CN108964753A - 一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，提供了一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法和装置。其中方法包括获取当前光纤传输线路的传输性能参数；根据传输性能参数所包含的接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤长度，分别得到影响因子A₁、A₂、A₄；根据接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数，计算得到接头损耗值Att_Aeff，并根据Att_Aeff查找得到影响因子A₃；根据A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器能够达到的实际最大增益。本发明得到的实际最大增益是在所有输入功率范围内都可达到的最大增益，保持系统中原有信号在固定增益下工作，实现一种增益锁定的效果，避免了传输光纤链路中信号变化造成的已有传输信号功率的波动。

Description

一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法和装置

【技术领域】

本发明涉及光通信技术领域,尤其涉及一种拉曼光纤放大器的最大增益获 取方法和装置。

【背景技术】

拉曼光纤放大器是高速率、长距离光纤通信系统的重要组成部分。移动互 联网、云计算、大数据、物联网的发展对现有通讯网络的带宽和速率都提出了 更高的要求，而制约高速率、超长距离通信系统大规模应用的主要因素是光信 噪比(Optical Signal NoiseRatio，简写为：OSNR)，拉曼光纤放大器在提高 系统OSNR方面有独特优势，其低噪声系数的特性可显著降低光纤通信系统中光 信噪比劣化速度，对延长传输距离、扩大跨段间距、降低系统成本等有重要意 义。

中国专利CN201110174019.4描述了一种利用带外ASE进行增益控制的方法， 公布了带外放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，简写为：ASE) 与增益的线性关系，同时公布了不同输入功率情况下，对ASE修正的关系，但 是该控制方法还是容易受到传输线路性能的影响，所述传输线路性能包括如传 输的光纤长度、光纤的损耗系数及传输线路中的接头损耗。

中国专利CN200810154431.8描述了一种利用带外ASE功率进行带内ASE功 率计算的方法，公布了一种带内ASE功率与带外ASE线性关系的一种方法，该 方法对于分布式拉曼光纤放大器的增益控制有着非常大的帮助。

中国专利CN201210235491.9描述了一种利用带外ASE功率进行接头损耗计 算的方法，该方法得到了一定程度的应用，但是该方法无法区分光纤损耗系数、 模场直径或光纤有效面积及固定衰耗点引起的总的接头损耗值pointloss。

美国专利US8643941描述了一种利用带外ASE进行增益控制的方法，公开 了用一种输出功率减去输入功率计算增益的方法，该方法是通过带外ASE功率 与信号总功率探测，利用带内外ASE的线性关系计算出带内ASE功率，然后求 出放大后的纯信号功率，这样在控制过程中就可以将目标信号功率定为目标增 益+打开拉曼泵谱激光器前的信号功率的方法来实现，该方法类似于EDFA的增 益控制，控制过程中泵浦比例与增益满足线性关系，该方法只有在一定的增益 斜率情况及光纤长度超过一定长度下才能适用，另外该方法仍然无法克服输线 路性能的影响，所述传输线路性能包括如传输的光纤长度、光纤的损耗系数及 传输线路中的接头损耗；

美国专利US6519082描述了一种集成OTDR的分布式拉曼光纤放大器的控制 方法，该专利公布了一种利用OTDR实时探测的传输线路损耗、接头损耗及光纤 长度、光纤色散及来计算拉曼增益系数，该方法在放大器内部内置了不同增益 情况下各泵的泵浦功率配置表，并通过检测拉曼光纤放大器输出端的每个信道 功率或每个子带宽内的总功率实现拉曼增益及增益斜率控制。该方法用光时域 反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，简写为：OTDR)实时探测光纤 损耗的方法会较大程度上受到拉曼增益影响，计算拉曼增益系数的方法也需要 对微分方程求解，数据处理对控制单元要求较高，由于计算过程过于复杂，时 间会非常慢，内置表格受环境因素影响较大，需要建立庞大的表格才能适应所 有情况，对硬件成本要求较高。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是：

现有技术缺少一种行之有效的，获得拉曼光纤放大器可锁定的最大增益的 方法。

第一方面，本发明提供了一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，预先 配置有一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损 耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系；光纤的损耗系数引起的接头损耗等效为 0km处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系；光纤模场直径引起 的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系；光纤 长度与最大拉曼增益对应关系；其中，i为接头距泵浦源的距离，j为光纤的损 耗系数值，k为光纤的模场直径，方法包括：

获取当前光纤传输线路的传输性能参数；其中，所述传输性能参数包括接 头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤长度；

根据传输性能参数所包含的所述接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光 纤长度，分别查找接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值 影响因子A₁；查找接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系得到最大增 益值影响因子A₂；查找传输线路的光纤长度与最大拉曼增益对应关系得到最大 增益值影响因子A₄；

根据接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数，计算得到当前光纤传输线路中 光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff，并根据所述接 头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益 值影响因子A₃；

根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器能够达到的实 际最大增益G_{max_factual}。

优选的，所述根据光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离，计算得到当前光 纤传输线路中光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff， 并根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系 得到最大增益值影响因子A₃，具体包括：

根据所述接头距泵浦源的距离，获取接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point；根据所述光纤的损耗系数，获取接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_coefficient；

利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss获取，所述总的接 头损耗pointloss记为Att_Toal；

由Att_Aeff＝Att_Toal-Att_point-Att_coefficient计算出当前光纤传输线路中模场直径引起的等效为0km处的接头损耗Att_Aeff；

根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关 系得到最大增益值影响因子A₃。

优选的，利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss获取，具 体包括：

获取带外ASE功率值ASE_out-of-band，带入公式Att_total＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)计算得到总的接头损耗pointloss；其中，ASE_out-of-band为检测到的带外ASE 功率，P_pump为用于计算接头损耗的泵浦功率，Att_Toal为总的接头损耗，k为线性关 系的斜率，b为直线的截距。

优选的，接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系，接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系，接头损耗值Att_Aeff[l]与最大拉曼增益对应 关系，具体包括：

根据每一个损耗值Att_point[i]，计算得到一实际最大增益值，并将所述实际最 大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值 Att_point[i]与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_{coefficient[j]}，计算得到一实际最大增益值，并将所述实 际最大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值 Att_{coefficient[j]}与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_Aeff[l]，计算得到一实际最大增益值，并将所述实际最 大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值 Att_Aeff[l]与相应影响因子对应关系。

优选的，所述根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器 能够实际最大增益值G_{max_factual}，具体包括：

根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，利用公式A＝A₁*A₂*A₃*A₄计算得到等效影 响因子A；

根据公式G_{max_factual}＝G_max__calibration*A计算得到实际最大增益值G_{max_factual}；其中，G_max__calibration为拉曼光纤放大器的定标的最大增益。

优选的，在所述拉曼光纤放大器具体为分布式拉曼光纤放大器时，所述定 标的最大增益G_max__calibration的获取具体包括：

预先通过搜集各增益斜率下的拉曼光纤放大器的最大增益值，并建立增益 斜率与最大增益关系式；

并通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增 益关系式，获取定标的最大增益G_max__calibration。

优选的，所述建立增益斜率与最大增益关系式，包括：

当Tilt<Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₁*Tilt+b₀₁；

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₂*Tilt+b₀₂；

则所述通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最 大增益关系式，获取定标的最大增益G_max__calibration，具体包括：

根据设置的Tilt值，带入上述两公式中与所述设置的Tilt值匹配的一公 式，得到所述定标的最大增益G_max__calibration。

优选的，所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km 处的接头损耗值Att_point[i]，具体包括：

所述Att_point获得方法是在控制单元中内置不同接头损耗随光纤位置变化的 在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值的方法可以得到不同接 头损耗在不同位置处等效为0km的等效接头损耗值。

优选的，所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km 处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}，具体包括：

所述Att_coefficient获得方法是在控制单元中内置相对于定标光纤损耗系数而 变化的光纤在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值或拟合公式 的方法可以得到光纤损耗变化等效为0km的等效接头损耗值。

第二方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器的自动增益控制方法，获 取当前放大器能够达到的实际最大增益G_{max_factual}，

利用带外ASE光功率ASE_out-of-band与带内ASE光功率ASE_in-band及增益斜率Tilt 的线性关系，计算获得信号功率P_signal；

根据所述信号功率P_signal和打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信号功率P_INU，获 得拉曼光纤放大器的补偿增益△G；

根据所述补偿增益△G、设置增益G_setting和当前放大器能够达到的实际最大 增益G_{max_factual}完成所述拉曼光纤放大器的增益控制。

优选的，所述根据所述补偿增益△G、设置增益G_setting和当前放大器能够达 到的实际最大增益G_{max_factual}完成所述拉曼光纤放大器的增益控制，具体包括：

根据实际最大增益G_{max_factual}与设置增益G_setting进行比较，确定工作增益G_operation，若设置增益G_setting小于实际最大增益G_{max_factual}，则工作增益G_operation执行设置增益 G_setting+△G；若设置增益G_setting大于实际最大增益G_{max_factual}，且△G为正值则工作 增益G_operation执行实际能达到的实际最大增益G_{max_factual}；若设置增益G_setting大于实 际最大增益G_{max_factual}，且△G为负值则工作增益G_operation执行实际能达到的实际最 大增益G_{max_factual}+△G。

优选的，所述根据所述信号功率P_signal和打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信 号功率P_INU，获得拉曼光纤放大器的补偿增益△G，具体包括：

将所述信号功率P_signal减去打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信号功率P_INU，获 得拉曼光纤放大器当前实际增益G_factual；

则所述拉曼光纤放大器的补偿增益ΔG＝G_operation-G_factual。

优选的，所述拉曼光纤放大器具体为单一拉曼泵浦光纤放大器或者分布式 拉曼泵浦光纤放大器。

优选的，在所述拉曼光纤放大器为单一拉曼泵浦光纤放大器时，所述工作 增益G_operation执行设置增益G_setting+△G或者执行最大增益G_{max_factual}+△G，具体包括：

根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系式计算得到增益斜率，其中，所述第一关系式为：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G_operation+b₁+Att_point；

其中，k₁是带外ASE功率与增益线性关系的斜率因子，k₂是带外ASE功率与 增益斜率线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述k₁，k₂和b₁均是通过定标获得， ΔASE是与光纤长度关联的ASE的修正量；

根据计算出的带外ASE_out-of-band，调整拉曼光纤放大器，使得检测到的带外ASE 功率值与所述计算出的带外ASE_out-of-band相差预设距离。

优选的，在所述拉曼光纤放大器为分布式拉曼泵浦光纤放大器时，所述工 作增益G_operation执行设置增益G_setting+△G或者执行最大增益G_{max_factual}+△G，具体包 括：

根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系式计算得到增益斜率，其中，所述第一关系式为：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G_operation+k₂*Tilt+b₁+Att_point；

其中，k₁是带外ASE功率与增益线性关系的斜率因子，k₂是带外ASE功率与 增益斜率线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述k₁，k₂和b₁均是通过定标获得， ΔASE是与光纤长度关联的ASE的修正量；

根据第一关系式计算得到的增益斜率，以及工作增益G_operation，并根据第二 关系式计算得到泵浦激光器组1的工作功率p1和泵浦激光器组1的工作功率p2； 其中，所述第二关系式为：p₁/p₂＝k₃*G_operation+k₄*Tilt+b₂；

其中，p₁是泵浦激光器组1的输出功率，p₂是泵浦激光器组2的输出功率， k₃是与放大器增益G_operation呈线性关系的斜率因子，k₄是与增益斜率Tilt呈线性 关系的斜率因子，b₂为截距，k₃，k₄及b₂均是通过定标获得；

根据计算得到的所述泵浦激光器组1的工作功率p₁和泵浦激光器组1的工 作功率p₂，调整分布式拉曼泵浦激光器的工作状态。

优选的，利用带外ASE光功率ASE_out-of-band与带内ASE光功率ASE_in-band及增益 斜率Tilt的线性关系，计算获得信号功率P_signal，具体表现为：

ASE_in-band＝k₅*ASE_out-of-band+k₆*Tilt+(k₅-1)*Att_point+b

P_signal＝10*log₁₀(P_total–10^(ASE_in-band/10))

