CN102857301A - 一种光功率控制方法和采用该方法的光放大器 - Google Patents

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本发明公开了一种光功率控制方法和采用该方法的光放大器，所述方法包括：从主光路中分流出部分光信号，至分光路中；测量分光路中光信号的功率；根据测量所得功率值生成泵浦驱动值，泵浦驱动值包含在泵浦驱动信号中；基于泵浦驱动值，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；调制后的泵浦驱动信号驱动泵浦工作，产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光；将泵浦光输给主光路中的放大装置，实现对主光路中光信号的放大控制。通过本发明，能够使光放大器的输出光信号功率在满足动态范围大的情况下，还能精确度高，且全范围功率输出稳定。

Description

一种光功率控制方法和采用该方法的光放大器
技术领域
本发明涉及一种光功率控制方法和采用该方法的光放大器。
背景技术
当今光纤通信技术越来越发达，对其模块的性能要求也越来越高。光放大器是光网络中的一个重要的模块。它的性能直接决定光信号的传输质量。而输出光功率的稳定性和功率设置的精确度是光放大器的两个重要评估参数。
现有的光放大器，特别是掺饵光纤放大器EDFA，一般使用12位DAC对泵浦进行直接控制。在输入光源稳定的情况下，光放大器输出光功率稳定度取决于泵浦光输出的稳定度。现有的这种控制方法可能导致小功率输出功率不稳定和精确度不足，其性能甚至可能超出光放大系统的要求。
其不稳定性和低精确度的原因主要来源于以下2个方面：
1.光放大器的目标输出光功率一般以dBm为单位，但数模转换装置DAC对应的泵浦输出单位为mW，此决定了光放在满足动态范围的情况下，无法满足小功率的精确度。
2.泵浦自身在小功率输出时，存在不稳定性，其主要原因是泵浦激光器在在阈值附近模式不能完全锁定，会发生跳模现象。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种光功率控制方法和采用该方法的光放大器，以使光放大器的输出光信号功率在满足动态范围大的情况下，还能精确度高，且全范围功率输出稳定。
为了实现上述目的，本发明提供的光功率控制方法包括以下步骤：
(1)从主光路中分流出部分光信号，至分光路中；
(2)测量分光路中光信号的功率；
(3)根据测量所得功率值生成泵浦驱动值，以控制泵浦工作，泵浦驱动值包含在泵浦驱动信号中；
(4)基于泵浦驱动值，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
(5)调制后的泵浦驱动信号驱动泵浦工作，产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光；
(6)将泵浦光输给主光路中的放大装置，实现对主光路中光信号的放大控制。
其中，步骤(4)中，所述模糊计算的计算规则是，当泵浦驱动值SC小于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦最小驱动值MIDAC，低位为0，时域占空比值为SC/MIDAC；当泵浦驱动值SC大于已设定的泵浦最大驱动值MADAC时，则要求泵浦光的幅度高位和低位都为泵浦最大驱动值MADAC，时域占空比值为1；当泵浦驱动值SC位于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC和泵浦最大驱动值MADAC之间时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦驱动值SC的整数部分数值Ceil(SC)，低位为(泵浦驱动值SC的整数部分数值+1)Floor(SC)，时域占空比值为泵浦驱动值SC的小数部分数值Fmode(SC)。
本发明还提供了三个采用上述光功率控制方法的光放大器实施例，其中一个光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
分光装置，用于从主光路中分流出部分输入光信号，至分光路中；
功率探测装置，用于测量分光路中输入光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
前馈装置，用于根据测量所得功率值，生成泵浦驱动信号，所述泵浦驱动信号中包含有泵浦驱动值SC；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
