拜安光电推出全新自动能量控制模式光纤放大器

7/15/2022，光纤在线讯     近日，资深光纤放大器提供商拜安光电（上海拜安实业有限公司）推出新型AEC（自动能量控制）光纤放大器。

||| 通常的光纤放大器EDFA/YDFA一般有三种控制模式：自动功率控制（APC）模式、自动增益控制模式（AGC）模式和自动电流控制（ACC）模式

1、自动功率控制（APC）模式
 
APC: Auto Power Control, 自动功率控制或者恒功率模式，是指无论输入功率Pi如何变化，该模式通过检测输出功率Po,实时调整放大器增益大小，保证输出功率Po的恒定。


Fig1  APC Schematic Diagram

Po=Pi+Gain 
   
例如，当线路衰耗或者系统老化造成输入功率Pi降低，控制系统检测到Po降低，此时系统会自动增加增益Gain，通常是通过增加Pump功率来增加增益，使得输出功率保持恒定,由下式表达：
Po=Pi-△Pi+Gain+△Gain=Constant
一般在单通道的光纤通信系统，比如CATV光传输系统，SDH光传输系统中，光纤放大器均采用APC控制系统来保证通信系统的稳定。

2、自动增益控制模式（AGC）模式

 AGC: Auto Gain Control, 自动增益控制或者恒增益模式，是指无论输入功率Pi如何变化，该模式通过检测输入功率Pi和输出功率Po,实时调整放大器内部Pump激光器电流和内置VOA（可调衰减器），保证放大器增益的恒定。


Fig2  AGC Schematic Diagram

Gain=Po-Pi    

例如，当线路衰耗或者系统老化造成输入功率Pi降低，控制系统检测到增益发生变化（通常当输入功率降低而控制系统不便的情况下，增益会增加），此时系统会自动减小增益Gain，通常是通过减小Pump功率或者增加内部VOA的衰减量来减小增益，使得增益保持恒定,由下式表达：
Gain=Po-Pi=Constant
一般在DWDM多通道的光纤通信系统中，光纤放大器均采用AGC控制系统来保证通信系统的稳定。

3、自动电流控制（ACC）模式

      ACC: Auto Current Control, 自动电流控制或者恒功率模式，是指无论输入功率Pi，输出功率发生如何变化，该模式只保证Pump驱动电流的恒定，即在一定条件下的Pump激励功能的恒定。


Fig3  ACC Schematic Diagram

该控制模式中控制系统的决策不参照输入输出功率的任何变化，仅仅保持Pump驱动电流的恒定。

一般在一些科研系统，研究人员希望自己接手整个放大器的决策来调控放大器会采用该模式。但该模式如果用于长期自动工作的系统，由于没有与光层相关的自动反馈机制，系统会不稳定。

随着光纤放大器越来越多地应用于一些非通信领域，如光纤传感、工业激光、激光雷达等等领域，常常需要光纤放大器放大脉冲光信号，尤其是低占空比高峰值功率脉冲信号，比如光纤传感DTS信号，激光测距或激光雷达信号，ns级脉宽，kHz或以下重频。这一类信号由于脉宽窄，占空比低，常规方法无法准确地检测到输出功率，无法实现APC模式，一直比较无奈地采用ACC模式来控制。

ACC模式只能实现放大器的放大，但使用中，由于输入功率变化，环境温度的变化，线路的衰耗，器件的老化均会带来系统缓慢或者快速地输出功率变化，而ACC模式本身不能对该变化进行调节，这种模式实际上对于放大器光学来说是一种开环模式，这就使得在业界一直以来在脉冲放大精度要求比较高的系统没有很好的光纤放大器可以使用。

|||  自动能量控制光纤放大器

近日，拜安光电推出一款基于脉冲能量检测反馈控制的放大器很好地解决了长期困扰业界的这一问题。该控制模式称为：自动能量控制模式（AEC：Auto Energy Control）


Fig4  AEC Schematic Diagram

该模式的核心技术是拜安光电专利的能量检测电路，该技术可以检测出每一个放大脉冲的能量，即对每一个脉冲进行快速积分，得到每个脉冲能量：
   


Fig5  Pulse Energy Integral Schematic Diagram

然后通过控制系统对脉冲能量进行比较实时调整放大器的增益，保证输出脉冲能量的稳定。通常对于放大器而言不会改变脉冲的脉宽和形状，所以能量恒定就决定了输出脉冲峰值功率的恒定。

AEC模式尤其适合于脉冲放大器在环境温度的变化情况下快速保持脉冲的稳定输出非常有效。比如，某重大装置采用的脉冲光纤放大器，采用ACC模式控制时，由于设备的热稳定需要较长时间，导致脉冲输出需要长达小时级的稳定时间，而且易受环境温度的影响。采用拜安光电的AEC控制模式放大器以后，稳定时间缩短到分钟，且过程中不受环境变化影响，使系统工作准备时间缩短了百倍，系统脉冲稳定性提高了数十倍。


Fig6 ACC vs AEC in pulse Optical Amplifier

从上图可以看出，当光放处于ACC模式时，由于设备热平衡的建立，系统需要2~3小时才能稳定，而且过程中极易受环境温度变化的影响。由于带能量监测快速反馈后，系统很快建立稳定，而且实现不受外界环境影响的长时间稳定。

核心能量检测模块也封装成了单独的产品，带数据接口输出，特别适合系统需要长期能量在线监测的应用。
图片


Fig7. Energy Monitor Module

||| 关于拜安光电
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公司总部坐落于上海浦东张江高科技园区，截至2021年12月，公司拥有55项专利技术，200多名的员工团队和3000平米的办公面积。拥有良好的研发条件、先进的生产和检测设备，公司通过了SGS认证的ISO9001质量体系，大部分产品获得广电入网证、电信入网证、CE、UL等认证，曾获得国家科技部创新基金支持，国家科技部重大科技专项资金支持，国家高新技术企业、国家级专精特新企业等。