)用的控制光衰減器的方法，所述衰減器包括
(a)衰減裝置，用來接收光輸入輻射和對輸入輻射進(jìn)行光學(xué)衰減，以便產(chǎn)生相應(yīng)的光輸出輻射；和(b)控制裝置，用來控制所述衰減裝置所提供的衰減，其特征在于所述方法包括以下步驟(c)輸入輻射加到衰減裝置時，監(jiān)視輸出輻射，并利用所述控制裝置的第一反饋回路通過控制決定衰減裝置衰減的物理參數(shù)，把輸出輻射的功率調(diào)節(jié)在預(yù)定的電平上；以及(d)在衰減裝置的輸入輻射中斷時，監(jiān)視所述物理參數(shù)，并利用所述控制裝置的第二反饋回路把所述參數(shù)調(diào)整至預(yù)定的電平。
現(xiàn)將參照以下附圖僅以舉例的方式描述本發(fā)明的實施例。附圖中

圖1是先有技術(shù)的包括衰減模塊、EDFA和相關(guān)的單一回路控制電路的光衰減器的示意圖；圖2是按照本發(fā)明第一方面的光衰減器的示意圖；以及圖3是說明圖2所示的衰減器的第一和第二控制回路之間控制轉(zhuǎn)移的示意圖。
現(xiàn)將參見圖1，其中示出整體用10指示的先有技術(shù)光衰減器。衰減器10包括可變光衰減模塊20、分光鏡30、摻鉺光纖放大器(EDFA)40、光檢測器50和控制電路裝置60。衰減模塊20包括單模光纖100與之相連的光輸入端口。光纖100把輸入光輻射傳遞到衰減模塊20。模塊20還包括通過單模光纖110連接到分光鏡30光輸入端口的光輸出端口。分光鏡30把在其輸入端口接收的輻射的大體上90％和10％分別耦合到它的第一和第二光輸出端口；實際上，分光率可以用在98∶2％至85％∶15％范圍內(nèi)。分光鏡30的第一輸出端口通過單模光纖120連接到EDFA40的光輸入端口。此外，分光鏡30的第二輸出端口通過單模光纖130連接到檢測器50的光輸入端口。EDFA40包括光輸出端口，從這里放大后的輻射被射入單模光纖140，以便進(jìn)一步傳播。檢測器50包括連接到控制裝置60第一輸入端I1的電輸出端T1?？刂蒲b置60包括對其施加功率基準(zhǔn)電平信號PR的第二輸入I2端。另外，控制裝置60還包括電控制輸出端V0，它連接到衰減模塊20的電衰減控制輸入端I3。
在圖1中，光輻射傳播的部分標(biāo)記為“o”，而電信號通過的部分標(biāo)記為“e”。
現(xiàn)將參照圖1描述先有技術(shù)衰減器10的操作。具有相關(guān)輻射功率Pi的輸入輻射沿著光纖100傳播到衰減模塊20的輸入端口。模塊20衰減輸入輻射，并在其輸出端口輸出相應(yīng)的具有相關(guān)輻射功率Po的衰減后的輻射。衰減后的輻射沿著光纖110傳播到分光鏡30，它通過光纖130把大體上10％的衰減后的輻射傳播到檢測器50，后者在電輸出端T1處輸出相應(yīng)的電信號。分光鏡30還通過光纖120把大體上90％衰減后的輻射耦合到EDFA40，后者放大該輻射，以便產(chǎn)生具有相關(guān)功率0.9APo的輸出輻射，式中A是EDFA40提供的光功率放大因子。
控制裝置60把在其輸入端I1接收的來自檢測器50的信號與基準(zhǔn)電平PR加以比較，并試圖通過設(shè)置它的信號Vo使它們的值等于適當(dāng)?shù)碾娖健Ｐ盘朧o控制衰減模塊20提供的衰減?？刂蒲b置60執(zhí)行的負(fù)反饋控制的作用是把衰減后的輻射維持在與基準(zhǔn)電平PR相關(guān)的功率電平Po上。若基準(zhǔn)電平PR維持恒定，則衰減后的輻射將保持在EDFA40宜于放大的恒定的功率電平上。
