CN107437721B - 一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤放大器技术发领域，提供了一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统和方法。其中方法包括根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例；获取带外ASE检测电路反馈的带外ASE功率数据，并向目标带外ASE功率值调整；若调整过程中检测到某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，锁定各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。本发明保证控制常态下拉曼光纤放大器中每一个泵浦激光器与各自最大功率值之间的距离，保证在光信道中发生切换时，剩余通道能够拥有平坦的增幅空间，减少了过冲造成的误码。

Description

一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统和方法

【技术领域】

本发明涉及光纤放大器技术领域，特别是涉及一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统和方法。

【背景技术】

随着视频业务、大数据、5G及物联网的快速发展，系统对骨干网的网络容量的需求也越来越迫切，100Gbit/s系统已不能完全满足带宽需求，超100Gbit/s的系统如400Gbit/s系统正小规模试用，而超100Gbit/s系统对光信噪比OSNR(Optical Signal Noise Ratio，简写为：OSNR)要求越来越高，传统EDFA放大器已不能满足系统对噪声指数的要求，而分布式光纤拉曼光纤放大器(Distribute Raman Amplifier，缩写为DRA)因其极低的等效噪声指数优势，正被越来越广泛地应用到超高速、超大容量及超长距离的光纤通信系统中。同时，为了支持视频点播、5G高速下载，传统的电交叉速率已不能完全满足巨大的带宽需求，需要在光层领域实现波长级的交叉，因此基于WSS的可重构光分插复用系统(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，简写为：ROADM)已大规模商用，线路上光信道增减经常发生，使得光纤线路上总的光功率产生频繁剧烈变化，从而要求光纤线路中的放大器必须能快速响应输入光信号的变化，保持增益稳定性，保持线路中无切换的光通道不产生过大的功率过冲或欠冲，同时完成瞬态时间尽可能短。其中，无切换的光通道也称：剩余通道，后文统称剩余通道，在TWDM技术中，不同光通道指的是光信号传输过程中所占用的不同的时序和/或频段。

分布式拉曼光纤放大器由于输入(在开泵情况下，未放大的输入功率无法实时检测)输出不能同时检测，给分布式拉曼光纤放大器的增益控制带来一定的挑战，专利201110174019.4和US8797640，公布了一种利用带外自发辐射噪声ASE实现拉曼增益控制的方法，该专利没有提及分布式拉曼光纤放大器增益动态调节过程及瞬态过程中增益控制方法。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是解决分布式拉曼光纤放大器增益动态调节过程及瞬态过程中增益控制问题，具体为瞬态过程中，在输入信号状态为高功率和输入信号状态为低功率情况下，在输入信号为较大输入光功率时达不到设置目标增益，而在输入信号为较小光功率时能达到较大的控制增益或目标增益，在这样的变化过程中，由于放大器的增益受限和增益释放导致的放大器的控制增益变化，将有可能导致剩余光通道产生剧烈的功率波动，导致光信号的过冲或欠冲。具体的：

如果泵浦功率工作在最大功率值时，此时如果信号功率从饱和输入点降低到小信号增益时，就会有2dB以上的增益过冲，而且过冲持续时间超过3ms，本身2dB的过冲对系统应该不会造成多大影响，但是，如果一条线路上有几个放大器级联，过冲累加就会比较大，最后超出接收机的过载点，导致系统出现误码。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，系统中包括由一个或者多个泵浦激光器构成的拉曼光纤放大器和对应每一泵浦激光器的控制电路，对应所述拉曼光纤放大器还设置有带外ASE检测电路，其中，泵浦激光器的控制电路和带外ASE检测电路分别连接中心处理单元，所述系统具体包括：

中心处理单元根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例；

中心处理单元获取带外ASE检测电路反馈的带外ASE功率数据；

若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进；

其中，在所述中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进时，还包括：

所述中心处理单元判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

优选的，所述中心处理单元判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

中心处理单元中存储有对应拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值；

中心处理单元每次在控制泵浦激光器的控制电路，进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与自身存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