式中，P_total为探测得到的带内光信号的总功率，k₅为线性关系的比例系数， k₆为不同增益斜率情况下对原带内外关系的影响因子，b为截距。

优选的，当ΔG＝G_operation-G_factual超出增益精度控制要求，将ΔG+G_factual作为新 的增益G_operation控制量计算进行迭代，实现反馈控制。

优选的，所述Att_point获得方法是在控制单元中内置不同接头损耗随光纤位 置变化的在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值的方法可以得 到不同接头损耗在不同位置处等效为0km的等效接头损耗值。

第三方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器中光纤节点等效0km接头 损耗获取方法，方法包括：

获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式；

根据光纤线路中设置的接头损耗的位置，将光纤分为一段或者两段；其中， 在光纤的起始点和接头损耗位置相同时，光纤具体表现为一段；在光纤的起始 点与接头损耗位置相差预设距离时，光纤具体表现为两段，并以所述接头损耗 位置作为两段光纤的分界点；

若光纤具体表现为一段，则在所述第一段光纤中，分别以作为加 权值，给予泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式 中各功率变量做加权处理，求解得到带外ASE功率值；并将所述带外ASE功率 值，带入带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式，得到等效0km接头损耗；

若光纤具体表现为两段，则在第一段中分别以作为加权值，给予 泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式中各功率变 量做加权处理；第二段中的各功率变量分别用上一段光纤中最终值乘以 来加权处理；根据上述第一段的加权后的关系式和第二段的加权后的 关系式，求解得到带外ASE功率值；并将所述带外ASE功率值，带入带外ASE 功率与等效0km接头损耗的关系式，得到等效0km接头损耗。

优选的，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式具体为： pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)，其中，k为线性关系的斜率，b为 直线的截距。

优选的，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式的求解，具体包 括：

选择一指定泵浦激光器pump1，计算在接头损耗pointloss为0的情况下的，pump1的各输出功率所对应的带外ASE检测值，根据所述各输出功率所对应的带 外ASE检测值，以及公式0＝ASE_out-of-band-k*P_pump-b，求解得到相应的参数值k和b； 则接头损耗表现为pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)。

优选的，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率 关系式中的光纤衰减系数被设定为定标值；相应的光纤长度被设定为大于100km。

优选的，所述求解得到带外ASE功率值，具体包括：

将加权后的泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关 系式整理成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式；

利用Matlab中四阶龙格-库塔算法或边界值解微分方程的方法计算微分方 程的数值解。

优选的，泵浦传输功率关系式具体包括：

第一泵浦光传输功率关系式：式中，α₀为泵浦P₀对应波长的传输损耗，为泵浦P₀到泵浦或信号P_k的拉曼增益系数，

第二泵浦光传输功率关系式：

式中，α_i为泵浦P_i对应波长的传输损耗，为泵浦P_i与泵浦P_j间的增益系数，为泵浦P_i与泵浦或信号P_k间的增益系数；

则所述作为加权值，给予泵浦传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用和分别代替上述第一泵浦光传 输功率关系式和第二泵浦光传输功率关系式右侧的相应P₀(z)和P_i(z)变量。

优选的，所述信号传输功率关系式具体包括：

式中，α_n为第n个信号波长的衰减系数，为第j个泵浦与第n个信号之间的增益系数，P_n为第n个信号的功率， P_j(z)为波长比第n个信号波长小的第j个信号功率或者泵浦功率；

则所述作为加权值，给予信号传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述信号传输功率关系式右侧的相应P_n(z) 变量。

优选的，所述带外ASE功率关系式具体包括：

式 中，P_ASE(z)为频率v的带外ASE功率随距离z的变化，α_ASE为某一频率处的带 外ASE的衰减系数，为第i个泵浦到频率v带外ASE的增益系数，h为普 朗克常数，v为带外ASE的频率，K为玻尔兹曼常数，T为环境温度，Δv为泵浦 光频率到带外ASE频移,P_i(z)为第i个泵浦的功率值；

则所述作为加权值，给予带外ASE功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述带外ASE功率关系式右侧的相应 P_ASE(z)变量。

第四方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器中光纤衰减系数等效0km 接头损耗获取方法，方法包括：

获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式；

分别以作为加权值，给予泵浦传输功率关系式、信号传输功率关 系式和带外ASE功率关系式中各功率变量做加权处理；

将所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式 中的光纤衰减系数按照预设的步长进行m次调整，针对每一次调整光纤衰减系 数后的泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式，求 解得到带外ASE功率值；并将所述带外ASE功率值，带入带外ASE功率与等效 0km接头损耗的关系式，得到等效0km接头损耗；进一步计算完成其它m-1次调 整后的等效0km接头损耗，从而得到m组光纤衰减系数与光纤衰减系数等效0km 接头损耗的数据。

优选的，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式具体为：pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)，其中，k为线性关系的斜率，b为 直线的截距。

优选的，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式的求解，具体包 括：

选择一指定泵浦激光器pump1，计算在接头损耗pointloss为0的情况下的， pump1的各输出功率所对应的带外ASE检测值，根据所述各输出功率所对应的带 外ASE检测值，以及公式0＝ASE_out-of-band-k*P_pump-b，求解得到相应的参数值k和b； 则接头损耗表现为pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)。

优选的，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率 关系式中加权值的接头损耗pointloss为0；相应的光纤长度被设定为大于 100km。

优选的，将泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关 系式整理成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式；

利用Matlab中四阶龙格-库塔算法或边界值解微分方程的方法计算微分方 程的数值解。

优选的，泵浦传输功率关系式具体包括：

第一泵浦光传输功率关系式：式中，α₀为泵浦P₀对应波长的传输损耗，为泵浦P₀到泵浦或信号P_k的拉曼增益系数，

第二泵浦光传输功率关系式：

式中，α_i为泵浦P_i对应波长的传输损耗，为泵浦P_i与泵浦P_j间的增益系数，为泵浦P_i与泵浦或信号P_k间的增益系数；

则所述作为加权值，给予泵浦传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用和分别代替上述第一泵浦光传 输功率关系式和第二泵浦光传输功率关系式右侧的相应P₀(z)和P_i(z)变量。

优选的，所述信号传输功率关系式具体包括：

式中，α_n为第n个信号波长的衰减系数，为第j个泵浦与第n个信号之间的增益系数，P_n为第n个信号的功率， P_j(z)为波长比第n个信号波长小的第j个信号功率或者泵浦功率；

则所述作为加权值，给予信号传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述信号传输功率关系式右侧的相应P_n(z) 变量。

优选的，所述带外ASE功率关系式具体包括：

式 中，P_ASE(z)为频率v的带外ASE功率随距离z的变化，α_ASE为某一频率处的带 外ASE的衰减系数，为第i个泵浦到频率v带外ASE的增益系数，h为普 朗克常数，v为带外ASE的频率，K为玻尔兹曼常数，T为环境温度，Δv为泵浦 光频率到带外ASE频移,P_i(z)为第i个泵浦的功率值；

则所述作为加权值，给予带外ASE功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述带外ASE功率关系式右侧的相应 P_ASE(z)变量。

第五方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器中光纤长度对最大增益影 响因子获取方法，方法包括：

获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式， 以及待求解影响因子对应关系的多个光纤长度；逐一选取光纤长度，并配置到 各关系式中，进行如下的影响因子求解过程：

将上述各关系式中的泵浦初始值都设置为0，信号光的初始功率设置为P1， 通过上述各关系式求得光纤末端的信号功率P_{(L-pump off)}；

将泵浦功率初始值设置为预设值P2，通过上述各关系式求得光纤末端的信 号功率P_{(L-pump on)},以及带外ASE功率P_ASE；

在放大器的固有插入损耗为IL时，光纤长度所带来的影响因子A₄为(P_{(L-pump on})-P_{(L-pump off)}-IL)/P_{max_calibration}；其中，P_{max_calibration}为拉曼光纤放大器的定标的最大 增益，并且P_{(L-pump on)}、P_{(L-pump off)}和P_{max_calibration}的单位为dBm。

优选的，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率 关系式中的光纤衰减系数被设定为定标值。

优选的，所述求得光纤末端的信号功率P_{(L-pump on)},以及带外ASE功率P_ASE， 具体包括：

将泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式整理 成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式；

利用Matlab中四阶龙格-库塔算法或边界值解微分方程的方法计算微分方 程的数值解。

优选的，泵浦传输功率关系式具体包括：

第一泵浦光传输功率关系式：式中，α₀为泵浦P₀对应波长的传输损耗，为泵浦P₀到泵浦或信号P_k的拉曼增益系数，

第二泵浦光传输功率关系式：

式中，α_i为泵浦P_i对应波长的传输损耗，为泵浦P_i与泵浦P_j间的增益系数，为泵浦P_i与泵浦或信号P_k间的增益系数。

优选的，所述信号传输功率关系式具体包括：

式中，α_n为第n个信号波长的衰减系数，为第j个泵浦与第n个信号之间的增益系数，P_n为第n个信号的功率， P_j(z)为波长比第n个信号波长小的第j个信号功率或者泵浦功率。

优选的，所述带外ASE功率关系式具体包括：

式 中，P_ASE(z)为频率v的带外ASE功率随距离z的变化，α_ASE为某一频率处的带 外ASE的衰减系数，为第i个泵浦到频率v带外ASE的增益系数，h为普 朗克常数，v为带外ASE的频率，K为玻尔兹曼常数，T为环境温度，Δv为泵浦 光频率到带外ASE频移,P_i(z)为第i个泵浦的功率值。

优选的，所述定标的最大增益G_{max_calibration}的获取具体包括：

预先通过搜集各增益斜率下的拉曼光纤放大器的最大增益值，并建立增益 斜率与最大增益关系式；

并通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增 益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}。

优选的，所述建立增益斜率与最大增益关系式，包括：

当Tilt<Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₁*Tilt+b₀₁；

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₂*Tilt+b₀₂；

则所述通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最 大增益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}，具体包括：

根据设置的Tilt值，带入上述两公式中与所述设置的Tilt值匹配的一公 式，得到所述定标的最大增益G_{max_calibration}。

第六方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器的自动增益控制装置，包 括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中， 所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被程序设置 为执行第一方面至第五方面任一所述的方法。

第七方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存 储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执 行，用于完成第一方面至第五方面任一所述的方法。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：

本发明第一方面所计算出的所述实际最大增益是在所有输入功率范围内都 可达到的最大增益，这样在瞬态控制方面能够保持系统中原有信号在固定增益 下工作，即可实现一种增益锁定的效果，避免了传输光纤链路中信号变化造成 的已有传输信号功率的波动。

本发明第二方面对于增益控制提供了当前放大器能够达到的最大增益和实 际增益两个参考维度，为进行拉曼光纤放大器的自动增益控制提供了参考角度， 并且提出了补偿增益△G，相比较现有技术单一通过带外ASE检测功率放大的情 况来说，能够达到更精准的控制。并且相比较现有技术中通常采用的等步长调 节方法而言，由于本发明实施例已经计算得到的最终实际能够得到的最大增益 值，从而能够根据设置增益值和实际增增益值，快速达到调整拉曼光纤放大器 的增益控制的目的。

本发明第三方面提供了一种拉曼光纤放大器中光纤节点等效0km接头损耗 的获取方法，使得计算得到的接头距泵浦源的距离等效得到的0km等效接头损 耗值能够被计算实际最大增益过程使用。

本发明第四方面提供了一种拉曼光纤放大器中光纤节点等效0km接头损耗 的获取方法，使得计算得到的不同光纤衰减系数等效得到的0km等效接头损耗 值能够被计算实际最大增益过程使用。

本发明第五方面提供了一种拉曼光纤放大器中光纤长度对最大增益影响因 子获取方法，使得计算得到的不同光纤衰减系数等效得到的0km等效接头损耗 值能够被计算实际最大增益过程使用。

【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用泵浦激光器自身作为OTDR的分布式拉曼光纤 放大器泵浦单元图；