對于輸入輻射的輻射功率只是隨著時間逐漸變化、使得控制裝置60能夠跟蹤并補(bǔ)償這樣的變化的穩(wěn)態(tài)條件，衰減器10能夠令人滿意地工作。在沒有輸入輻射的衰減器10的初始上電狀態(tài)下，控制裝置60作出反應(yīng)，以便把衰減模塊20設(shè)置為最小衰減。然后輸入輻射功率逐漸增大，直至衰減后的輻射功率開始超過基準(zhǔn)電平PR的一點為止。在這一點上，控制裝置60開始增大衰減模塊20提供的衰減，以便使衰減后的輻射維持在基準(zhǔn)電平PR決定的電平上。在這一點之后輸入輻射的輻射功率的進(jìn)一步增大將由控制裝置60加以補(bǔ)償。
先有技術(shù)衰減器10的問題出現(xiàn)在衰減器10取得穩(wěn)定的工作狀態(tài)，然后輸入輻射突然中斷的情況。在這樣的情況下，控制裝置60把這個中斷解釋為功率減小的輸入輻射，并繼續(xù)減小衰減模塊20提供的衰減，力圖穩(wěn)定衰減后輻射的輻射功率。最后，控制裝置60把模塊20調(diào)整到它的最小衰減。當(dāng)輸入輻射在中斷之后突然再次加上時，該輻射以低的衰減，例如，1dB(分貝)通過衰減模塊20進(jìn)行傳播，并繼續(xù)向EDFA40傳播，在這里40引起過載和飽和，從而使從這里向光纖140輸出的輻射所傳遞的數(shù)據(jù)破壞。中斷后重新加上輸入輻射之后，控制裝置60無法立即響應(yīng)，因為它的響應(yīng)頻帶寬度有限，但是，最后還是把衰減后的輻射建立到與基準(zhǔn)電平PR對應(yīng)的功率電平上。
為了解決中斷結(jié)束后EDFA40中的飽和問題，傳統(tǒng)的做法是，修改控制裝置60，使得它能夠檢測到何時來自檢測器50的信號T1處于與無輸入輻射對應(yīng)的低范圍。當(dāng)無輸入輻射的檢測出現(xiàn)時，控制裝置60把它的輸出信號Vo維持在檢測到無輸入輻射之前瞬間的數(shù)值上，直至信號T1再次越出低范圍后一個設(shè)定的時間周期，就是說，輸入輻射重新加上時為止。這種傳統(tǒng)的做法有一個相關(guān)的問題，就是即使信號Vo保持恒定，衰減模塊在通過它的衰減方面也有漂移的傾向。這樣的漂移可能是，例如，由于影響衰減器10的環(huán)境因素改變引起的。
本發(fā)明者通過設(shè)計示于圖2的衰減器解決了與衰減器10相關(guān)的操作問題。圖2中示出按照本發(fā)明第一方面的光衰減器的示意圖；整體上衰減器用200標(biāo)示。
衰減器200包括熱可變光衰減模塊210、設(shè)計上類似于分光鏡30的分光鏡220、設(shè)計上類似于EDFA40的EDFA230、設(shè)計上類似于檢測器50的檢測器240和用250指示的控制裝置?？刂蒲b置250利用微處理器電路與相關(guān)的把模擬電輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及對衰減模塊210進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)電流驅(qū)動用的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)功率晶體管實現(xiàn)。盡管控制裝置250在軟件控制下工作，它提供可用示于圖2的等效電路代表的控制功能，就是說，選擇開關(guān)功能260、第一和第二控制放大器功能262,264和監(jiān)視器功能270。第一和第二放大器功能262,264分別提供第一和第二負(fù)反饋回路。