另一个实施例中的光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
分光装置，用于从主光路中分流出部分经放大装置放大输出后的输出光信号，至分光路中；
功率探测装置，用于测量分光路中输出光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
反馈装置，用于根据测量所得功率值，生成泵浦驱动信号，所述泵浦驱动信号中包含有泵浦驱动值SC；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
还有另一个实施例中的光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
输入分光装置，用于从主光路中分流出部分输入光信号，至第一分光路中；
输出分光装置，用于从主光路中分流出部分经放大装置放大输出后的输出光信号，至第二分光路中；
输入功率探测装置，用于测量第一分光路中输入光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
输出功率探测装置，用于测量第二分光路中输出光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
功率控制装置，所述功率控制装置包括前馈装置、反馈装置和加法器装置，所述前馈装置用于根据测量第一分光路中所述输入光信号的功率值，生成前馈信号，提供给所述功率控制装置，所述反馈装置用于根据测量第二分光路中所述输出光信号的功率值，生成反馈信号，提供给所述功率控制装置，所述加法器装置用于将所述前馈信号与所述反馈信号进行加法结合，生成泵浦驱动值，所述功率控制装置用于生成包含有泵浦驱动值SC的泵浦驱动信号，以控制泵浦工作；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给所述主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
上述反馈装置中包含有PID控制器装置，所述PID控制器装置用于将测量所得光信号的功率与目标功率进行比较计算，以控制反馈信号。
上述泵浦控制装置都包括模糊控制器装置和数模转换装置，所述模糊控制器装置用于基于泵浦驱动值，进行模糊计算，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制，所述数模转换装置用于将数字信号转换为模拟信号，以确保输入至泵浦前的泵浦驱动信号为模拟信号形式。
上述放大装置优选为掺饵光纤放大器，也可以为掺杂其它稀土元素的光放大器，还可以为拉曼放大器，或半导体光放大器等。
通过采用本发明所提供的光功率控制方法，可以使光放大器的输出光信号功率在满足动态范围大的情况下，还能精确度高，且全范围功率输出稳定，本发明所提供的光放大器均有上述稳定度和精确度高的性能。
附图说明
图1为采用本发明的功率控制方法的一个光放大器实施例的方框图；
图2为有关图1实施例的模糊计算算法的示意图；
图3为有关图1实施例中光放大器的调整后的泵浦光的波形图；
图4为有关图1实施例中光放大器与现有技术中光放大器的输出功率对比曲线图；
图5为采用本发明的功率控制方法的另一个光放大器实施例的方框图；
图6为采用本发明的功率控制方法的又一个光放大器实施例的方框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示为本发明所提供的一个光放大器实施例，该光放大器采用本发明所提供的功率控制方法实现对输出光信号的功率控制，该光放大器具体包括：掺饵光纤放大器1，输入分光装置2，输出分光装置3，输入功率探测装置4，输出功率探测装置5，泵浦6，功率控制装置7，前馈装置8，加法器装置9，反馈装置10，PID控制器装置11，泵浦控制装置12，模糊控制器装置13，数模转换装置14。放大装置1、输入分光装置2和输出分光装置3位于光放大器的主光路上。