图2是本发明实施例提供的用另外激光器作为OTDR的分布式拉曼光纤放大 器泵浦单元图；

图3是本发明实施例提供的用泵浦激光器自身作为OTDR的拉曼光纤放大器 泵浦单元图；

图4是本发明实施例提供的用另外激光器作为OTDR的拉曼光纤放大器泵浦 单元图；

图5是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法流程 图；

图6是本发明实施例提供的等效接头损耗小于0情况下能达到的最大拉曼 增益与定标的最大拉曼增益的比值图；

图7是本发明实施例提供的在不同光纤长度情况下能达到的最大拉曼增益 与定标时(>＝100km)最大拉曼增益的比值图；

图8是本发明实施例提供的等效接头损耗大于0情况下能达到的最大拉曼 增益与定标的最大拉曼增益的比值图；

图9是本发明实施例提供的拉曼光纤放大器在不同增益斜率情况下的最大 增益关系示意图；

图10是本发明实施例提供的根据光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离计算 得到接头损耗值Att_Aeff的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的光纤不同位置处的接头损耗等效为0km的接头 损耗图；

图12是本发明实施例提供的光纤损耗系数相对于定标光纤变化等效为0km 的接头损耗图；

图13是本发明实施例提供的一种根据带外ASE调整分布式泵浦激光器的方 法流程图；

图14是本发明实施例提供的一种根据带外ASE调整单一泵浦激光器的方法 流程图；

图15是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的自动增益控制方法流程 图；

图16是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的自动增益控制方法中具 体泵浦放大器组控制调控方法流程图；

图17是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的自动增益控制方法中单 一泵浦放大器控制调控方法流程图；

图18是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器中光纤节点等效0km接头 损耗获取方法流程图；

图19是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器中光纤衰减系数等效0km 接头损耗获取方法流程图；

图20是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器中光纤长度对应最大增益 影响因子获取方法流程图；

图21是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的自动增益控制方法流程 图；

其中，

1：泵浦激光器组1； 2：泵浦激光器组2；

3：控制单元； 4：OTDR的调制信号；

5：环形器； 6：OTDR探测器；

7：泵浦合波WDM； 8：泵浦/信号合波WDM；

9：带外/带内分波WDM； 10：耦合器；

11：带外ASE探测器； 12：带内光探测器；

13：OTDR波长与信号波长合波WDM；

14：OTDR用的额外激光器。

【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。

在本发明实施例中，拉曼泵浦激光器也被简称为泵浦源；在本发明各实施 例中，对于首次已经出现对0km等效接头损耗的特指接头距泵浦源的距离或者 光纤损耗系数后，在相应实施例中便以0km等效接头损耗作为简称，上述描述 尤其适用于实施例3和实施例4中。在本发明各实施例中所述接头距泵浦源的 距离所带来的0km等效接头损耗，也为了描述上的方便，被描述为光纤节点等 效0km接头损耗。在本发明实施例中光纤长度通常是指信号发射到接收之间的 传输距离，在真实通信系统中，就是相邻两个中继站之间的距离，中继可以是 电中继，也可以是光中继。

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。

图1中，虚线框内的所示部分是一个完整的分布式拉曼泵浦模块，在该拉 曼泵浦模块内包括控制单元3、泵浦激光器组1和泵浦激光器组2；其中，泵浦 激光器组1和泵浦激光器组2中均至少有一个泵浦激光器(本发明实施例中将 泵浦激光器组分成两组是为了描述的方便，而对于每一组泵浦激光器中所包含 的泵浦激光器的数量是没有做特殊限定的，本领域技术人员也是能够基于本发 明各实施例中针对泵浦激光器组1和泵浦激光器组2的相关技术内容的阐述， 将相关技术内容适用到泵浦激光器组1和泵浦激光器组2各自内部的泵浦激光 器中)，而且会有其中的1个泵浦激光器被用作OTDR的工作波长；控制单元3 产生OTDR的调制信号4以驱动用作OTDR光源的泵浦激光器进行工作。如图1 所示，泵浦激光器组1中的某一个泵浦激光器，产生OTDR探测光，依次通过环 形器5、泵浦合波WDM7和泵浦/信号合波WDM8进入传输光纤，由传输光纤返回 的OTDR回波信号再依次通过泵浦/信号合波WDM8、泵浦合波WDM7和环形器5后 由OTDR探测器6所接收，OTDR探测器6将探测结果发送给控制单元3。由此在 控制单元3的控制下以OTDR方式探测完光纤不同位置处的接头损耗、光纤长度 及光纤损耗系数后，把这些参数信息存入控制单元3中。本领域技术人员应当 能够理解，将泵浦激光器组2中的一个泵浦激光器用作OTDR的工作波长也是可 行的，以下均以泵浦激光器组1中的泵浦激光器被用作OTDR工作波长为例进行 描述。

如图1所示，由于该泵浦激光器组1中的泵浦激光器被用作OTDR工作波长 时，该拉曼泵浦模块的放大功能就不能正常工作，因此该OTDR只是在拉曼泵浦 模块的初始化过程中或光纤线路断了进行故障定位时才被应用。泵浦激光器组1 首先经过一个环形器5再与泵浦激光器组2进行合波；泵浦激光器组2与泵浦 激光器1通过一个泵浦/泵浦合波WDM7进行合波；泵浦合波后再经过泵浦/信号 合波WDM8与传输光纤相连；在泵浦/信号合波WDM8的信号输出端，首先通过带 外/带内分波WDM9将带外ASE分离出来，用带外ASE探测器11对带外ASE进行 探测；然后再通过耦合器10分出一部分带内光通过带内光探测器12进行带内光探测。

图2所示实施方式与图1所示实施方式的不同地方就是OTDR的光源不在使 用泵浦激光器组1本身的波长，而额外增加OTDR光源14，由于增加了额外的 OTDR光源14，需要增加额外的OTDR波长与信号波长合波WDM13。在这种实施方 式中，如图2所示，控制单元3产生OTDR的调制信号4以驱动OTDR光源14工 作，产生OTDR探测光，依次通过环形器5、OTDR波长与信号波长合波WDM13进 入传输光纤，由传输光纤返回的OTDR回波信号再依次通过信号波长合波WDM13 和环形器5后由OTDR探测器6所接收，OTDR探测器6将探测结果发送给控制单元3。这种使用额外的OTDR光源14来实现OTDR功能的好处就是可以实时探测 线路情况。

拉曼光纤放大器在不同的应用环境中，拉曼光纤放大器的放大增益会受到 泵浦功率本身及环境因素(包括接头距泵浦源的距离、光纤的损耗系数、光纤 的模场直径和光纤的长度)影响的双重限制，因此下面将拉曼泵浦模块的实际 最大增益G_{max_factual}定义为该拉曼光纤放大器在所处环境中实际能够达到的(满足 信噪比和传输性能等要求的)最大增益；将拉曼泵浦模块的设置增益G_setting定义 为用户对拉曼光纤放大器所设定的增益值；将拉曼泵浦模块的控制增益G_operation定义为对拉曼泵浦模块的实际设定的增益值。本领域技术人员应当能够理解， 用户的设置增益G_setting有可能大于该拉曼光纤放大器的实际最大增益G_{max_factual}， 也有可能小于或等于该拉曼光纤放大器的实际最大增益G_{max_factual}；如果用户设置 的设置增益G_setting大于最大增益G_{max_factual}，则该拉曼光纤放大器的控制增益G_operation就为最大增益G_{max_factual}；如果用户设置的设置增益G_setting小于或等于最大增益G_{max_factual}，则该拉曼光纤放大器的控制增益G_operation为设置增益G_setting。另外在不同 增益斜率情况下，对应的最大增益也会有变化。

需要强调的，本发明后续实施例展开的描述中，既可以适用于如图1和图2 所示的分布式拉曼光纤放大器，同样也适用于单一拉曼光纤放大器的应用场景 (例如图3和图4所示)，其中，对于涉及到到两者差异性的时候，会着重区分 描述。

本发明各实施例的描述均可以基于上述架构(例如图1、图2、图3和图4 所示的架构)实现，但相应的方法实现又不仅局限于上述的架构内容。而上述 对于各增益对象的定义描述，均适用于本发明各实施例中，用于方便理解其在 本发明各实施例中出现时的含义。

在具体展开阐述本发明实施例所述技术方案时，通过举例的方式阐述本发 明的实现意义。本发明的主要是能够确定最大增益，就是在所有输入功率范围 内都可达到的最大增益，这样在瞬态控制方面能够保持系统中原有信号在固定 增益下工作，即可实现一种增益锁定的效果。在现有技术中，因为无法确定在 本发明所提出的实际最大增益值，因此，当其对于初始情况下功率信号P1、P1 和P3调节进入现有技术中的最大增益调控阶段后，若突然新增了信号P4～P50， 此时，对于P1-P3信号来说，因为产生了与其一同分享泵浦激光器光功率的 P4～P50的信号光，也就是说在新增P4～P50信号光进入传输光路时，泵浦激光器 已经无力产生更高的泵浦光功率，此时，带来的结果就是P1-P3被放大后的信 号传输光功率会降低，而这对于远端的P1-P3信号的接收端来说有时是致命的， 因为，它们历史上已经习惯了P1-P3的功率强度，突然介入的P4～P50信号造成 的P1-P3传输光功率的降低，甚至会带来接收端的信号丢失或者信号解码错误 等等。本发明的提出的意义就在于解决上述现有技术中的问题。

实施例1：

本发明实施例提供了一种拉曼光纤放大器的最大增益(特指实际最大增益G_{max_factual})获取方法。由于本发明实施例可以适用于上述对应图1、图2、图3和 图4的装置架构，因此，为了描述的清楚和简便，在后续阐述技术方案的过程 中也会引用相应的装置结构进行阐述，以便更好的理解本发明实施例的具体实 现。在实现本发明实施例所述方法之前，通常需要做些预先准备，以便涉及本 发明实施例的后续步骤能够顺利执行。上述预先准备包括：预先配置有一种或 者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系；光纤的损耗系数引起的接头损耗等效为0km处的接 头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系；光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系；光纤长度与最大 拉曼增益对应关系；其中，i为接头距泵浦源的距离，j为光纤的损耗系数值， k为光纤的模场直径；其中，所述0km表明采集带外ASE功率的位置与泵浦激光 器设置的位置处于同一位置(例如一个设备中或者一个工房内)，为本发明实施 例所优选的近似等效距离；除此以外所述等效接头损耗的距离也可以是其它距 离参数值(例如：0.001km-0.005km，即表明所述ASE功率检测装置和泵浦激光 器被设置在一个工房内)，由此产生的相关衍生距离得到的等效距离的接头损耗 的技术方案，均属于本发明实施例的保护范围内。上述对应关系在诸多具体实现方式中，可以表现为相应具体的计算公式形式存储在控制单元3中，或者表 现为相应的表格查找方式存储在控制单元3，还可以采用两者兼具的方式，即存 储典型的、高概率出现的N组离散数据，而对于具体查找过程中被查找对象不 处于所述N组离散数据中时，再根据计算公式实时求解或者根据计算公式所拟 合得到曲线特性，采用N组离散数据插值计算得到等等。如图5所示，所述拉 曼光纤放大器的最大增益获取方法包括：

在步骤201中，获取当前光纤传输线路的传输性能参数；其中，所述传输 性能参数包括接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤长度。

其获取方式可以通过上述的控制单元3的控制下以OTDR方式探测完光纤不 同位置处的接头损耗、光纤损耗系数及光纤长度。例如，所述控制单元3可以 具体采用图1、图2、图3或者图4所示的带OTDR探测功能的架构来完成所述 传输性能参数的获取。

在步骤202中，根据传输性能参数所包含的所述接头距泵浦源的距离，查 找接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₁。