衰減模塊210與上述的衰減模塊20的差別在于，衰減器210包括可以冷卻和加熱模塊210中的決定衰減的光學(xué)組件的熱電元件，和安裝成與熱電元件熱接觸的熱敏電阻傳感器280。模塊210表現(xiàn)出這樣的特性，即從它的光輸入端口提供給它的光輸出端口的光衰減是由光學(xué)組件的溫度決定的，這些組件的溫度可利用熱敏電阻傳感器280測量。
現(xiàn)將參照圖2描述包括衰減器200的各部分的相互連接。把輸入輻射傳輸?shù)剿p器200用的單模光纖300連接到衰減模塊210的光輸入端口。模塊210的光輸出端口通過單模光纖310連接到分光鏡220的光輸入端口。分光鏡220的第一光輸出端口通過單模光纖320連接到EDFA230的光輸入端口。單模光纖330連接到EDFA230的光輸出端口，在這里光放大后的輻射從衰減器200輸出。分光鏡220包括第二光輸出端，后者通過單模光纖340連接到檢測器240的光輸入端口。在圖2中，光輻射和電信號的路徑分別用符號“o”和“e”表示。
來自檢測器240的電輸出連接到控制裝置250的ADC(未示出)，而ADC的相應(yīng)的數(shù)字輸出連接到放大器功能262的反相輸入I1端和監(jiān)視器功能270的輸入端E1。監(jiān)視器功能270的輸出端E2連接到放大器功能264的非反相輸入端I4。另外，監(jiān)視器功能270的輸出端E5連接到開關(guān)功能260的控制輸入端，以便在輸出端E5處于第一狀態(tài)下時的放大器功能262的輸出和輸出E5處于第二狀態(tài)下時的放大器功能264的輸出之間進(jìn)行選擇。開關(guān)功能260的輸出可以選擇性地連接到放大器功能262,264，依輸出E5的狀態(tài)而定，開關(guān)功能260的輸出端通過MOSFET功率晶體管(未示出)連接到衰減模塊210的電輸入端I3。熱敏電阻傳感器280配置成分壓電路的一部分，可以提供指示熱電元件溫度的電勢。與熱敏電阻傳感器280相關(guān)的分壓器的輸出連接到控制裝置250的ADC(未示出)；ADC可產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字輸出，后者連接到監(jiān)視器功能270的輸入端E4和放大器功能264的反相輸入端I5。監(jiān)視器270還包括輸入端J1，后者連接到其中包括衰減器200作為一部分的通信系統(tǒng)(未示出)。應(yīng)該指出，實際上，功能260,262,264,270之間的連接相當(dāng)于控制裝置250中執(zhí)行的軟件中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰?br> 現(xiàn)將參照圖2描述衰減器200的操作。在衰減器200初始通電時，開關(guān)功能260設(shè)置成選擇第一放大器功能262的輸出。另外，衰減模塊210設(shè)置成在它的光輸入和輸出之間提供一個在30dB的數(shù)量級上的高光衰減。或者，若預(yù)先知道輸入輻射的功率比較低，則它可以設(shè)置為1dB數(shù)量級上的較低的衰減。然后把光輸入輻射通過光纖300加到衰減器200上，并且當(dāng)通過衰減模塊210傳輸，以致不能夠令EDFA230過載時，處于一個足夠低的初始電平。輸入輻射通過衰減模塊210經(jīng)光纖310傳播到分光鏡220。分光鏡220把這里所接收的輻射大體上90％的比率耦合到它的第一輸出端口，并從這里耦合到光纖320，把這里所接收的輻射大體上10％耦合到它的第二輸出端口，并從這里耦合到光纖340；實際上該比率可以在98％∶2％至85％∶15％的范圍內(nèi)，依所用的耦合器件而定。沿著光纖320傳播的輻射在EDFA230處被接收，在那里被放大，以提供放大后的輻射，后者被輸出到光纖330中。