优选的，所述中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数。

优选的，所述预设距离由中心处理单元生成，所述系统还包括输出光检测装置，具体的：

中心处理单元根据输出光检测装置，确定当前光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前光信号波形恢复正常状态，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率值之间的差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离；并将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

优选的，所述系统还包括测试用光信号源，具体的：

所述测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号，并在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况；以便完成所述预设距离的计算。

第二方面，本发明还提供了一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，所述方法包括：

根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例；

获取带外ASE功率数据；

若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进；

其中，在所述调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进时，还包括：

判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

优选的，拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值被预先存储，则所述判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

每次在进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

优选的，所述调整一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数。

优选的，所述预设距离是通过计算生成，预设距离的计算具体包括：

确定当前光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前光信号波形恢复正常状态，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率参数差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离；并将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

优选的，所述方法还包括：

测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号，并在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况；以便完成所述预设距离的计算。

本发明在考虑了光信道中拉曼光纤放大器工作在低于目标增益而相应光功率已经处于饱和情况下，可能发生的光信道中的部分光信号会在传输途中被取下处理，此时光通道中的输入信号的总功率便会降低，最终造成的结果便是剩余光通道的会进一步调高增益，并造成过冲情况发生问题。本发明采用了控制常态下，保证拉曼光纤放大器中泵浦激光器与其最大功率值之间的保持预设距离的方式，锁定放大器的实际控制增益，从而实现了在光信道中发生切换时(例如：上述的某一光信道中的部分光信号被取下)，剩余通道能够拥有平坦的增幅空间，而不至于产生对应于发生切换光信道所对应时段的剩余光信道的过冲，减少了系统出现误码的可能性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种预设距离计算方法流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种预设距离计算方法流程图；

图5是本发明实施例提供的一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

由于分布式拉曼光纤放大器的拉曼增益与实际环境中的光纤线路有很大关系，最大增益存在很大的不确定性，因此分布式拉曼光纤放大器在实际应用过程中目标增益范围不明确，给分布式拉曼光纤放大器的瞬态控制带来一定的困难，瞬态过程中，在输入信号状态为高功率和输入信号状态为低功率情况下，在输入信号为较大输入光功率时达不到设置目标增益，而在输入信号为较小光功率时能达到较大的控制增益或目标增益，在这样的变化过程中，由于放大器的增益受限和增益释放导致的放大器的控制增益变化，将有可能导致剩余光通道产生剧烈的功率波动，导致光信号的过冲或欠冲。在这种情况下，及时有效地进行拉曼光纤放大器的增益动态调节至关重要，本发明提出的控制方法将有效解决此问题。

本发明中，在向目标增益值步进调整的过程中，每一次调整功率参数时，因为光纤传输通道中的信号存在瞬态变化，因此，对应相同步进的增益值的功率参数调整可以是不一致的，因此，本发明实施例采用了一种按照增益步进完成调整，并在触及泵浦激光器最大功率值时，回调预设值的功率参数。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，其应用的场合中拉曼光纤放大器中包含多个泵浦激光器(本发明各实施例中也描述为泵浦λ1,…,泵浦λn，即图1中直接用泵浦+波长λ的命名方式呈现)，可包含多种泵浦光波长(例如：λ1，λ2，…，λn)，拉曼光纤放大器工作在增益锁定模式。

如图1所示，本实施例系统中包括由至少两个泵浦激光器构成的拉曼光纤放大器(图1中泵浦激光器的控制单元2中标注的泵浦λ1、…、泵浦λn构成了拉曼光纤放大器)和对应每一泵浦激光器的控制电路(如图1中泵浦激光器的控制单元2中标注的泵浦λ1控制电路2-1、…、泵浦λn控制电路2-n所示)，对应所述拉曼光纤放大器还设置有带外ASE检测电路3。其中，泵浦激光器的控制电路(2-1、…、2-n)和带外ASE检测电路3分别连接中心处理单元1，所述系统具体包括：