如图6所示，为将各等效接头损耗值Att_point[i]与影响因子A₁拟合成曲线后的 呈现效果示意图。从图6中可以看到，其纵坐标便是由受所述接头距泵浦源的 距离影响后的实际最大增益和定标的最大增益比值计算得到影响因子A₁，在图6 中具体表现为由离散的实心方框标注了的曲线。需要指出的是，本发明实施例 通过图6的曲线图进行接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系得到最大增 益值影响因的表征，仅仅是为了描述和观察上的方便，对于类似控制单元3上 实现的话，都会转化为数组阵列通过查找获得影响因子A₁或者以计算关系式的 方式实时计算获得影响因子A₁。

在步骤203中，根据传输性能参数所包含的所述光纤损耗系数，查找接头 损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₂。

如图6所示，为将各接头损耗值Att_{coefficient[j]}与影响因子A₂拟合成曲线后的 呈现效果示意图。从图6中可以看到，其纵坐标便是由受所述光纤损耗系数影 响后的实际最大增益和定标的最大增益比值计算得到影响因子A₂，在图6中具 体表现为由离散的实心三角形标注了的曲线。

在步骤204中，根据传输性能参数所包含的所述光纤长度，查找传输线路 的光纤长度与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₄。

如图7所示，为光纤长度与影响因子A₄拟合成曲线后的呈现效果示意图。 从图7中可以看到，其纵坐标便是由受所述光纤长度影响后的实际最大增益和 定标的最大增益比值计算得到影响因子A₄。

在步骤205中，根据光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离，计算得到当前 光纤传输线路中光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff， 并根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系 得到最大增益值影响因子A₃。

如图6所示，为将各接头损耗值Att_Aeff[k]与影响因子A₃拟合成曲线后的呈现 效果示意图。从图6中可以看到，其纵坐标便是由受所述光纤的模场直径影响 后的实际最大增益和定标的最大增益比值计算得到影响因子A₃，在图6中具体 表现为由离散的实心圆形标注了的曲线。

在步骤206中，根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大 器能够达到的实际最大增益G_{max_factual}。

本发明实施例提出在获得影响光拉曼光纤放大器实际增益的接头距泵浦源 的距离、光纤损耗系数后，通过将光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离等效为 0km处的接头损耗方式，将其损耗关系与带外ASE接头损耗关联了起来(因为现 有的带外ASE检测就是在泵浦激光侧，即所述0km处，因此需要将关联的影响 转换为等效为0km处的接头损耗，才能够一起计算)，并实现了根据接头距泵浦 源的距离、光纤损耗系数的等效0km处的接头损耗，计算得到光纤模场直径接 头损耗值Att_Aeff的过程，从而得到影响所述拉曼光纤放大器实际增益因素中的光 纤模场直径，从而为求解得到实际最大增益提供了可能，即综合考虑所述接头 距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤模场直径和光纤长度四个影响因素后得 到实际最大增益。所述实际最大增益是在所有输入功率范围内都可达到的最大 增益，这样在瞬态控制方面能够保持系统中原有信号在固定增益下工作，即可 实现一种增益锁定的效果，避免了传输光纤链路中信号变化造成的已有传输信 号功率的波动。

其中，在求解影响因子的时候，本发明实施例还可以通过预先存储好各自 的关系参数，并通过插值、临时通过公式计算等方法获取相应用于求解最大增 益的影响因子，使得本发明实施例所提出的方法能够被现有的携带控制单元的 架构所实现。

如图6和图8所示为本发明实施例所提供的不同位置光纤处的接头损耗等 效为0km处的接头损耗值Att_point[i](在本发明中将通过实施例3具体阐述如何获 取所述不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point[i])与最大 拉曼增益对应关系(其中，对应关系具体表现为接头损耗值Att_point[i]和影响因子 之间的对应关系，而所述影响因子为实际最大增益值与定标的最大增益值相除 得到的)、光纤的损耗系数引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值 Att_{coefficient[j]}(在本发明中将通过实施例4具体阐述如何获取所述光纤的损耗系 数引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_{coefficient[j]})与最大拉曼增益对 应关系；光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系拟合曲线图，其中，图6是等效接头损耗小于0情况下能 达到的最大拉曼增益与定标的最大拉曼增益的比值图；图8是等效接头损耗大 于0情况下能达到的实际最大拉曼增益与定标的最大拉曼增益的比值图；之所 以呈现纵坐标为所述实际最大拉曼增益与定标的最大拉曼增益的比值(即所述 影响因子值，相比较等效为0km处的接头损耗而言，所述等效为0km处的接头 损耗表现为定标的最大拉曼增益与实际最大拉曼增益差值的dB转换后的内容)， 横坐标表现为各等效为0km处的接头损耗值(包括Att_point[i]、Att_{coefficient[j]}和 Att_Aeff[k])，是为了能够预先做好准备，为查找得到相应影响因子提供更高效、便 捷的过程。本发明的主要是能够确定最大增益，就是在所有输入功率范围内都 可达到的最大增益，这样在瞬态控制方面能够保持系统中原有信号在固定增益 下工作，即可实现一种增益锁定的效果。

结合本发明实施例，对于步骤205中所涉及的所述根据光纤损耗系数、接 头距泵浦源的距离，计算得到接头损耗值Att_Aeff，并根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₃， 本发明实施例还提供了一种具体实现方式，如图10所示，包括：

在步骤2051中，根据所述接头距泵浦源的距离，获取接头损耗等效为0km 处的接头损耗值Att_point[i]；根据所述光纤的损耗系数，获取接头损耗等效为0km 处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}。

此处，所述接头距泵浦源的距离和接头损耗等效为0km处的接头损耗值 Att_point[i]两者之间的对应关系，与本发明实施例1中所涉及的接头损耗等效为0km 处的接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系类似，可以通过相应公式计算 得到(将在实施例3中后续内容具体展开描述)，也可以预先设置计算建立得到 的表格和/或相应公式拟合得到的曲线查找获得。如图11所述，为相应光纤不 同位置处的接头损耗(即接头距泵浦源的距离)等效为0km的接头损耗图，其 中，横坐标为拉曼泵浦激光器与接头之间的位置距离(单位为km)，而纵坐标则 是等效为0km的接头损耗相对于理想状态下(即无接头损耗情况)的衰减情况， 其中，纵坐标所显示的负值的数值越大，表明其衰减越严重。对于图11的使用 方式来说，例如在10公里，OTDR测到接头损耗是-3.0dB，那么它的等效0km接 头损耗就是从曲线中查找相应“—*—”曲线，然后得到其纵坐标的值即等效0km 接头损耗结果，以图11为例该结果值大概为-0.9dB。在实际操作过程中，因为 应用环境中可能存在多个接头，此时，对应于上述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄来说， 相当于影响因子A₁包含了多个子元素，例如：A_1-1，A_1-2，…，A_1-u，其中，u便是 节点的数量，而对应的A₁＝A_1-1*A_1-2*…*A_1-u；而其中，各子元素的计算都是建立 各自节点单独存在的场景计算得到的，其计算方法将在实施例3中具体展开描 述。如图12所示，为相应光纤损耗系数的接头损耗等效为0km的接头损耗图， 其中，横坐标为光纤损耗系数想比较定标的损耗系数之间的插值，其中，横坐 标为负则表明所述光纤损耗系数比定标的损耗系数低，相应的纵坐标则表现为 正值的数值越大，表明其衰减越小，反之，相应的纵坐标则表现为负值的数值 越大，表明其衰减越大；而纵坐标则是等效为0km的接头损耗相对于理想状态 下(即无接头损耗情况)的衰减情况，其中，纵坐标所显示的负值的数值越大， 表明其衰减越严重。

在步骤2052中，利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss获 取，所述总的接头损耗pointloss也被记为Att_Toal。

在本发明实施例中，提供了一种优选的实现方式，即选择一指定泵浦激光 器pump1，计算在总的接头损耗pointloss为0的情况下的，pump1的各输出功 率所对应的带外ASE检测值，根据所述各输出功率所对应的带外ASE检测值， 以及公式0＝ASE_out-of-band-k*P_pump-b，求解得到相应的参数值k和b；则总的接头损 耗pointloss表现为pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)。

这里之所以选择一制定的泵浦激光器pump1，是因为若选择多个泵浦激光器 同时参与所述参数值k和b的求解，会带来测试过程的不稳定，从而造成计算 出来的参数值k和b准确度不高。然而，总的接头损耗pointloss是不随泵浦 激光器的多少而改变的，因此，指定一个泵浦激光器pump1来计算上述总的接 头损耗pointloss可以简化计算过程，以及提高计算的准确度。当然，基于本 发明实施例所提出的思路，采用多个泵浦激光器同时工作计算总的接头损耗的 方式，同样属于本发明实施例的保护范围内。

在步骤2053中，由Att_Aeff＝Att_Toal-Att_point-Att_coefficient计算出当前光纤传输线路中模场直径引起的等效为0km处的接头损耗Att_Aeff。

其中，所述Att_point和Att_coefficient在本发明实施例中，均可以通过后续内容中 所描述的查表的方式获得。而相应的查表中的表格的建立则是通过本发明后续 实施例3和实施例4(其中，对于光纤衰减系数来说，对于不同位置区域采用不 同类型的光纤的(特指光纤衰减系数不同的)，可以采用分段单独计算的方式完 成，而相应各分段的计算方式具体参考实施例4来完成，其最终表现为影响因 子A₂的方式可参考上述A₁＝A_1-1*A_1-2*…*A_1-u例子完成，在此不再赘述)中具体展 开描述。

在步骤2054中，根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大 拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₃。

通过上述步骤2051-2054给予了一种Att_Toal、Att_point、Att_coefficient和Att_Aeff之间的转换机制，从而可以通过容易计算得到Att_Toal、Att_point、Att_coefficient反过来 求解难以获得的Att_Aeff，实现对影响实际放大增益的传输性能参数的求解。

结合图6和图8，本发明实施例对于实施例1中所涉及的，所述接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系，接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关 系，接头损耗值Att_Aeff[l]与最大拉曼增益对应关系，具体包括：

根据每一个损耗值Att_point[i]，计算得到一实际最大增益值(在实施例3中具 体展开阐述如何实现)，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除得到 对应的影响因子；建立每一损耗值Att_point[i]与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_{coefficient[j]}，计算得到一实际最大增益值(在实施例4 中具体展开阐述如何实现)，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除 得到对应的影响因子；建立每一损耗值Att_{coefficient[j]}与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_Aeff[l](由实施例3、实施例4和实施例5，结合步骤 2053中的公式Att_Aeff＝Att_Toal-Att_point-Att_coefficient推导得出)，计算得到一实际最大 增益值，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因 子；建立每一损耗值Att_Aeff[l]与相应影响因子对应关系。

本发明实施例所提供的图6和图8仅仅是上述每一损耗值Att_point[i]与相应影 响因子对应关系、每一损耗值Att_{coefficient[j]}与相应影响因子对应关系，以及每一 损耗值Att_Aeff[l]与相应影响因子对应关系诸多表现方式中的图像表现形式。除此 以外，类似表格存储的方式，表达式存储的方式均属于本发明实施例的保护范 围内。

在本发明实施例中，对于步骤206中所涉及的，所述根据所述影响因子A₁、 A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器能够达到的实际最大增益值G_{max_factual}，以 下通过具体的公式推导进行阐述其实现过程：

根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，利用公式A＝A₁*A₂*A₃*A₄计算得到等效影 响因子A。根据公式G_{max_factual}＝G_{max_calibration}*A计算得到实际最大增益值G_{max_factual}； 其中，G_{max_calibration}为拉曼光纤放大器的定标的最大增益值，或者也可以被描述为 拉曼光纤放大器出厂后在不考虑上述各影响因子情况下，当前状态下的理想最 情况下的大增益。

结合本发明实施例，若所述拉曼光纤放大器具体为单一泵浦激光器实现的， 则相应的定标的最大增益可以根据泵浦激光器的出厂设置的最大功率计算得到， 或者直接根据所述泵浦激光器出厂时候设置的定标最大增益获取。但是，在具 体实现过程中，通常应用环境以分布式拉曼泵浦激光器居多，因此，结合本发 明实施例还提供了一种在分布式拉曼光纤放大器中所述定标的最大增益 G_{max_calibration}的获取方法，具体包括：