檢測器240接收沿著光纖340傳播的輻射，并產(chǎn)生可指示在檢測器240處接收的輻射功率的相應(yīng)信號T1。信號T1通過它的相關(guān)的ADC(未示出)，被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)值T1。監(jiān)視器功能270在它的輸出端E2輸出與EDFA230運行最優(yōu)輸入功率電平對應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)數(shù)值。第一放大器功能262放大數(shù)據(jù)數(shù)值T1和基準(zhǔn)值之間的差值，以提供放大后的差值。開關(guān)功能260由輸出E5設(shè)置，以便選擇這個第一放大器功能262放大后的差值，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的負(fù)反饋PWM信號，并通過MOSFET晶體管將這個信號加到衰減模塊210的電輸入端I3。這個PWM信號驅(qū)動包括在該模塊210內(nèi)的熱電元件，后者改變包括在模塊210內(nèi)的光學(xué)部件的溫度，所述部件的溫度決定模塊210提供的光衰減。若在模塊210處接收的輸入輻射已知最初是低電平，則控制裝置250最好把該模塊設(shè)置為它的最小衰減，因為數(shù)據(jù)數(shù)值T1小于來自輸出端E2的基準(zhǔn)值。
然后，向模塊210的輸入輻射逐漸增大?；蛘?，可以減小衰減模塊210提供的衰減。隨著這樣的增大或減小的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)數(shù)值T1增大，直至它具有與來自輸出端E2的基準(zhǔn)電平相似的量值為止。輸入輻射功率的進(jìn)一步增大使數(shù)據(jù)數(shù)值T1部分地超過E5基準(zhǔn)電平，結(jié)果是第一放大器功能262改變它的輸出，以改變模塊210的溫度，以便增大模塊210提供的衰減，從而把加到EDFA230上的輻射功率維持在恒定的標(biāo)稱電平，EDFA230在此電平下以優(yōu)化的方式工作。這種把EDFA230的輸入輻射功率維持在調(diào)節(jié)后的量值上的操作相當(dāng)于衰減器200工作在它的調(diào)節(jié)方式下。
當(dāng)處在調(diào)節(jié)方式下時，監(jiān)視器功能270根據(jù)熱敏電阻傳感器280的測量結(jié)果，監(jiān)視模塊210的溫度，并以此記錄模塊210的瞬時溫度。
在衰減器200的正常工作下，加到衰減模塊210的輸入輻射具有足夠的功率，使得衰減器200工作在它的調(diào)節(jié)方式下。
以衰減器200作為部件的光通信系統(tǒng)(未示出)則有必要中斷提供給衰減器200的輸入輻射，例如，為了系統(tǒng)重新配置的目的。該系統(tǒng)可能通過觸發(fā)監(jiān)視器功能270的輸入J1或在輸入J1上加上報警數(shù)據(jù)來向衰減器200指示中斷就要出現(xiàn)?；蛘撸p器200能夠借助于監(jiān)視檢測器240的T1輸出并識別何時T1數(shù)據(jù)值出現(xiàn)突然下降的監(jiān)視器功能270來檢測中斷。當(dāng)衰減器200通過它的T1輸入得到中斷的指示或者衰減器200本身檢測到中斷時，監(jiān)視器功能270通過把開關(guān)功能260設(shè)置在它的第二狀態(tài)上，使得第二放大器功能264的輸出用來產(chǎn)生負(fù)反饋PWM輸出信號，來驅(qū)動模塊210的熱電元件。