中心处理单元1根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例。

其计算方式是通过等式Out_band_ASE_power＝k1*G+k2*Tilt+b(1)，计算得到所述目标带外ASE功率值，其中，Out_band_ASE_power是带外ASE功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值，则将目标增益和增益斜率带入上式(1)，并结合k1、k2和b系数值，可以计算得到目标带外ASE功率值。

而对于泵浦激光器功率比例计算则是通过等式p1/p2＝k3*G+k4*Tilt+b2(2)完成，其中，p1和p2对应不同的泵浦激光器的功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值，则将目标增益和增益斜率带入上式(2)便可以得到所述泵浦激光器功率比例。

若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则中心处理单元1控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进。

例如：光功率参数可以参考0.02-0.05dB的增益大小进行调整。

其中，在所述中心处理单元1控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进时，还包括：

所述中心处理单元1判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离，回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

本发明实施例中在考虑了光信道中拉曼光纤放大器工作在低于目标增益而相应光功率已经处于饱和情况下，可能发生的光信道中的部分光信号会在传输途中被取下处理，此时光通道中的输入信号的总功率便会降低，最终造成的结果便是剩余光通道的会进一步调高增益，并造成过冲情况发生问题。本发明实施例采用了控制常态下，保证拉曼光纤放大器中泵浦激光器与其最大功率值之间的保持预设距离的方式，锁定放大器的实际控制增益，从而实现了在光信道中发生切换时(例如：上述的光信道中的部分光信号被取下)，剩余通道能够拥有平坦的增幅空间，而不至于产生对应于发生切换光信道所对应时段的剩余光信道的过冲，减少了系统出现误码的可能性。在实际工程中除了所述光信道切换会造成剩余光信道过程以外，光信道的稳定性也会受到很多因素如光纤衰减、输入功率、接头损耗、模场直径等的影响。

本发明实施例尤其适用于可重构光分插复用器应用环境(ReconfigurableOptical Add-Drop Multiplexer，ROADM)，因为，其波长的上下切换特别频繁，导致线路光信号功率频繁波动，瞬态频繁发生。

在结合本发明实施例的诸多细化实现方案中，存在一种优选的扩展方案，其中，对于每一轮调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，向目标带外ASE功率值递进过程中，在完成一次递进操作便进行一次增益的锁定，从而保证向目标带外ASE功率值递进过程中光信号的平稳过渡。

在本发明实施例中，所述中心处理单元1判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

中心处理单元1中存储有对应拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值；

中心处理单元1每次在控制泵浦激光器的控制电路，进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与自身存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

在本发明实施例中，所述中心处理单元控制1相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；

其中，所述各泵浦激光器间的光功率参数调整比例的计算可以参考公式(2)，其中p1/p2即为两个泵浦激光器间的光功率参数调整比例的表达式。

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数。

在本发明实施例中使用的所述预设距离由中心处理单元1根据预设距离的计算生成，则所述系统还包括输出光检测装置4，所述预设距离的计算，具体的：

中心处理单元1根据输出光检测装置4，确定当前光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前光信号波形恢复正常状态，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率值之间的差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离；并将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

其中，输出光检测装置4可以是带有光信号传输检测功能的示波器、光谱仪、泵浦仪等等，信号传输功能用于与所述中心处理单元1建立通讯连接，以便将检测结果发送给所属中心处理单元1进行过冲和恢复正常状态的判断，并依此计算得到预设距离。如图1所示，对于整个系统来说，所述输出光检测装置4的存在是可以动态调整的，即在需要上述计算预设距离时，在所述系统的输出光路上配置分光器7和输出光检测装置4，而在计算预设距离完成后，移走所述分光器7和输出光检测装置4。

在本发明实施例中，所述输出光检测装置4除了可以是上述独立的仪器外，还可以是与所述中心处理单元1集成在一个器件中的光信号检测电路，所述光信号检测电路通常包括PD探测，探测驱动电路，电压转换电路；并将转换得到的电压值输入给中心处理单元1的AD采样模块，通过分析所述AD采样得到的电压值便能够解析出过冲情况。