预先通过搜集各增益斜率下的拉曼光纤放大器的最大增益值，并建立增益 斜率与最大增益关系式；如图9所示，为建立增益斜率与最大增益关系式后， 通过曲线图的方式呈现后的效果示意图；

并通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增 益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}。以图9为例，形象点阐述便是根据 当前拉曼泵浦激光器设置的增益斜率，从图9中匹配出定标的最大增益 G_{max_calibration}。

在本发明实施例的上述增益斜率与定标的最大增益之间的关系呈现方式， 除了如图9所示的图标方式(在程序中具体表现为数据表格形式)，通常是以公 式或者数组的方式存储在控制单元3中，由于其公式的复杂度较低，相比较建 立数组查表的方式，性能更高，因此，以建立关系式的方式阐述所述建立增益 斜率与最大增益公式，具体包括：

当Tilt<Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₁*Ti lt+b₀₁；

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₂*Ti lt+b₀₂；

其中，所述k₀₁、k₀₂、b₀₁和b₀₂为相关系数，可以通过定标或者拟合如图9所 示的曲线后计算出来。

则所述通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最 大增益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}，具体包括：

根据设置的Tilt值，带入上述两公式中与所述设置的Tilt值匹配的一公 式，得到所述定标最大增益G_{max_calibration}。

在本发明实施例中，还针对所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接 头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point[i]，提供了一种具体实现方法，包括：

所述Att_point获得方法是在控制单元中内置不同接头损耗随光纤位置变化的 在0km位置处的等效接头损耗表(所述等效接头损耗表，可以通过实施例3中 介绍的求解Att_point方法，完成所述等效接头损耗表的建立)，然后通过查表与插 值的方法可以得到不同接头损耗在不同位置处等效为0km的等效接头损耗值。

在本发明实施例中，还针对所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接 头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}，提供了一种具体实现方法，包 括：

所述Att_coefficient获得方法是在控制单元中内置相对于定标光纤损耗系数而 变化的光纤在0km位置处的等效接头损耗表(所述等效接头损耗表，可以通过 实施例4中介绍的求解Att_coefficient方法，完成所述等效接头损耗表的建立)，然 后通过查表与插值或拟合公式的方法可以得到光纤损耗变化等效为0km的等效 接头损耗值。

结合本发明实施例，在获取了所述实际最大增益G_{max_factual}后，还存在一种优 选的扩展方案，具体是用户根据所述G_{max_factual}选择一增益值作为当前工作增益 G_operation时，且当前方法所使用的场景是分布式拉曼泵浦放大器，如图13所示， 则所述方法还包括：

在步骤207中，根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系式计 算得到增益斜率，其中，所述第一关系式为：ASE_out-of-band+Δ ASE＝k₁*G_operation+k₂*Ti lt+b₁+Att_point。

其中，k₁是带外ASE功率(dBm)与增益(dB)线性关系的斜率因子，k₂是 带外ASE功率(dBm)与增益斜率(dB)线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述 k₁，k₂和b₁均是通过定标获得，目标ASE的修正量ΔASE，具体的：当光纤长度 ≥100km时，ΔASE＝0；当光纤长度小于100km时,ΔASE根据查表或插值或函数 拟合进行确定。需要声明的是，所述光纤长度100km仅是本发明实施例给予的 一个优选临界值，在实际操作过程中，由于光纤材质的不同所带来的泵浦光和 信号光之间能量转化效率的不同，其临界长度也可以在所述100km上有所调整，而基于本发明的发明构思所做的相应光纤长度临界值的调整后的技术方案，同 样属于本发明的保护范围内。

在步骤208中，根据第一关系式计算得到的增益斜率，以及工作增益G_operation， 并根据第二关系式计算得到泵浦激光器组1的工作功率p₁和泵浦激光器组1的 工作功率p₂；其中，所述第二关系式为：p₁/p₂＝k₃*G_operation+k₄*Tilt+b₂。

其中，p₁是泵浦激光器组1的输出功率，p₂是泵浦激光器组2的输出功率， k₃是与放大器增益G(单位dB)呈线性关系的斜率因子，k₄是与增益斜率Tilt (单位dB)呈线性关系的斜率因子，b₂为截距，k₃，k₄及b₂均是通过定标获得。

在步骤209中，中，根据计算得到的所述泵浦激光器组1的工作功率p₁和 泵浦激光器组1的工作功率p₂，调整拉曼泵浦激光器的工作状态。

结合本发明实施例，在获取了所述实际最大增益G_{max_factual}后，还存在一种优 选的扩展方案，具体是用户根据所述G_{max_factual}选择一增益值作为当前工作增益 G_operation时，与上述方法不同的是，当前方法所使用的场景是单一拉曼泵浦放大器， 如图14所示，则所述方法还包括：

在步骤207’中，根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系式 计算得到增益斜率，其中，所述带外ASE_out-of-band为实际检测得到，所述第一关系 式为：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G_operation+b₁+Att_point；

其中，k₁是带外ASE功率与增益线性关系的斜率因子，k₂是带外ASE功率与 增益斜率线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述k₁，k₂和b₁均是通过定标获得， ΔASE是与光纤长度关联的ASE的修正量；

在步骤208’中，根据计算出的带外ASE_out-of-band，调整拉曼光纤放大器，使 得检测到的带外ASE功率值与所述计算出的带外ASE_out-of-band相差预设距离。

实施例2：

在本发明实施例1提出了一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法后，本 发明实施例进一步提出了一种利用实施例1中所计算出来的最大增益，进行拉 曼光纤放大器的自动增益控制方法，在执行本发明实施例所述方法之前，得先 获取当前放大器能够达到的实际最大增益G_{max_factual}，所述G_{max_factua}可以通过实施例1所述的方法获得。如图15所示，本发明实施例的方法包括：

在步骤301中，利用带外ASE光功率ASE_out-of-band与带内ASE光功率ASE_in-band及增益斜率Ti lt的线性关系，计算获得信号功率P_signal。

其中，所述步骤301的执行环境是在拉曼光纤放大器进入正常工作状态后， 根据用户设定的增益G_setting，来调整泵浦激光工作，然后检测带外ASE光功率 ASE_out-of-band。

在步骤302中，根据所述信号功率P_signal和打开拉曼泵谱激光器前的稳定的 信号功率P_INU，获得拉曼光纤放大器的补偿增益△G。

其中，将获得的信号功率P_signal减去打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信号功 率P_INU，获得放大器实际得到的增益，G_factual＝P_signal-P_INU。

所述拉曼光纤放大器的补偿增益ΔG＝G_operation-G_factual。

在步骤303中，根据所述补偿增益△G、设置增益G_setting和当前放大器能够 达到的实际最大增益G_{max_factual}完成所述拉曼光纤放大器的增益控制。

本发明实施例对于增益控制提供了当前放大器能够达到的最大增益和实际 增益两个参考维度，为进行拉曼光纤放大器的自动增益控制提供了参考角度， 并且提出了补偿增益△G，相比较现有技术单一通过带外ASE检测功率放大的情 况来说，能够达到更精准的控制。并且相比较现有技术中通常采用的等步长调 节方法而言，由于本发明实施例已经计算得到的最终实际能够得到的最大增益 值，从而能够根据设置增益值和实际增增益值，快速达到调整拉曼光纤放大器 的增益控制的目的。

在本发明实施例中，还为步骤303中所涉及的根据所述补偿增益△G、设置 增益G_setting和当前放大器能够达到的实际最大增益G_{max_factual}完成所述拉曼光纤放 大器的增益控制，提供一种具体的实现方式，包括：

根据实际最大增益G_{max_factual}与设置增益G_setting进行比较，确定工作增益G_operation，若设置增益G_setting小于实际最大增益G_{max_factual}，则工作增益G_operation执行设置增益 G_setting+△G；若设置增益G_setting大于实际最大增益G_{max_factual}，且△G为正值则工作 增益G_operation执行实际能达到的实际最大增益G_{max_factual}(其原因是计算的出的△G 若为正值，是无法进一步提高实际最大增益G_{max_factual}的参数值的)；若设置增益 G_setting大于实际最大增益G_{max_factual}，且△G为负值则工作增益G_operation执行实际能达 到的实际最大增益G_{max_factual}+△G。

结合本发明实施例，对于上述的工作增益G_operation执行设置增益G_setting+△G 或者执行最大增益G_{max_factual}，在本发明实施例中也提供了相应的具体方法，在分 布式拉曼泵浦放大器中，实现如图16所示，包括：

在步骤3031中，根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系式 计算得到增益斜率，其中，所述第一关系式为：ASE_out-of-band+Δ ASE＝k₁*G_operation+k₂*Ti lt+b₁+Att_point。

其中，k₁是带外ASE功率(dBm)与增益(dB)线性关系的斜率因子，k₂是 带外ASE功率(dBm)与增益斜率(dB)线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述 k₁，k₂和b₁均是通过定标获得，目标ASE的修正量ΔASE，具体的：当光纤长度 ≥100km时，ΔASE＝0，当光纤长度小于100km时,ΔASE根据查表或插值或函数 拟合进行确定。

在步骤3032中，根据第一关系式计算得到的增益斜率，以及工作增益G_operation， 并根据第二关系式计算得到泵浦激光器组1的工作功率p₁和泵浦激光器组1的 工作功率p₂；其中，所述第二关系式为：p₁/p₂＝k₃*G_operation+k₄*Tilt+b₂。

其中，p₁是泵浦激光器组1的输出功率，p₂是泵浦激光器组2的输出功率， k₃是与放大器增益G(单位dB)呈线性关系的斜率因子，k₄是与增益斜率Tilt (单位dB)呈线性关系的斜率因子，b₂为截距，k₃，k₄及b₂均是通过定标获得。

在步骤3033中，根据计算得到的所述泵浦激光器组1的工作功率p₁和泵浦 激光器组1的工作功率p₂，调整拉曼泵浦激光器的工作状态。

结合本发明实施例，对于上述的工作增益G_operation执行设置增益G_setting+△G 或者执行最大增益G_{max_factual}，在本发明实施例中也提供了相应的具体方法，在单 一拉曼泵浦放大器中，实现如图17所示，包括：

在步骤3031’中，根据带外ASE_out-of-band和工作增益G_operation之间的第一关系 式计算得到增益斜率，其中，所述带外ASE_out-of-band为实际检测得到，所述第一关 系式为：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G_operation+b₁+Att_point；

其中，k₁是带外ASE功率与增益线性关系的斜率因子，k₂是带外ASE功率与 增益斜率线性关系的斜率因子，b₁为截距；所述k₁，k₂和b₁均是通过定标获得， ΔASE是与光纤长度关联的ASE的修正量；

在步骤3032’中，根据计算出的带外ASE_out-of-band，调整拉曼光纤放大器，使 得检测到的带外ASE功率值与所述计算出的带外ASE_out-of-band相差预设距离。

其中，所述预设距离可以根据经验来设定，通常是考虑了检测精度和参数 值大小来设置的。

在本发明具体实现方式中，对在步骤301中所涉及的利用带外ASE光功率ASE_out-of-band与带内ASE光功率ASE_in-band及增益斜率Tilt的线性关系，计算获得信 号功率P_signal，在本发明实施例中对其展开描述，具体包括：

根据公式ASE_in-band＝k₅*ASE_out-of-band+k₆*Tilt+(k₅-1)*Att_point+b，计算得到ASE_in-band。

然后根据公式P_signal＝10*log₁₀(P_total–10^(ASE_in-band/10))，计算得到信号功率P_signal。

式中，P_total为探测得到的带内光信号的总功率，k₅为线性关系的比例系数， k₆为不同增益斜率情况下对原带内外关系的影响因子，b为截距。

结合本发明实施例，在考虑到实际调整过程中，存在增益控制精度的限制， 因此，理论上只要当前调整增益的控制操作与实际计算得到的增益结果之间的 差值，满足预设的增益精度要求则可停止当前的增益调整，而相反的：当Δ G＝G_operation-G_factual超出增益精度控制要求，G_operation为计算获得的目标增益G，G_operation为将ΔG+G_factual作为新的增益G控制量计算进行迭代，实现反馈控制；其中，将 所述信号功率P_signal减去打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信号功率P_INU，获得拉曼 光纤放大器当前实际增益G_factual，即G_factual＝P_signal-P_INU。