在它的輸出端E3，在中斷之前監(jiān)視器功能270輸出一個相當(dāng)于在它的輸入端E4接收的值的數(shù)值；這個數(shù)值被稱為基準(zhǔn)溫度電平。然后，控制裝置250在中斷開始之后在中斷期間把衰減模塊210及其相關(guān)光學(xué)組件的溫度維持在一個類似于中斷前瞬間模塊210溫度的水平上。第二放大器功能264在中斷期間通過驅(qū)動熱電元件，使得作為第二放大器功能264的輸入I5的熱敏電阻傳感器280的輸出類似于基準(zhǔn)溫度水平，來實現(xiàn)這樣的溫度調(diào)節(jié)。
上述通信系統(tǒng)可以通過觸發(fā)控制裝置250的輸入J1，或把報警數(shù)據(jù)加至輸入J1來指示中斷的結(jié)束?；蛘撸p器200可以通過控制裝置250內(nèi)T1數(shù)據(jù)數(shù)值的突然增大來檢測中斷的結(jié)束和輸入輻射向中斷之前的前電平的重新建立。當(dāng)監(jiān)視器功能270檢測到這樣的中斷結(jié)束或由觸發(fā)J1輸入或向其輸入數(shù)據(jù)所指示的中斷結(jié)束時，監(jiān)視器功能270設(shè)置其輸出E5，以便使開關(guān)功能260切換至它的第一狀態(tài)，使得放大器功能262繼續(xù)執(zhí)行控制，以便建立加到EDFA230的輻射功率。
本發(fā)明者認(rèn)識到，采用其衰減由其溫度控制的衰減模塊210特別有利；反之，先有技術(shù)的其他類型的衰減模塊采用鋰釹偏振片結(jié)合MachZehnder干涉儀，并基本上由加到偏振片上的控制電壓而不是模塊的溫度進(jìn)行控制。本發(fā)明以熱學(xué)方法控制的衰減模塊210能夠把溫度用作在衰減器200的輸入輻射瞬間中斷期間用于起穩(wěn)定作用的參數(shù)。因為衰減器200的模塊210在中斷期間是溫度控制的，所以與先有技術(shù)的不用熱學(xué)方法控制而采用單一反饋回路并在輸入輻射中斷期間凍結(jié)控制其相關(guān)衰減模塊的控制電壓的衰減器相比，漂移的傾向較小。
模塊210中的熱電元件按照Seebeck效應(yīng)工作，既能冷卻，又能加熱存在于模塊210中的光學(xué)組件，后者用來對通過它傳播的光輻射提供衰減。
現(xiàn)參見圖3，其中示出說明分別與衰減器200的第一和第二放大器功能262,264相關(guān)的第一和第二控制回路之間的控制轉(zhuǎn)移的曲線圖。在時刻t0，衰減器200初始被激活，在時刻t0之后上述通信系統(tǒng)逐漸增大輸入輻射功率。在時刻t1,T1數(shù)據(jù)值達(dá)到來自E5輸出的基準(zhǔn)電平；第一回路開始調(diào)節(jié)施加在EDFA230的輻射的輸入功率。系統(tǒng)繼續(xù)增大衰減器200的輸入輻射功率直至?xí)r刻t2，此后輸入輻射功率穩(wěn)定。在時刻t3，系統(tǒng)觸發(fā)J1輸入，以向衰減器200指示中斷即將到來。衰減器200切換E5的狀態(tài)來響應(yīng)該觸發(fā)，取消對第一回路(第一狀態(tài))的選擇，而選擇第二回路(第二狀態(tài))；或者，衰減器200可以切換E5狀態(tài)來響應(yīng)在時刻t4中斷開始時T1數(shù)據(jù)值的突然下降。在時刻t4，中斷開始了；狀態(tài)E5選擇第二回路，后者把模塊210的溫度穩(wěn)定在溫度Tb上。在時刻t5，剛好在中斷結(jié)束之前，系統(tǒng)觸發(fā)J1輸入，用來表示就要把輸入輻射重新加到衰減器200上；衰減器200通過切換E5狀態(tài)響應(yīng)這個觸發(fā)，取消對第二回路(第二狀態(tài))的選擇，而選擇第一回路(第一狀態(tài))。