光保险丝防止光通信系统功率过载

几乎每一个电气设备都有一个过流保护开关，即保险丝。尽管保险丝在系统中没有功能性作用，但它仍被认为是必要的。     然而，光系统缺少这样一个部件，因此系统无法避免过大输入功率造成的损害。不幸的是，在实验室和运营系统中光放大器的应用越来越普遍，很多人经历过由于功率过载造成光设备或部件损坏的事情。     最近几年，随着光纤承载的功率的显著增加，这一问题有增加之势，非凡是在拥有大量信道、高能激光器和放大器的DWDM通信系统中。     现有大功率系统的保护主要依靠软件控制的反馈回路。在此，我们介绍另一个选择：光保险丝。它是一个无源器件，当经过它的功率超过一定数值时，它就会立即关闭，从而避免遭受大的损失。　     光保险丝有一个输入端口和一个输出端口。当输入功率低于某个阈值时，光保险丝是透明的。但是，当输入功率超过阈值时，光保险丝就马上变成不透明的。     图1显示了对光保险丝的实验结果。随着输入功率增加到阈值，输出功率极剧降低。这个例子里，阈值功率大约为30dBm（1W）。目前，阈值功率的选择范围是25到32dBm（300mW到1.5W），更低阈值功率的保险丝还在开发中。当超过阈值功率时，输出功率下降大约25dB，即只剩下0.3%（典型的下降值在10dB到20dB之间，即下降90%到99%）。　     当阈值功率是30dBm（1W）时，光保险丝的输出功率相对输入功率的实验结果。     为避免过载损伤，光保险丝可以放在感光设备（例如探测器）的输入端或高功率设备（例如激光器或光放大器）的输出端。也可以放在光设备当中（例如，在光放大器的不同放大阶段）。一般系统的工作功率应不超过阈值功率的50%。在这样的条件下，光保险丝带来的损耗在0.5dB至1dB之间（即通过80%-90%的功率），光保险丝具有低的偏振损耗和高回波损耗（低反射）。     由于缺少简单的保护器件，人们开发和使用了复杂的保护办法来避免过载带来的损伤，包括使用软件控制的反馈回路。高功率掺铒光纤放大器或拉曼放大器可能产生短脉冲或功率尖峰，为了避免因此造成的损伤，就需要快速的反应时间，通常必须使用昂贵的快速探测器、开关或衰减器。　     如图2所示，光保险丝反应很快。输入是高功率脉冲（红色所示）。当输入脉冲超过阈值功率后，输出脉冲（兰色）被阻断。反应时间小于5微秒。假如输入脉冲的功率更高，反应时间甚至更短。　     红色代表输入脉冲，兰色代表输出脉冲。很显然，这次实验的响应时间小于5微秒。     就像其它无源器件一样，光保险丝对于调制和非调制信号都是透明的。目前只有尾纤形式的光保险丝，在标准单模光纤C和L波使用。然而，理论上光保险丝是可以用于其它光纤和其它波段（980nm、1060nm、1300nm）的。光保险丝还能以跳线和熔接的方式连接。　     在网络或实验室设备中使用光保险丝，在过载发生时，只会损坏光保险丝本身，而不会损坏子系统或其它部件。被触发的保险能阻断输出功率，而且既不会增加反射功率，也不会对四周的部件产生危害。使用光保险丝，除了能保护昂贵的设备，还可以缩短停机时间，并且不再需要花时间寻找损坏的设备。     光保险丝可能在光系统中变得十分普通，就像现在电子系统中的保险丝一样。作为较昂贵设备中的必备部件，光保险丝可为制造商节省维修费用，为运营商减少设备替换费用。　     在便宜的设备中也应该安装保险丝，在使用了小小的保险丝之后，可以大大节省劳动量，非凡是避免了在大型系统中更换、重新安装、重新连接一系列简单的设备。光学测试测量设备应该更早使用光保险丝。几乎每个光学实验室都有各种各样的设备，其中昂贵的设备对于高功率和尖峰信号反应十分敏感，这就更显出了光保险丝的重要性。     光纤网络里的中、高容量转发器和收发器应该是使用光保险丝的主要设备。一些基本网络部件（如光电二极管接收器等）也应使用光保险丝。掺铒放大器也将是光保险丝的用武之地。　     光保险丝是无源器件，用户或专业维修技师都能进行更换。光保险丝的引入为光学检测设备和光网络带来了新的保护方案