上述计算预设距离的过程可以是在实践执行环境下完成的，当然，更好的是在测试环境下完成。因此，结合本发明实施例，还提供了一种可选的实现方案，如下：

所述系统还包括测试用光信号源，具体的：

所述测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号，并在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况；以便完成上述预设距离的计算。

实施例2:

本发明实施例除了提供如实施例1所述的一种分布式泵浦激光器的增益瞬态控制系统外，还提供了一种分布式泵浦激光器的增益瞬态控制方法，所述方法可以被运行在所述实施例1的系统中，如图2所示，所述方法包括以下执行步骤：

在步骤201中，根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例。

其计算方式是通过等式Out_band_ASE_power＝k1*G+k2*Tilt+b(1)，计算得到所述目标带外ASE功率值，其中，Out_band_ASE_power是带外ASE功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值，则将目标增益和增益斜率带入上式(1)，并结合k1、k2和b系数值，便可以计算得到目标带外ASE功率值。

而对于泵浦激光器功率比例计算则是通过等式p1/p2＝k3*G+k4*Tilt+b2(2)完成，其中，p1和p2对应不同的泵浦激光器的功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值，则将目标增益和增益斜率带入上式(2)便可以得到所述泵浦激光器功率比例。

在步骤202中，获取带外ASE功率数据。

所述带外ASE功率数据可以是通过图1中的带外ASE检测电路3检测得到。

在步骤203中，若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进。

通常所述预设目标增益值被预先存储在如实施例1中所述的中心处理单元1中，或者是存储在与所述中心处理单元1相连的存储器中。其中，步进的跨度可以根据具体应用环境中泵浦的最大功率参数的不同可以做相应的调整，也可以参考目标增益和当前增益之间的距离做相应的调整，通常为0.02-0.05dB。

其中，在所述调整一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的光信号增益值向预设目标增益值递进，还包括：

在步骤204中，判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

由于，拉曼光纤放大器中各泵浦激光器不仅需要向目标增益值调整，还需要满足其之间的增益斜率，因此，在实际操作中各泵浦激光器通常都是进行同步调整的，从而才能够保证增益斜率的客观统一的要求。其中，依照上述对增益斜率的工业要求，满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离是为了保证预留足够的功率浮动空间，因此，在步骤204中，即便已经完成预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，若泵浦激光器的功率值与最大功率值相差预设第二距离不满足的话，优选的是继续进行对应与增益递减的泵浦激光器的功率参数调整操作。

本发明实施例在考虑了光信道中拉曼光纤放大器工作在低于目标增益而相应光功率已经处于饱和情况下，可能发生的光信道中的部分光信号会在传输途中被取下处理，此时光通道中的输入信号的总功率便会降低，最终造成的结果便是剩余光通道的会进一步调高增益，并造成过冲情况发生问题。本发明实施例采用了控制常态下，保证拉曼光纤放大器中泵浦激光器与其最大功率值之间的保持预设距离的方式，锁定放大器的实际控制增益，从而实现了在光信道中发生切换时(例如：上述的光信道中的部分光信号被取下)，剩余通道能够拥有平坦的增幅空间，而不至于产生对应于发生切换光信道所对应时段的剩余光信道的过冲，减少了系统出现误码的可能性。在实际工程中除了所述光信道切换会造成剩余光信道过程以外，光信道的稳定性也会受到很多因素如光纤衰减、输入功率、接头损耗、模场直径等的影响。

在本发明实施例中，由于光纤传输通道中的光通道存在瞬态的变化，因此，可能存在当前调整后的泵浦激光器的功率参数处于最大功率值，而下一刻因为光纤传输通道中需要达到目标增益的光通道被取下，带来了泵浦激光器的功率参数值又被下调的操作，因此，为了能够准确的判断泵浦激光器的功率参数达到最大值，并且会造成过冲的可能，本发明实施例还提供了一种优选的判断方式，能够避免依据在调整泵浦激光器参数后进行判断，可能带来效率降低问题(之所以说效率降低，是因为上述场景下光通道自身的瞬态变化就能带来泵浦激光器的功率参数从最大值下调)。其中，拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值被预先存储，则所述判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