或者，衰減器200可以等待到在指示給衰減器200重新加上輸入輻射的時刻t6T1數(shù)據(jù)值突然增大為止，并用這樣的突然增大作為切換E5狀態(tài)的激勵，把選擇從第二回路變?yōu)榈谝换芈贰Ｔ跁r刻t6之后，衰減器200使用通過第一回路的控制來調(diào)節(jié)輸入EDFA230的輻射功率。在上述中，中斷在時刻t4開始，并在時刻t5結(jié)束。在輸入輻射重新在時刻T6加在衰減器上之后，切換回第一回路最好是在短時間內(nèi)，就是說，在時間周期δt內(nèi)完成，不然若第一回路在時刻t6上或稍前被激活，它就會瞬間漂移。
顯然，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，對衰減器200可以作出修改。盡管上述控制裝置250首先是用在一個或多個微處理器上運行的軟件實現(xiàn)的，但是，控制裝置250也可以利用模擬和數(shù)字電子組件，例如運算放大器、采樣-保持電路和模擬開關(guān)的組合來實現(xiàn)。另外，對熱電元件的功率控制也可以是連續(xù)的模擬形式，而不是上述的開關(guān)的PWM形式；但是，PWM開關(guān)電功率效率較佳，結(jié)果是MOSFET晶體管中的功率耗散可以忽略不計。在施加在衰減器200上的兩個電源之間最好用4個MOSFET晶體管配置成電橋形式。
盡管已經(jīng)在中斷期間控制衰減模塊210的溫度方面描述了本發(fā)明，但是用控制裝置250提供的雙回路控制同樣可以應(yīng)用在其他物理參數(shù)上。例如，模塊210可以改成根據(jù)加到其上的壓力而不是溫度進(jìn)行控制，在修改的這種模塊中，控制裝置250可以控制中斷期間用其第二回路施加的壓力，而在非中斷期間，使用第一回路來穩(wěn)定施加在EDFA230的輻射輸入功率。
權(quán)利要求
1．一種用于通信系統(tǒng)的光衰減器，所述衰減器包括(a)衰減裝置，用來接收光輸入輻射，并對所述輸入輻射進(jìn)行光學(xué)衰減，以便產(chǎn)生相應(yīng)的輸出光輻射；和(b)控制裝置，用來控制所述衰減裝置所提供的衰減，其特征在于(c)在所述輸入輻射加到所述衰減裝置上時，所述控制裝置利用第一反饋回路來監(jiān)視輸出輻射，并通過控制所述衰減裝置的決定衰減的物理參數(shù)將其功率調(diào)節(jié)至預(yù)定電平；以及(d)在輸入到所述衰減裝置的所述輸入輻射中斷時，所述控制裝置利用第二反饋回路來監(jiān)視所述物理參數(shù)，并把所述參數(shù)調(diào)節(jié)在預(yù)定電平上。
2．按照權(quán)利要求1的衰減器，其特征在于它包括光放大裝置，用來接收和放大衰減裝置的輸出輻射，以便為所述衰減器的輸出產(chǎn)生放大后的輸出輻射。
3．按照權(quán)利要求2的衰減器，其特征在于所述放大裝置包括摻鉺光纖放大器。
4．按照權(quán)利要求1,2或3的衰減器，其特征在于在所述輸入輻射中斷時所述控制裝置能夠調(diào)節(jié)所述物理參數(shù)，使得隨后重新施加輸入輻射時避免所述衰減器內(nèi)過載。
5．按照以前任何一個權(quán)利要求的衰減器，其特征在于在中斷過程中預(yù)定的電平是從利用所述第一回路控制所述衰減裝置到利用所述第二回路控制所述衰減裝置的所述控制裝置切換之前瞬間所述參數(shù)的一個值。
6．按照以前任何一個權(quán)利要求的衰減器，其特征在于所述控制裝置在中斷后重新施加輸入輻射之后經(jīng)過一個穩(wěn)定時間間隔才可以用來從第二回路切換到第一回路。