向光放大器的主光路中输入光信号，输入分光装置2将该光信号分流，其中一部分光信号输入分光路中的输入功率探测装置4，该输入功率探测装置4测量出输入光信号的功率，并将光信号转换为电信号，输出给功率控制装置7中的前馈装置8，该电信号中包含有所测功率信息，前馈装置经放大计算，得到前馈信号FF，前述经输入分光装置2分流出的另一部分光信号经掺饵光纤放大器1放大输出，输出分光装置3将该放大后的光信号分流出一部分至输出功率探测装置5，该输出功率探测装置5测量出该输出光信号的功率，并将光信号转换为电信号，输出给功率控制装置7中的反馈装置10，该反馈装置10中包含有PID控制器装置11，输入反馈装置10的测量所得功率与目标功率进行计算，得到反馈信号FB，前馈信号FF和反馈信号FB都被提供给加法器装置9，经加法器装置9进行加法计算后，得到泵浦驱动值SC，所述泵浦驱动值SC包含在泵浦驱动信号中，并随泵浦驱动信号输至泵浦控制装置12中的模糊控制器装置13，模糊控制器装置13将泵浦驱动值SC与泵浦最小驱动值MIDAC和泵浦最大驱动值MADAC进行模糊比较计算，并依照计算结果对泵浦光的幅度和时域占空比进行调定，并随泵浦驱动信号输至数模转换装置14，数模转换装置14将数字信号形式的泵浦驱动信号转换成模拟信号形式的泵浦驱动信号之后，输出给泵浦。所述泵浦最小驱动值MIDAC指的是泵浦输出功率达到稳定时，所对应的最小驱动DAC值，所述泵浦最大驱动值MADAC指的是泵浦最大功率输出时，所对应的驱动DAC值。所述模糊比较计算的算法如图2所示，具体为：
当泵浦驱动值SC小于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦最小驱动值MIDAC，低位为0，时域占空比值为SC/MIDAC；
当泵浦驱动值SC大于已设定的泵浦最大驱动值MADAC时，则要求泵浦光的幅度高位和低位都为泵浦最大驱动值MADAC，时域占空比值为1；
当泵浦驱动值SC位于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC和泵浦最大驱动值MADAC之间时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦驱动值SC的整数部分数值Ceil(SC)，低位为(泵浦驱动值SC的整数部分数值+1)Floor(SC)，时域占空比值为泵浦驱动值SC的小数部分数值Fmode(SC)。
图3即为按上述3种模糊计算结果，调整后的泵浦光的波形图。
泵浦驱动信号经过泵浦控制装置12的调制后，被输出给泵浦，泵浦根据该信号，对输给掺饵光纤放大器1的泵浦光进行调整，从而控制了掺饵光纤放大器1的放大功率。
上述本发明所提供的光放大器具有较高的稳定性和精确度，具体如图4所示，图4包括上述本发明中光放大器与现有技术中光放大器的输出功率对比曲线，15为现有技术中光放大器的输出光信号的功率曲线，16为本发明中的光放大器的输出光信号的功率曲线，从图4中可以看出，现有技术中的光放大器的输出光信号有明显的跳模现象，而本发明中的光放大器的输出光信号无明显的跳模现象，可见，稳定性较高。
至于精确度提高，则可以通过以下推理所知，如上述光放大器的数模转换装置14采用的是12位的，调制使用256分频，重复频率为300KHz，如不通过模糊控制器装置13对泵浦驱动信号进行调制，则泵浦控制装置12控制泵浦驱动电流的精度为EOL/4095，所述EOL为泵浦最大驱动电流，4095为泵浦驱动值SC的最大值；如采用本发明中的模糊控制器装置13对泵浦驱动信号进行调制，则当泵浦驱动值SC小于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC时，泵浦控制装置12控制泵浦驱动电流的精度为IS/256，IS为泵浦输出光信号功率达到稳定时，所需的最小电流值，当泵浦驱动值SC大于已设定的泵浦最大驱动值MADAC时，泵浦控制装置12控制泵浦驱动电流的精度为EOL/256*4095。由此可见，泵浦驱动电流的控制精度在输出光信号功率稳定区间，提高了256倍。
如图4所示的另一个光放大器的实施例，与图1所示光放大器的实施例相比较，其区别在于泵浦驱动值SC只与输入主光路中的输入光信号功率有关，且是由前馈装置计算所得，包含在前馈信号FF中，该前馈信号FF直接输给泵浦控制装置，以控制泵浦光。
如图5所示的又一个光放大器的实施例，与图1所示光放大器的实施例相比较，其区别在于泵浦驱动值SC只与从主光路放大装置中输出光信号功率有关，且是由反馈装置经PID计算所得，包含在反馈信号FB中，该反馈信号FB直接输给泵浦控制装置，以控制泵浦光。
以上所述，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (8)

1.一种光功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从主光路中分流出部分光信号，至分光路中；
(2)测量分光路中光信号的功率；
(3)根据测量所得功率值生成泵浦驱动值，以控制泵浦工作，泵浦驱动值包含在泵浦驱动信号中；
(4)基于泵浦驱动值，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