在本发明实施例中，对于Att_point获得方法提供了一种优选的实现方式，具 体的，所述Att_point获得方法是在控制单元中内置不同接头损耗随光纤位置变化 的在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值的方法可以得到不同 接头损耗在不同位置处等效为0km的等效接头损耗值。具体操作过程可以参考 实施例1中相关描述内容，在此不再赘述。

实施例3：

本发明实施例还提供了一种拉曼光纤放大器中光纤节点等效0km接头损耗 获取方法，即接头距泵浦源的距离等效0km接头损耗。本发明实施例所提出的 获取方法可以有第三方计算机来运行，并将获取的数据结果导入到本发明各实 施例中所涉及的控制单元3中，也可以是直接有所述控制单元3来完成本发明 实施例所述获取方法的执行，在此不做特殊限定。如图18所述，所述获取方法 包括：

在步骤401中，获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE 功率关系式。

其中，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关 系式可以是预先被转换为代码程序存储在第三方计算机上，例如：本发明实施 例提供了一种可行的方式，将所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式 和带外ASE功率关系式整理成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式，并 存储在第三方计算机的存储器上。

在步骤402中，根据光纤线路中设置的接头损耗的位置，将光纤分为一段 或者两段；其中，在光纤的起始点和接头损耗位置相同时，光纤具体表现为一 段；在光纤的起始点与接头损耗位置相差预设距离时，光纤具体表现为两段， 并以所述接头损耗位置作为两段光纤的分界点。

对于接头损耗来说，设置在不同位置的接头损耗，总体可以分为两类，一 类就是接头损耗设置在光纤启示位置，表现为上述的光纤分为一段；还有一类 就是接头损耗设置在光纤上的非起始位置，此时，根据设置接头损耗的位置， 整条光纤被分为两段，第一段是光纤起始点到所述接头损耗的设置位置，第二 段是所述接头损耗的设置位置到光纤的末尾。

在步骤403中，若光纤具体表现为一段，则在所述第一段光纤中，分别以作为加权值，给予泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外 ASE功率关系式中各功率变量做加权处理，求解得到等效0km接头损耗；

其中，在其他实施例中，所述等效0km接头损耗也别标示为Att_point。

在步骤404中，若光纤具体表现为两段，则在第一段中分别以作 为加权值，给予泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关 系式中各功率变量做加权处理；第二段中的各功率变量分别用上一段光纤中最 终值乘以来加权处理；根据上述第一段的加权后的关系式和第二段的 加权后的关系式，求解得到带外ASE功率值；并将所述带外ASE功率值，带入 带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式，得到等效0km接头损耗。

其中，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式具体为：pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)，k为线性关系的斜率，b为直线的截距。在本 发明实施例中，相当于对实施例1中涉及的计算总的接头损耗的计算公式的复 用，但是，不同点在于本发明实施例所搭建的计算环境是仅针对光纤节点(即 接头距泵浦源的距离)等效0km接头损耗获取方法，此时，会排除光纤衰减系 数、光纤模场直径的影响，即此时的pointloss即为等效0km光纤节点接头损 耗。

其中，所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式的求解，具体包括：

选择一指定泵浦激光器pump1，计算在接头损耗pointloss为0的情况下的， pump1的各输出功率所对应的带外ASE检测值，根据所述各输出功率所对应的带 外ASE检测值，以及公式0＝ASE_out-of-band-k*P_pump-b，求解得到相应的参数值k和b； 则接头损耗pointloss表现为pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)。

本发明实施例提供了一种用于计算特定位置设置接头损耗情况下，得到其 等效0km接头损耗的实现方法，通过本发明实施例所提出的所述方法，能够在 设定足够多的接头损耗位置，并相应计算得到各设置接头损耗位置情况下的等 效0km接头损耗后，便可以拟出如图11所示的曲线图。通过本发明实施例所述 的计算方法，可以计算并建立得到本发明各实施例中所涉及的不同接头损耗随 光纤位置变化的在0km位置处的等效接头损耗表。

在本发明实施例中，所述泵浦传输功率关系式具体包括：

第一泵浦光传输功率关系式：式中，α₀为泵浦P₀对应波长的传输损耗，为泵浦P₀到泵浦P_k(或泵浦P₀到信号P_k)的 拉曼增益系数，

第二泵浦光传输功率关系式：

式中，α_i为泵浦P_i对应波长的传输损耗，为泵浦P_i与泵浦P_j间的增益系数，为泵浦P_i与泵浦P_k(或泵浦P_i与信号P_k)间的增益系数；

则所述作为加权值，给予泵浦传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用和分别代替上述第一泵浦光传 输功率关系式和第二泵浦光传输功率关系式右侧的相应P₀(z)和P_i(z)变量。变换 后的公式如下：

在本发明实施例中，所述信号传输功率关系式具体包括：

式中，α_n为第n个信号波长的衰减系数，为第j个泵浦与第n个信号之间的增益系数，P_n为第n个信号的功率， P_j(z)为波长比第n个信号波长小的第j个信号功率或者泵浦功率；

则所述作为加权值，给予信号传输功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述信号传输功率关系式右侧的相应P_n(z) 变量。变换后的公式如下：

在本发明实施例中，所述带外ASE功率关系式具体包括：

式 中，P_ASE(z)为频率v的带外ASE功率随距离z的变化，α_ASE为某一频率处的带 外ASE的衰减系数，为第i个泵浦到频率v带外ASE的增益系数，h为普 朗克常数，v为带外ASE的频率，K为玻尔兹曼常数，T为环境温度，Δv为泵浦 光频率到带外ASE频移,P_i(z)为第i个泵浦的功率值；

则所述作为加权值，给予带外ASE功率关系式中功率变量做加权 处理，具体为用代替上述带外ASE功率关系式右侧的相应 P_ASE(z)变量。变换后的公式如下：

在本发明实施例，可通过步骤401-404求解得到不同位置所设置的接头， 其转换为等效0km接头损耗的结果；然而，通过实施例1的相关描述，以及上 述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式表现上可 以发现，各关系式中同时涉及光纤长度和光纤衰减系数的影响，因此，为了能 够提高本发明实施例计算结果的准确性，优选的，将所述泵浦传输功率关系式、 信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式中的光纤衰减系数被设定为定标值 (例如：α₀设定为0.25dB/km，α_i设定为0.25dB/km，α_n设定为0.2dB/km，α_ase设定 为0.2dB/km)；相应的光纤长度被设定为大于100km。

则在本发明实施例中，所述求解得到等效0km接头损耗，具体包括：在上 述公式(I)、(II)、(III)、(IV)中，公式(I)、(II)是以各泵浦激光在传输 线路上功率变化为求解主体，体现各泵浦激光器光功率在传输线路上受其它泵 浦激光和信号光功率影响的关系式；而公式(III)是针对信号光在传输线路上 功率变化为求解主体，体现信号光功率在传输线路上受到其它泵浦激光和信号 光影响的关系式；最后的公式(IV)是以带外ASE功率为求解主体，体现带外 ASE受到各泵浦激光器光功率影响的结果，与其直接关联的是公式(I)、(II)， 但是，公式(III)又影响着公式(I)、(II)中的信号光功率参数因子，因此， 在本发明实施例中便是基于上述公式(I)、(II)、(III)、(IV)之间的相互关 联关系，求解得到带外ASE功率。由此，便能够将带外ASE功率带入上述带外 ASE功率与等效0km接头损耗的关系式具体为：pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b) /(k+1)，其中，k为线性关系的斜率，b为直线的截距。在仅存在一个变量 pointloss情况下，求解得到等效0km接头损耗。

在本发明实施例中，对于上述给予的获取泵浦传输功率关系式、信号传输 功率关系式和带外ASE功率关系式求解得到0km等效接头损耗的有效手段之一 (即如何根据上述公式(I)、(II)、(III)、(IV)求解得到带外ASE功率)是 采用Matlab来完成，具体的，将泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和 带外ASE功率关系式整理成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式；

根据泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式， 确立各频率光的初始功率和/或终止功率。即确立各边界值，对于后向泵浦，泵 浦功率的初始值为光纤末端(Z＝L)的值，即每个泵浦激光器的设置功率值，信 号光及ASE的初始值，为光纤初始端(Z＝0)的值。计算过程中，衰减系数、光 功率都为线性mW值；利用Matlab中四阶龙格-库塔算法或边界值解微分方程的 方法计算微分方程的数值解。在具体计算过程中，通常会根据具体环境下所设 置的拉曼泵浦激光器和信号光的多少，设定上述各公式中的泵浦光功率变量和 信号光功率变量的数量，并且，在利用Matlab计算的时候，需要带入一组与变量相同数量的初始值作为四阶龙格-库塔算法的输入参数值，从而进一步依托于 上述各公式的常微分方程数值解法，即拟定的初始信号光功率和初始拉曼泵浦 激光器功率。

实施例4：

本发明实施例提供了一种拉曼光纤放大器中光纤衰减系数等效0km接头损 耗获取方法。本发明实施例所提出的获取方法可以有第三方计算机来运行，并 将获取的数据结果导入到本发明各实施例中所涉及的控制单元3中，也可以是 直接有所述控制单元3来完成本发明实施例所述获取方法的执行，在此不做特 殊限定。如图19所示，方法包括：

在步骤501中，获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE 功率关系式。

在步骤502中，分别以作为加权值，给予泵浦传输功率关系式、 信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式中各功率变量做加权处理；

在步骤503中，将所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外 ASE功率关系式中的光纤衰减系数按照预设的步长进行m次调整(例如：相对于 定标光纤损耗α_v增加或减小0.01dB/km、0.02dB/km、0.03dB/km，一共进行 m次，所述m为自然数)，针对每一次调整光纤衰减系数后的泵浦传输功率关系 式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式，求解得到带外ASE功率值； 并将所述带外ASE功率值，带入带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式， 得到等效0km接头损耗；进一步计算完成其它m-1次调整后的等效0km接头损 耗，从而得到m组光纤衰减系数与光纤衰减系数等效0km接头损耗的数据。

所述带外ASE功率与等效0km接头损耗的关系式具体为：pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)，其中，k为线性关系的斜率，b为直线的截距。 对于该公式的复用描述，类似实施例3所述，不同点在于此时与pointloss对 等的是光纤衰减系数引起的等效0km接头损耗。

本发明实施例提供了一种用于计算不同光纤衰减系数情况下，得到其等效 0km接头损耗的实现方法，通过本发明实施例所提出的所述方法，能够在设定足 够多的接头损耗位置，并相应计算得到各设置光纤损耗系数情况下的等效0km 接头损耗后，便可以拟出如图12所示的曲线图。通过本发明实施例所述的计算 方法，可以计算并建立得到本发明各实施例中所涉及的相对于定标光纤损耗系 数而变化的光纤在0km位置处的等效接头损耗表。

在本发明实施例中所涉及的所述获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率 关系式和带外ASE功率关系式可以参考实施例4中相关描述，在此不再赘述。

在本发明实施例，可通过步骤501-503求解得到不同光纤衰减系数，转换 为等效0km接头损耗的结果；然而，通过实施例1的相关描述，以及上述泵浦 传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式表现上可以发现， 各关系式中同时涉及光纤长度和接头距泵浦源的距离产生的接头损耗的影响， 因此，为了能够提高本发明实施例计算结果的准确性，优选的，将将所述泵浦 传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式中的光纤接头损 耗设定为0；相应的光纤长度被设定为大于100km。

其中，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关 系式中的光纤接头损耗设定为0，具体表现为上述公式(I)、(II)、(III)、(IV) 在pointloss为0时候，再次变换为：

然后，可以参照实施例3中类似Matlab软件求解的方法通过公式(I’)、 (II’)、(III’)和(IV’)求解得到各光纤衰减系数所对应的带外ASE的功 率值，并将其带入pointloss＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)，求解得到等效 0km的接头损耗值。