7．按照以前任何一個權(quán)利要求的衰減器，其特征在于所述控制裝置包括檢測裝置，用來檢測所述輸入輻射中斷的出現(xiàn)，所述中斷是可以從所述輸出輻射的輻射功率突然變化判斷出來的，并用來促使控制裝置切換到利用第二反饋回路來控制衰減裝置。
8．按照權(quán)利要求1至6中任何一個的衰減器，其特征在于所述控制裝置包括檢測裝置，用來檢測所述輸入輻射中斷的出現(xiàn)，所述檢測裝置用來解釋提供給檢測裝置的指示輸入輻射的中斷即將來臨的報警數(shù)據(jù)。
9．按照以前任何一個權(quán)利要求的衰減器，其特征在于所述物理參數(shù)是衰減裝置至少一個部分的溫度。
10．按照權(quán)利要求9的衰減器，其特征在于所述衰減裝置對輸入輻射提供光學(xué)衰減，以便根據(jù)所述衰減裝置的溫度產(chǎn)生輸出輻射。
11．按照權(quán)利要求9或10的衰減器，其特征在于所述衰減裝置包括可以從所述控制裝置控制的熱電元件，用來加熱或冷卻所述衰減裝置，從而控制衰減裝置內(nèi)的光衰減。
12．按照權(quán)利要求11的衰減器，其特征在于所述控制裝置用脈寬調(diào)制(PWM)的電驅(qū)動信號來驅(qū)動所述熱電元件，以便控制所述熱電元件的功率輸入，從而控制所述衰減裝置的溫度。
13．按照權(quán)利要求9,10,11或12的衰減器，其特征在于所述衰減裝置包括熱敏電阻傳感器，用來檢測所述衰減裝置的溫度，并用來向所述控制裝置提供所述衰減裝置的溫度測量值，以便在激活所述第二回路時使用。
14．按照以前任何一個權(quán)利要求的衰減器，其特征在于所述控制裝置包括一個或多個微處理器，所述第一和第二反饋回路是用可以在所述一個或多個微處理器中運行的軟件實現(xiàn)的。
15．一種用于通信系統(tǒng)的控制光衰減器的方法，所述衰減器包括(a)衰減裝置，用來接收光輸入輻射，并對所述輸入輻射進(jìn)行光學(xué)衰減，以便產(chǎn)生相應(yīng)的光輸出輻射；和(b)控制裝置，用來控制所述衰減裝置所提供的衰減，其特征在于所述方法包括以下步驟(c)當(dāng)所述輸入輻射加到所述衰減裝置時，監(jiān)視輸出輻射，并利用所述控制裝置的第一反饋回路通過控制決定所述衰減裝置衰減的物理參數(shù)，把輸出輻射的功率調(diào)節(jié)在預(yù)定的電平上；以及(d)在送往所述衰減裝置的所述輸入輻射中斷時，監(jiān)視所述物理參數(shù)，并利用所述控制裝置的第二反饋回路把所述參數(shù)調(diào)整至預(yù)定的電平。
全文摘要
光衰減器(200)包括光衰減模塊(210),分光鏡(220),檢測器(240)和控制裝置(250)。衰減模塊(210)接收并衰減輸入輻射(Pi)以產(chǎn)生輸出輻射(Po)。檢測器(240)接收輻射(0.1Po)并產(chǎn)生電信號T1?？刂蒲b置(250)通過第一反饋回路(262)用信號T1調(diào)節(jié)衰減模塊(210),使得衰減后的輻射的輻射功率維持在預(yù)定的電平上。出現(xiàn)輸入輻射中斷時控制裝置(250)利用第二反饋回路(264)把模塊(210)的溫度調(diào)節(jié)到預(yù)定的溫度上。中斷結(jié)束時,把衰減模塊(210)的控制轉(zhuǎn)移回第一反饋回路。
文檔編號H04B10/293GK1319769SQ0111178
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者R·W·布朗, E·A·登尼斯 申請人:馬科尼通訊有限公司