每次在进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

在本发明实施例中，所述调整一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；其中，所述第一等式关系即为等式(1)，所述第二等式关系即为等式(2)。具体是根据预设的步进增益值大小，结合等式(1)和等式(2)计算出各泵浦激光器的功率参数调整比例和调整方向。并可以由类似图1结构中的中心处理单元1控制泵浦控制电路(2-1,…,2-n)完成相应功率参数调整值。

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数。

在本发明实施例实现方式中，所述预设距离是通过动态计算生成，可以被存储在中心处理单元1中，也可以存储在独立的存储器中，而对应其具体生成方式，如图3所示，包括以下执行步骤：

在步骤301中，确定当前输出光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前输出光信号波形恢复正常状态。

其中，通过观察如图1所示的输出光检测装置4(例如：示波器)，可以确定信号光谱恢复正常状态。因此，步骤301可以通过实施例1中所描述的，基于中心处理单元1和输出光检测装置4之间的数据信道连接，并由中心处理单元1完成过冲和恢复正常状态的判断；步骤301也可以通过人为观察所述输出光检测装置4中呈现的波形图，来进行过冲和恢复正常状态的判断。上述两种方式，均属于本发明实施例方法的保护范围内。

在步骤302中，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率参数差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离。

在步骤303中，将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

需要强调的是，所属步骤301-303可以是在一个测试系统中被执行，也可以是在一个具体应用场合下被执行，将放大器的输出信号接入光信号波形检测装置(示波器)，通过观察输出光信号波形从较大过冲回复到正常波形状态，来完成上述步骤301-303的执行内容。而对于具体应用场合下，就需要参考图1所示，在信号输出口上设置分光器7，并将光检测装置4与所示分光器7的分光接口连接，完成上述步骤301-303的执行内容。

其中，所述多次计算优选的是在具有光信道切换差异性的条件下完成的，并且，以计算平均值的方式得到所述预设距离，仅仅是获取预设距离多种实现方式中的一种。在具体实现方式中，步骤303还可以执行为303’。

在步骤303’中，按照每一次测试中光信道切换的特性，建立光信道切换特性与对应预设距离的映射关系。所述映射关系用于在具体实践过程中，可以在执行步骤203时，根据光信道切换的特性，查找相应的预设距离，并用于完成本发明实施例中步骤203的调整。其中，光信道切换的特性，通常是指被切换(本发明实施例中也描述为取下)的光信道的频带宽度、功率大小等参数。

同样的，上述生成预设距离的方式可以是在具体应用实践过程中统计得到；也可以是预先通过测试方法计算完成；还可以是一种基于预先测试方法计算得到的初始值，并进一步经由时间过程中验证、更新完成，上述几种方式均属于本发明实施例所保护的范围内，由于步骤301-303已经隐含了在实践中生成所述预设距离的内容，因此，接下来具体通过如何通过测试系统进行所述预设距离计算的，如图4所示，包括：

在步骤401中，测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号。

在步骤402中，在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况。

其中，光通道具体指来自于某一特定信号源的，能够代表完整信息的光信号在光纤传输通道中的表现。即若光纤传输通道中存在来自信号源A、信号源B和信号源C的光信号，则可以分别将来自信号源A、信号源B和信号源C的光信号各称为一路光信道，而切换(取下)光信道即指的是将相应信号源的光信号剥离出光纤信道。

在步骤403中，确定当前信号光谱中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前信号光谱恢复正常状态。

其中，所述光谱恢复正常状态特指上述的过冲现象消失，即信号光谱的形状恢复正常。

在步骤404中，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率参数差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离。

在步骤405中，将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

其中，所述多次计算优选的是在具有光信道切换差异性的条件下完成的，并且，以计算平均值的方式得到所述预设距离，仅仅是获取预设距离多种实现方式中的一种。在具体实现方式中，步骤405还可以执行为405’。