(5)调制后的泵浦驱动信号驱动泵浦工作，产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光；
(6)将泵浦光输给主光路中的放大装置，实现对主光路中光信号的放大控制。
2.如权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，步骤(4)中，所述模糊计算方式是，当泵浦驱动值SC小于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦最小驱动值MIDAC，低位为0，时域占空比值为SC/MIDAC；当泵浦驱动值SC大于已设定的泵浦最大驱动值MADAC时，则要求泵浦光的幅度高位和低位都为泵浦最大驱动值MADAC，时域占空比值为1；当泵浦驱动值SC位于已设定的泵浦最小驱动值MIDAC和泵浦最大驱动值MADAC之间时，则要求泵浦光的幅度高位为泵浦驱动值SC的整数部分数值Ceil(SC)，低位为(泵浦驱动值SC的整数部分数值+1)Floor(SC)，时域占空比值为泵浦驱动值SC的小数部分数值Fmode(SC)。
3.一种采用如权利要求1所述光功率控制方法的光放大器，其特征在于，所述光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
分光装置，用于从主光路中分流出部分输入光信号，至分光路中；
功率探测装置，用于测量分光路中输入光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
前馈装置，用于根据测量所得功率值，生成泵浦驱动信号，所述泵浦驱动信号中包含有泵浦驱动值SC；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
4.一种采用如权利要求1所述光功率控制方法的光放大器，其特征在于，所述光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
分光装置，用于从主光路中分流出部分经放大装置放大输出后的输出光信号，至分光路中；
功率探测装置，用于测量分光路中输出光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
反馈装置，用于根据测量所得功率值，生成泵浦驱动信号，所述泵浦驱动信号中包含有泵浦驱动值SC；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
5.一种采用如权利要求1所述光功率控制方法的光放大器，其特征在于，所述光放大器包括：
放大装置，用于放大主光路中的光信号；
输入分光装置，用于从主光路中分流出部分输入光信号，至第一分光路中；
输出分光装置，用于从主光路中分流出部分经放大装置放大输出后的输出光信号，至第二分光路中；
输入功率探测装置，用于测量第一分光路中输入光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
输出功率探测装置，用于测量第二分光路中输出光信号的功率，并将该光信号转换为电信号；
功率控制装置，用于生成包含有泵浦驱动值SC的泵浦驱动信号，以控制泵浦工作，所述功率控制装置包括前馈装置、反馈装置和加法器装置，所述前馈装置用于根据测量第一分光路中所述输入光信号的功率值，生成前馈信号，提供给所述功率控制装置，所述反馈装置用于根据测量第二分光路中所述输出光信号的功率值，生成反馈信号，提供给所述功率控制装置，所述加法器装置用于将所述前馈信号与所述反馈信号进行加法结合，生成泵浦驱动值SC；
泵浦控制装置，用于基于泵浦驱动值SC，采用模糊计算方式，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制；
泵浦，用于产生满足幅度和时域占空比要求的泵浦光，并输给所述主光路中的放大装置，从而实现对主光路中光信号的放大控制。
6.如权利要求4或5所述的光放大器，其特征在于，所述反馈装置包括PID控制器装置，所述PID控制器装置用于将测量所得光信号的功率与目标功率进行比较计算，以控制反馈信号。
7.如权利要求3或4或5所述的光放大器，其特征在于，所述泵浦控制装置包括模糊控制器装置和数模转换装置，所述模糊控制器装置用于基于泵浦驱动值，进行模糊计算，对泵浦驱动信号的幅度或/和时域占空比进行调制，所述数模转换装置用于将数字信号转换为模拟信号，以确保输入至泵浦前的泵浦驱动信号为模拟信号形式。
8.如权利要求3或4或5所述的光放大器，其特征在于，所述放大装置为掺饵光纤放大器。
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