在本发明实施例实现过程中，之所以通过上述步骤502的添加的 加权值，是为了从原理层面阐述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和 带外ASE功率关系式在计算等效0km的接头损耗值时的表现形式；而通过上述 的变换后的公式(I’)、(II’)、(III’)和(IV’)可知，在严格剥离开接 头距泵浦源的距离产生的接头损耗影响因素后，实际上相当于上述的 加权值不起作用，因此，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方式，即 省略步骤502中的加权操作，即通过步骤501和步骤503实现本发明实施例所 述方法，此时，也可以不必执行上述优选方案中的将所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式中的光纤接头损耗设定为0的操作。

实施例5：

本发明实施例提供了一种拉曼光纤放大器中光纤长度对最大增益影响因子 获取方法，可用于支撑本发明其它相关实施例中涉及光纤长度与增益影响因子 关系的获取。如图20所示，方法包括以下执行步骤：

在步骤601中，获取泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE 功率关系式，以及待求解影响因子对应关系的多个光纤长度；逐一选取光纤长 度，并配置到各关系式中，进行如下的影响因子求解过程：

在步骤602中，将上述各关系式中的泵浦初始值都设置为0，信号光的初始 功率设置为P1，通过上述各关系式求得光纤末端的信号功率P_{(L-pump off)}。

通过上述各关系式直接解出的功率为线性单位mW，经过mW与dBm转化得到 信号功率P_{(L-pump off)}，以便进行后续求解影响因子的公式计算。

在给泵浦初始值、信号初始值及ASE初始值情况下，其中，前向ASE的初 始功率为0。

在步骤603中，将泵浦功率初始值设置为预设值P2，通过上述各关系式求 得光纤末端的信号功率P_{(L-pump on)},以及带外ASE功率P_ASE。

通过上述各关系式直接解出的功率为线性单位mW，经过mW与dBm转化得到 光纤末端的信号功率P_{(L-pump on)}和带外ASE功率P_ASE，以便进行后续求解影响因子 的公式计算。

在步骤604中，在放大器的固有插入损耗为IL时，光纤长度所带来的影响 因子A₄为(P_{(L-pump on)}-P_{(L-pump off)}-IL)/P_{max_calibration}；其中，P_{max_calibration}为拉曼光纤放 大器的定标的最大增益，并且P_{(L-pump on)}、P_{(L-pump off)}和P_{max_calibration}的单位为dBm。

本发明实施例提供了一种用于计算不同光纤长度情况下，得到其最大增益 影响因子的实现方法，通过本发明实施例所提出的所述方法，能够在设定足够 多的光纤长度，并相应计算得到各影响因子，便可以拟出如图7所示的曲线图。 通过本发明实施例所述的计算方法，可以计算并建立得到本发明各实施例中所 涉及的相对于光纤长度得到的各影响因子的对应关系。

在本发明实施例实现过程中，为了避免光纤衰减系数(即光纤衰减系数等 效0km接头损耗)对本发明实施例所关注对象---光纤长度与影响因子关系，所 造成的影响。优选的，所述泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外 ASE功率关系式中的光纤衰减系数被设定为定标值。例如：α₀设定为0.25dB/km， α_i设定为0.25dB/km，α_n设定为0.2dB/km，α_ase设定为0.2dB/km。需要强调的是， 在本发明实施例中未对各关系式增加的加权值，因此，不存在接头距 泵浦源的距离所产生的等效0km接头损耗对计算过程的影响。

在本发明实施例中，还提供了一种利用所述泵浦传输功率关系式、信号传 输功率关系式和带外ASE功率关系式求解信号功率和带外ASE功率的有效手段。 具体的：

将泵浦传输功率关系式、信号传输功率关系式和带外ASE功率关系式整理 成Matlab中常微分方程数值解法所支持的格式；

利用Matlab中四阶龙格-库塔算法或边界值解微分方程的方法计算微分方 程的数值解。

进一步的，在本发明实施例中还提供了上述涉及到的泵浦传输功率关系式、 信号传输功率关系式和带外ASE功率关系。

例如，泵浦传输功率关系式具体包括：

第一泵浦光传输功率关系式：式中，α₀为泵浦P₀对应波长的传输损耗，为泵浦P₀到泵浦或信号P_k的拉曼增益系数。

第二泵浦光传输功率关系式：

式中，α_i为泵浦P_i对应波长的传输损耗，为泵浦P_i与泵浦P_j间的增益系数，为泵浦P_i与泵浦或信号P_k间的增益系数。

例如，所述信号传输功率关系式具体包括：

式中，α_n为第n个信号波长的衰减系数，为第j个泵浦与第n个信号之间的增益系数，P_n为第n个信号的功率， P_j(z)为波长比第n个信号波长小的第j个信号功率或者泵浦功率。

例如，所述带外ASE功率关系式具体包括：

式 中，P_ASE(z)为频率v的带外ASE功率随距离z的变化，α_ASE为某一频率处的带 外ASE的衰减系数，为第i个泵浦到频率v带外ASE的增益系数，h为普 朗克常数，v为带外ASE的频率，K为玻尔兹曼常数，T为环境温度，Δv为泵浦 光频率到带外ASE频移,P_i(z)为第i个泵浦的功率值。

在本发明实施例中，还针对步骤604中所涉及的所述定标的最大增益G_{max_calibration}，提供了相应的获取方法，具体包括：

预先通过搜集各增益斜率下的拉曼光纤放大器的最大增益值，并建立增益 斜率与最大增益关系式；

并通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增 益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}。

其中，所述建立增益斜率与最大增益关系式，包括：

当Tilt<Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₁*Tilt+b₀₁；

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₂*Tilt+b₀₂；

则所述通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最 大增益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}，具体包括：

根据设置的Tilt值，带入上述两公式中与所述设置的Tilt值匹配的一公 式，得到所述定标的最大增益G_{max_calibration}。

实施例6：

本发明实施例将结合图1或者图2中相关的模块单元，阐述本发明实施例1 和实施例2所提出的方法，在具体应用场景中如何来实现。本发明的主要工作 原理是：在上电初始化过程中，控制单元3通过控制不同的调制信号4驱动OTDR 的光源(即泵浦激光器组1中的某一泵浦激光器或者额外增加的OTDR光源14) 进行工作，OTDR探测光纤不同位置处的接头损耗、光纤长度及光纤损耗系数， 然后将这些探测到的参数信息存入控制单元3中，然后进入拉曼泵浦模块的正 常开泵模式，控制单元3首先将泵浦激光器组1、2的泵浦输出功率控制到一个 比较低的水平(例如满足CLASS 1M要求)，通过带外ASE功率探测，得到一个 总的接头损耗值Att_Toal，这个总的接头损耗值Att_Toal再与OTDR探测的另外两个 等效的接头损耗值(Att_point和Att_coefficient)进行计算，再结合传输光纤的长度就 可以计算出当前环境下该拉曼光纤放大器能够达到的最大增益，最后根据最大 增益与设置增益进行比较，实现对该放大器最终的目标增益及增益斜率的控制。 在本发明实施例中，上述各实施例中描述的0km表示带外ASE检测装置和拉曼 泵浦激光器设置在同一位置，两者之间的相差距离近似为0km。

具体来说，如图21所示，本发明是通过以下步骤来实现的：

步骤1：拉曼泵浦模块上电，拉曼泵浦模块上电初始化过程中将泵浦激光器 组1中或泵浦激光器组2中的某一个泵浦激光器作为OTDR光源，或驱动另外增 加的激光器14进行工作，控制单元3产生的调制信号4有不同的脉冲宽度，控 制单元3、调制信号4、光环形器5及光探测器6组成OTDR。检查信号功率是否 大于LOS门限，当大于LOS门限时，记录未开拉曼泵浦激光器情况下稳定信号 功率大小P_INU。OTDR开启检查光纤线路的传输性能，利用该OTDR首先对传输光 纤的光纤传输损耗、接头损耗及传输光纤长度三个参数进行测试，测试完成后 将数据存储到控制单元3中。控制单元3将不同位置光纤处的接头损耗 pointloss等效为0km处的接头损耗pointloss，记为Att_point；具体等效方法是 在控制单元3中内置不同接头损耗随光纤位置变化的在0km位置处的等效接头 损耗表，然后通过查表与插值的方法可以得到不同接头损耗在不同位置处等效 为0km的等效接头损耗值，如图11所示；判断光纤损耗系数是将光纤的损耗系 数也等效为0km处的接头损耗pointloss，记为Att_coefficient，具体方法也是在控 制单元3中内置相对于定标光纤损耗系数而变化的光纤在0km位置处的等效接 头损耗表，然后通过查表与插值或拟合公式的方法可以得到光纤损耗变化等效 为0km的等效接头损耗值，如图12所示。用OTDR判断出光纤长度后，将光纤 长度的信息反馈给控制单元，控制单元3确定目标ASE的修正量ΔASE，其中， 当光纤长度≥100km时，ΔASE＝0，当光纤长度小于100km时，ΔASE可以通过 查表或插值或函数拟合。

步骤2：关断步骤1中作为OTDR测试的泵浦激光器，并记录未开拉曼泵浦 激光器浦激光器情况下的稳定的未被放大的信号功率P_INU，将泵浦激光器开到一 种小功率水平状态使探测器11能够检测到带外ASE光功率，且防止泵浦功率过 大损坏光纤端面，同时利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss 获取，所述总的接头损耗pointloss记为Att_Toal；上述的泵浦小功率状态是指所 使用的泵浦功率不大，例如：数十mW，或是100mW左右，而选择泵浦小功率的 原因，主要出于安全方面的考虑，即泵浦功率太大时容易烧毁光纤端面，或产 生其他危险的情况。泵浦在开启过程中首先将泵浦设置为小功率状态，在此泵 浦功率情况下，会产生带外ASE功率，记为P_ASE-real，单位为dBm，用于计算接头 损耗的泵浦小功率记为P_pump，单位为dBm，总的接头损耗记为Att_Toal，则：

Att_Toal＝(P_ASE-real-b-k*P_pump)/(k+1)，其中，P_pump为泵浦激光器的功率，k为线 性关系的斜率，b为直线的截距。

步骤3：控制单元3计算出模场直径或有效面积因素引起的接头损耗 pointloss，记为Att_Aeff；且

Att_Aeff＝Att_Toal-Att_point-Att_coefficient (1)

步骤4：结合不同位置处接头损耗的0km处的等效接头损耗值Att_point、光纤 损耗系统等效的0km处的等效接头损耗值Att_coefficient、光纤模场直径等效的0km 处的等效接头损耗值Att_Aeff及传输光纤长度，确定拉曼泵浦模块能够达到的实际 最大增益。即根据不同应用环境的实际条件确定拉曼光纤放大器所能达到的最 大增益值G_{max_factual}。

具体来说，不同类型的接头损耗，如光纤不同位置处节点引入的等效接头 损耗Att_point、光纤损耗系数引入的等效接头损耗Att_coefficient、及光纤有效面积引 入的等效接头损耗Att_aeff对最大增益的影响系数不同，通过在控制单元3中内置 光纤不同位置处等效的接头损耗Att_point、光纤损耗系数引入的等效接头损耗 Att_coefficient、光纤有效面积引入的等效接头损耗Att_Aeff与最大增益降低的比例数 值表或函数关系，在控制过程中通过查表或插值或函数拟合的方式实现对实际 能达到的最大增益进行计算。其中，光纤接头损耗等效的0km处的等效接头损 耗Att_point和光纤损耗系数等效的0km处的等效接头损耗Att_coefficientt，有可能大于 0，也有可能小于0或等于0，而模场直径等效的0km处的等效接头损耗Att_Aeff只有负值，因此实际能达到的最大拉曼增益与定标的最大拉曼增益的比值在不同等效接头损耗时的影响如图6、图8所示。光纤长度对实际能达到的最大拉曼 增益也有影响，当光纤长度超过100km后，最大拉曼增益受的影响将非常小， 在不同光纤长度下的最大增益与100km时的最大拉曼增益的比值如图7所示。