在步骤405’中，按照每一次测试中光信道切换的特性，建立光信道切换特性与对应预设距离的映射关系。所述映射关系用于在具体实践过程中，可以在执行步骤203时，根据光信道切换的特性，查找相应的预设距离，并用于完成本发明实施例中步骤203的调整。其中，光信道切换的特性，通常是指被切换(本发明实施例中也描述为取下)的光信道的频带宽度、功率大小等等参数。

实施例3：

本发明实施例除了提供如实施例1所述的系统，以及实施例2所述的涉及核心点方法步骤外，还以一个较为完整的控制步骤流程将泵浦激光器控制过程进行阐述。在本发明实施例中，为了描述的简便均一单一泵浦激光器作为描述对象，但是，其代表的含义均为拉曼光纤放大器中的任一一个泵浦激光器对象。如图5所示，模块上点开始，并完成初始化后，方法包括以下执行步骤：

在步骤501中，将泵浦激光器的控制增益G置为初始增益G_s0，G＝G_s0。读取放大器设置的目标增益G_s。

在步骤502中，判断与执行。如果G＝G_s，则执行步骤509锁定当前增益；如果G＞G_s，则进入步骤510；如果G＜G_s，则进入步骤503。

在步骤503中，判断：如果G＜G_s且P_λm＜P_{λm_max}，进入步骤504；否则转到步骤505。

在步骤504中，按照一定的步长g，逐步增加控制的增益G，G＝G_n＝G_n-1+g，重复步骤503。

在步骤505中，判断：如果G＜G_s且P_λm≥P_{λm_max}，则按步长g降低放大器的锁定增益值G，G＝G_n＝G_n-1-g，并转到步骤506，否则锁定当前增益，并转到步骤502。

在步骤506中，按照一定的步进值g，降低模块的控制增益值：G＝G_n，G_n＝G_n-1-g，n＝1,2，…。实时检测各个波长的泵浦激光器的输出光功率值P_λm。并进入步骤507。

在步骤507中，判断：如果G＜Gs且|P_{λm_max}-P_λm|≤ΔP，则计入步骤508。否则，转到步骤502。

在步骤508中，保持当前锁定增益不变，并重复步骤507的判断。

在步骤509中，模块锁定当前增益实时计算输入光信号功率P_s实时检测各个波长的泵浦激光器的输出光功率值P_λm，转到步骤502。

在步骤510中，按照一定的步长g，逐步降低控制的增益G，G＝G_n＝G_n-1-g；转到步骤502。

其中，实施例2所述的方法相当于本发明实施例中步骤505-步骤506-步骤507-步骤508这一支，而为了达到一个共同目的，即维持光通道的稳定，避免出现过冲。其中，步骤502-步骤510这一支也是在发生光通道切换时，最容易产生的情况。因为，光通道的切换会造成输入到泵浦激光器中的光信号功率降低，若此时泵浦激光器的功率参数还有盈余，则剩余的光通道表现出来的结果就是增益值在发生光信道切换的时候瞬间增大，即满足步骤502-步骤510的判断条件，因此，为了保证剩余通道信号的稳定，需要在检测到G>Gs时候，执行步骤510。步骤502-步骤510这一支判断和执行内容可以作为实施例2中方法内容的补充情况的实现方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，系统中包括由一个或者多个泵浦激光器构成的拉曼光纤放大器和对应每一泵浦激光器的控制电路，对应所述拉曼光纤放大器还设置有带外ASE检测电路，其中，泵浦激光器的控制电路和带外ASE检测电路分别连接中心处理单元，其特征在于，所述系统具体包括：

中心处理单元根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例；

中心处理单元获取带外ASE检测电路反馈的带外ASE功率数据；

若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进；

其中，在所述中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进时，还包括：

所述中心处理单元判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离，回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

2.根据权利要求1所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，其特征在于，所述中心处理单元判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

中心处理单元中存储有对应拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值；

中心处理单元每次在控制泵浦激光器的控制电路，进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与自身存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

3.根据权利要求1所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，其特征在于，所述中心处理单元控制相应泵浦激光器的控制电路，调整所述一个或者多个泵浦激光器的功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数；

第一等式关系为Out_band_ASE_power＝k1*G+k2*Tilt+b，其中，Out_band_ASE_power是带外ASE功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值；

第二等式关系为p1/p2＝k3*G+k4*Tilt+b2，其中，p1和p2对应不同的泵浦激光器的功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值。

4.根据权利要求1-3任一所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，其特征在于，所述预设距离由中心处理单元生成，所述系统还包括输出光检测装置，具体的：

中心处理单元根据输出光检测装置，确定当前光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前光信号波形恢复正常状态，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率值之间的差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离；并将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

5.根据权利要求4所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制系统，其特征在于，所述系统还包括测试用光信号源，具体的：

所述测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号，并在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况；以便完成所述预设距离的计算。

6.一种分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据目标增益和增益斜率，计算拉曼光纤放大器的目标带外ASE功率值和泵浦激光器功率比例；

获取带外ASE功率数据；

若检测到的带外ASE功率数据小于目标带外ASE功率值，则调整一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进；

其中，在所述调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进时，还包括：

判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值；若判断结果为拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值，则根据所述泵浦激光器功率比例和预设第一距离回调各泵浦激光器的增益，并且，在满足所述某一泵浦激光器的功率参数值与最大功率值相差大于预设第二距离时锁定增益，使得各泵浦激光器工作在回调后得到的增益值处。

7.根据权利要求6所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，其特征在于，拉曼光纤放大器中各泵浦激光器的最大功率值被预先存储，则所述判断拉曼光纤放大器中某一泵浦激光器的功率参数值是否达到最大功率值，具体包括：

每次在进行泵浦激光器功率参数调整的时候，预先获取当前泵浦激光器的功率参数值，并与存储的各泵浦激光器的最大功率值进行比对；若对应某一泵浦激光器的比对结果相等，则判断所述某一泵浦激光器的功率参数值达到最大功率值。

8.根据权利要求6所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，其特征在于，所述调整一个或者多个泵浦激光器的光功率参数，使得计算出的带外ASE功率数据向目标带外ASE功率值递进，具体包括：

根据预设的信号的增益斜率、目标增益值，以及增益斜率、目标增益值和带外ASE功率数据三者之间的第一等式关系，还有各泵浦激光器的光功率比值与增益斜率和目标增益值三者之间的第二等式关系，计算得到各泵浦激光器间的光功率参数调整比例和调整方向；

根据所述光功率参数调整比例和调整方向，调整所述一个或者多个泵浦激光器的光功率参数；

第一等式关系为Out_band_ASE_power＝k1*G+k2*Tilt+b，其中，Out_band_ASE_power是带外ASE功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值；

第二等式关系为p1/p2＝k3*G+k4*Tilt+b2，其中，p1和p2对应不同的泵浦激光器的功率值，G为增益值，Tilt为斜率，k1、k2和b为系数值。

9.根据权利要求6-8任一所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，其特征在于，所述预设距离是通过计算生成，预设距离的计算具体包括：

确定当前光信号波形中出现过冲情况，则按照预设的递减长度进行增益的递减，直到当前光信号波形恢复正常状态，记录恢复正常状态时对应的泵浦激光器的功率参数与其最大功率参数差值，以及恢复正常状态时在增益上回调表现的第一距离；并将多次计算得到的差值求平均得到所述预设第二距离，并将多次计算得到的第一距离求平均得到所述预设第一距离。

10.根据权利要求9所述的分布式拉曼光纤放大器的增益瞬态控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

测试用光信号源向光纤传输通道中释放测试信号，并在拉曼光纤放大器中一个或者多个泵浦激光器处于最大功率参数工作状态时，关闭一个或者多个光通道的光信号，使得剩余光通道产生过冲情况；以便完成所述预设距离的计算。