图6、图7、图8中示出了不同类型接头损耗对最大增益的影响，即不同类 型接头损耗与最大增益的关系可以用图的形式表现出来，由于这个图中反映出 了数据对应关系，因此这些一一对应的数据也可以建立查找表格，在控制过程 中如果需要的某个数不在此表格内，则可以通过插值的数学算法，算出对应的 数据来；在实际控制过程中，还可以将此图线进行函数拟合，获得以解析式描 述的对应关系。

在计算实际能达到的实际最大增益G_{max_factual}之前，通常还需要根据增益斜率Tilt与定标的最大增益的比例关系，确定当前光纤传输线路的定标的最大增益G_{max_calibration}；并基于所述定标的最大增G_{max_calibration}，以及接头距泵浦源的距离、 光纤损耗系数、光纤模场直径和光纤长度对定标的最大增益G_{max_calibration}的影响， 确定拉曼光纤放大器实际能达到的实际最大增益G_{max_factual}。

在没有不同类型接头损耗(包括光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离和光 纤模场直径)及光纤长度影响情况下，拉曼光纤放大器在不同增益斜率情况下 的最大增益如图15所示，最大增益的转折点对应两组不同泵浦激光器同时达到 最大功率，因此该转折点所对应的增益斜率与具体的拉曼光纤放大器相关，需 要定标确定。

因此G_max__calibration在转折点前后，对应了两组不同的直线，当Tilt<Tilt_转折点 时，

G_max＝k₀₁*Tilt+b₀₁； (2)

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_max＝k₀₂*Tilt+b₀₂； (3)

式中，Tilt表示增益斜率；k₀₁、k₀₂分别表示待定标的斜率，b₀₁、b₀₂分别表 示待定标的截距。

考虑到不同类型等效的接头损耗及光纤长度对最大增益的影响，假设接头 损耗Att_point、光纤损耗系数等效的接头损耗Att_coefficient、光纤有效面积等效的接 头损耗Att_Aeff及光纤长度x对最大增益值的影响因子分别是A₁、A₂、A₃、A₄，则 对最大增益的整体影响为：

A＝A₁*A₂*A₃*A₄ (4)

则实际能达到的最大增益为：

G_{max_factual}＝G_{max_calibration}*A (5)

其中G_{max_calibration}为拉曼光纤放大器的定标的最大值，G_{max_factual}为在实际应用 环境中受各种损耗和衰减影响下实际能够达到的最大增益值。

步骤5：若设置增益G_setting大于实际能达到最大增益G_{max_factual}，则将(实际能 够达到的)最大增益G_{max_factual}代入公式(6)和公式(7)，执行实际能达到的实 际最大增益G_{max_factual}。其中，具体是将G_{max_factual}作为公式(6)和公式(7)中参 数G的具体值进行计算。否则进入步骤9。

具体来说，带外ASE与增益及增益斜率的线性关系：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G+k₂*Tilt+b₁+Att_point (6)

其中，ASE_out-of-band是带外ASE的光功率，即P_{out-of-band ASE}，k₁是带外ASE光功率 (单位dBm)与放大器增益G(单位dB)线性关系的斜率因子，k₂是带外ASE光 功率(单位dBm)与增益斜率Tilt(单位dB)线性关系的斜率因子，b₁为截距； 所述k₁，k₂和b₁均是通过定标获得，ΔASE为修正项。

拉曼泵浦激光器组的输出功率比例关系：

p₁/p₂＝k₃*G+k₄*Tilt+b₂ (7)

p₁是拉曼泵浦激光器组1的输出功率，p₂是拉曼泵浦激光器组2的输出功率， k₃是与放大器增益G(单位dB)呈线性关系的斜率因子，k₄是与增益斜率Tilt (单位dB)呈线性关系的斜率因子，b₂为截距，k₃，k₄及b₂均是通过定标获得。

上述公式(6)、(7)中的G为目标增益，即实际能够达到的设置增益G_setting。

步骤6：利用带外ASE_out-of-band与带内ASE_in-band及增益斜率的线性关系，计算 获得信号功率P_signal。具体通过下面公式(8)计算得到带内ASE_in-band功率。

ASE_in-band＝k₅*ASE_out-of-band+k₆*Tilt+(k₅-1)*Att_point+b (8)

式中，ASE_in-band为工作带宽内的ASE光功率，单位为dBm，ASE_out-of-band为工作 带宽外的ASE光功率，单位为dBm，k₅为带外与带内线性关系的比例系数，k₆为 不同增益斜率情况下，对原带内外关系的影响因子，b为截距。

步骤7：由PD探测器12探测到的总功率P_total，PD探测器12探测到的总功 率P_total包括两部分，一部分是信号功率P_signal，另一部分是带内ASE_in-band功率， 单位mW，通过将总功率P_total扣除计算得到的ASE_in-band，得到信号功率P_signal，单 位dBm。具体计算公式如下所示：

P_signal＝10*log₁₀(P_total–10^(ASE_in-band/10)) (9)

将获得的信号功率P_signal减去打开拉曼泵谱激光器前的稳定的信号功率P_INU， 单位为dBm，获得拉曼光纤放大器当前实际增益G_factual。

G_factual＝P_signal-P_INU (10)

控制单元3调整拉曼泵浦模块的控制参数使其增益至G_factual，完成拉曼光纤 放大器的增益控制。

将通过公式(6)、(7)得到的增益G值记为G_operation，控制单元3计算增益 误差

ΔG＝G_operation-G_factual (11)

如果ΔG超出增益精度控制要求，则将ΔG+G_factual作为新的增益G控制量代 入步骤5中的公式(6)、公式(7)中进行迭代，实现反馈控制，从而达到控制 精度要求。

步骤8：若设置增益G_setting小于(实际能够达到的)最大增益G_{max_factual}，则将 设置增益G_setting代入公式(6)和公式(7)，得到以下两个公式：

ASE_out-of-band+ΔASE＝k₁*G_setting+k₂*Tilt+b₁+Att_point

p₁/p₂＝k₃*G_setting+k₄*Tilt+b₂

步骤9：利用带外ASE_out-of-band与带内ASE_in-band及增益斜率的线性关系，计算 获得信号功率P_signal。具体通过下面公式(8)计算得到带内ASE_in-band功率。

步骤10：由PD探测器12探测到的总功率P_total，PD探测器12探测到的总 功率P_total包括两部分，一部分是信号功率P_signal，另一部分是带内ASE_in-band功率， 单位mW，通过将总功率P_total扣除计算得到的ASE_in-band，得到信号功率P_signal(具 体计算公式如公式(9)所示)，单位为dBm，并计算获得拉曼光纤放大器当前实 际增益G_factual(具体计算公式如公式(10)所示)。

控制单元3调整拉曼泵浦模块的控制参数使其增益至G_factual，完成拉曼光纤 放大器的增益控制。

将通过公式(6)、(7)得到的增益G值记为G_operation，控制单元3计算增益 误差

ΔG＝G_operation-G_factual (11)

如果ΔG超出增益精度控制要求，则将ΔG+G_factual作为新的增益G控制量代 入步骤5中的公式(6)、公式(7)中进行迭代，实现反馈控制，从而达到控制 精度要求。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过 程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本 发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介 质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取 存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

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)

1.一种拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，预先配置有一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系；光纤的损耗系数引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系；光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系；光纤长度与最大拉曼增益对应关系；其中，i为接头距泵浦源的距离，j为光纤的损耗系数值，k为光纤的模场直径，方法包括：

获取当前光纤传输线路的传输性能参数；其中，所述传输性能参数包括接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤长度；

根据传输性能参数所包含的所述接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数、光纤长度，分别查找接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₁；查找接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₂；查找传输线路的光纤长度与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₄；

根据接头距泵浦源的距离、光纤损耗系数，计算得到当前光纤传输线路中光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff，并根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₃；

根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器能够达到的实际最大增益G_{max_factual}。

2.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，所述根据光纤损耗系数、接头距泵浦源的距离，计算得到当前光纤传输线路中光纤模场直径引起的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_Aeff，并根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₃，具体包括：

根据所述接头距泵浦源的距离，获取接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point；根据所述光纤的损耗系数，获取接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_coefficient；

利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss获取，所述总的接头损耗pointloss记为Att_Toal；

由Att_Aeff＝Att_Toal-Att_point-Att_coefficient计算出当前光纤传输线路中模场直径引起的等效为0km处的接头损耗Att_Aeff；

根据所述接头损耗值Att_Aeff查找接头损耗值Att_Aeff[k]与最大拉曼增益对应关系得到最大增益值影响因子A₃。

3.根据权利要求2所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，利用带外ASE进行传输线路的总的接头损耗pointloss获取，具体包括：

获取带外ASE功率值ASE_out-of-band，带入公式Att_total＝(ASE_out-of-band-k*P_pump-b)/(k+1)计算得到总的接头损耗pointloss；其中，ASE_out-of-band为检测到的带外ASE功率，P_pump为用于计算接头损耗的泵浦功率，Att_Toal为总的接头损耗，k为线性关系的斜率，b为直线的截距。

4.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，接头损耗值Att_point[i]与最大拉曼增益对应关系，接头损耗值Att_{coefficient[j]}与最大拉曼增益对应关系，接头损耗值Att_Aeff[l]与最大拉曼增益对应关系，具体包括：

根据每一个损耗值Att_point[i]，计算得到一实际最大增益值，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值Att_point[i]与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_{coefficient[j]}，计算得到一实际最大增益值，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值Att_{coefficient[j]}与相应影响因子对应关系；

根据每一个损耗值Att_Aeff[l]，计算得到一实际最大增益值，并将所述实际最大增益值与定标的最大增益值相除得到对应的影响因子；建立每一损耗值Att_Aeff[l]与相应影响因子对应关系。

5.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，所述根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，确定所述拉曼光纤放大器能够实际最大增益值G_{max_factual}，具体包括：

根据所述影响因子A₁、A₂、A₃和A₄，利用公式A＝A₁*A₂*A₃*A₄计算得到等效影响因子A；

根据公式G_{max_factual}＝G_{max_calibration}*A计算得到实际最大增益值G_{max_factual}；其中，G_{max_calibration}为拉曼光纤放大器的定标的最大增益。

6.根据权利要求5所述的拉曼光纤放大器的自动增益控制方法，其特征在于，在所述拉曼光纤放大器具体为分布式拉曼光纤放大器时，所述定标的最大增益G_{max_calibration}的获取具体包括：

预先通过搜集各增益斜率下的拉曼光纤放大器的最大增益值，并建立增益斜率与最大增益关系式；

并通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}。

7.根据权利要求6所述的拉曼光纤放大器的自动增益控制方法，其特征在于，所述建立增益斜率与最大增益关系式，包括：

当Tilt<Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₁*Tilt+b₀₁；

当Tilt≥Tilt_转折点时，

G_{max_calibration}＝k₀₂*Tilt+b₀₂；

则所述通过当前光纤传输线路中的增益斜率，查找上述建立增益斜率与最大增益关系式，获取定标的最大增益G_{max_calibration}，具体包括：

根据设置的Tilt值，带入上述两公式中与所述设置的Tilt值匹配的一公式，得到所述定标的最大增益G_{max_calibration}。

8.根据权利要求1-7任一所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_point[i]，具体包括：

所述Att_point获得方法是在控制单元中内置不同接头损耗随光纤位置变化的在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值的方法可以得到不同接头损耗在不同位置处等效为0km的等效接头损耗值。

9.根据权利要求1-7任一所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法，其特征在于，所述一种或者多种光纤在不同位置光纤处的接头损耗等效为0km处的接头损耗值Att_{coefficient[j]}，具体包括：

所述Att_coefficient获得方法是在控制单元中内置相对于定标光纤损耗系数而变化的光纤在0km位置处的等效接头损耗表，然后通过查表与插值或拟合公式的方法可以得到光纤损耗变化等效为0km的等效接头损耗值。

10.一种拉曼光纤放大器的最大增益获取装置，其特征在于，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被程序设置为执行权利要求1-9任一所述的拉曼光纤放大器的最大增益获取方法。