CN109449733A - 一种光纤放大器的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种光纤放大器的控制系统，包括光信号输入端，光信号输出端和光纤放大器，还包括长度为L的单模光纤，设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，其中，L为大于零的常数；输入检测模块，其输入端设于光信号输入端和单模光纤之间；输出检测模块，其输入端设于光纤放大器的输出端和光信号输出端之间；控制模块，分别与输入检测模块的输出端、输出检测模块的输出端和光纤放大器的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器工作。通过将长度为L的单模光纤设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，延长光信号传输至光纤放大器输入端的时间，优化光纤放大器的瞬态响应控制，保持相关参数稳定。

Description

一种光纤放大器的控制系统
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种光纤放大器的控制系统。
背景技术
光纤通信系统中，光纤放大器尤其是掺铒光纤放大器已成为系统的核心器件之一，在光信号的中继再生、放大等方面起着不可替代的作用。同时，密集波分复用技术(DWDM)的成熟使用，在一根光纤中传输多个波长的光作为不同的信道，相互之间互不干扰，极大的扩展和丰富了光纤的通信效率和信息容量。
DWDM通信系统中，一根光纤中传输的波长数量是根据需要可变的，即可增加或减少波长通道。增加或减少波长通道的过程中，输入光功率产生瞬时的变化，光纤放大器没有迅速做出相应的反应，瞬态响应差，会导致光纤放大器的输出光功率产生一个持续时间短但峰值能量高的光能量峰，即过冲。过冲在后续多级光纤放大器中被一级一级地放大，会对光纤通信系统造成极大的威胁，容易造成信道的误码率提升，降低通信质量，甚至破坏链路上的光器件、设备，造成通信系统瘫痪、线路中断和财产损失。
在现有的光纤放大器的瞬态响应设计中，单纯利用电路设计，提高输入、输出光功率的采集速率，并尽量减小反馈电路上的响应时间，快速的进行泵浦电流的调整，达到抑制瞬态效应的目的。但是，这种设计结构复杂，也会导致检测精度不足，光功率检测值不稳，影响增益稳定、输出功率稳定等正常工作性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光纤放大器的控制系统，克服现有的光纤通信系统中光纤放大器的瞬态响应设计结构复杂，且导致检测精度不足，光功率检测值不稳，影响增益稳定，输出功率稳定等正常工作性能的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤放大器的控制系统，包括用于输入光信号的光信号输入端，用于输出光信号的光信号输出端和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器，还包括：
长度为L的单模光纤，设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块，输入检测模块的输入端设于光信号输入端和单模光纤之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块，输出检测模块的输入端设于光纤放大器的输出端和光信号输出端之间，用于检测光信号的输出光功率；
控制模块，分别与输入检测模块的输出端、输出检测模块的输出端和光纤放大器的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器工作。
本发明的更进一步优选方案是：所述控制系统还包括设于输入检测模块和控制模块之间的前馈电路模块。
本发明的更进一步优选方案是：所述前馈电路模块至少包括与输入检测模块的输出端连接的前馈AD转换单元，以及分别与前馈AD转换单元和控制模块连接的前馈逻辑运算单元。
本发明的更进一步优选方案是：所述控制系统还包括设于输出检测模块和控制模块之间的反馈电路模块。
本发明的更进一步优选方案是：所述反馈电路模块至少包括与输出检测模块的输出端连接的反馈AD转换单元，以及分别与反馈数模转换单元和控制模块连接的反馈逻辑运算单元。
本发明的更进一步优选方案是：所述控制模块包括分别与前馈电路模块和反馈电路模块连接的控制器单元，与光纤放大器的控制端连接的泵浦源，以及分别与控制器单元和泵浦源连接的驱动单元，所述控制器单元控制驱动单元输出驱动电流控制泵浦源工作。
本发明的更进一步优选方案是：所述单模光纤的长度L为200-400m。
本发明的更进一步优选方案是：所述单模光纤为满足ITU-T规定的G.652系列标准和G.657系列标准的光纤。
本发明的更进一步优选方案是：所述输入检测模块至少包括与光信号输入端连接且用于将光信号转换为电流信号的光电探测器，以及设于光电探测器和控制模块之间的运算放大器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤放大器的控制系统，包括用于输入光信号的光信号输入端，用于输出光信号的光信号输出端和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器，还包括：
长度为L的单模光纤，设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块，输入检测模块的输入端设于光信号输入端和单模光纤之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块，输出检测模块的输入端设于光纤放大器的输出端和光信号输出端之间，用于检测光信号的输出光功率；
反馈电路模块，设于控制模块和输出检测模块之间，接收输出检测模块检测的输出光功率信号；
控制模块，分别与输入检测模块的输出端、反馈电路模块和光纤放大器的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器工作。
本发明的有益效果在于，通过设置长度为L的光纤，并将其设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，适当增加光信号由光信号输入端到光纤放大器的输入端的时间，在输入检测模块检测到输入光功率发生变化后，控制模块有更多时间调整控制光纤放大器工作，达到抑制瞬态效应的效果，优化光纤放大器的瞬态响应控制，且结构简单，同时保持检测精度，光功率检测值稳定，增益稳定以及输出功率稳定。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的光纤放大器的控制系统的结构框图；
图2是本发明的光纤放大器的控制系统(包括前馈电路模块和反馈电路模块)的结构框图；
图3是本发明的光纤放大器的控制系统的具体结构框图；
图4是本发明的光纤放大器的控制系统(仅包括反馈电路模块)的结构框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1至图3所示，本发明提供一种光纤放大器的控制系统的优选实施例。
所述光纤放大器的控制系统包括用于输入光信号的光信号输入端10，用于输出光信号的光信号输出端20和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器30，还包括：
长度为L的单模光纤40，设于光信号输入端10和光纤放大器30的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块50，输入检测模块50的输入端设于光信号输入端10和单模光纤40之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块60，输出检测模块60的输入端设于光纤放大器30的输出端和光信号输出端20之间，用于检测光信号的输出光功率；
控制模块70，分别与输入检测模块50的输出端、输出检测模块60的输出端和光纤放大器30的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器30工作。
通过设置长度为L的单模光纤40，并将其设于光信号输入端10和光纤放大器30的输入端之间，适当增加光信号由光信号输入端10到光纤放大器30的输入端的时间，在输入检测模块50检测到输入光功率发生变化后，控制模块70有更多时间调整控制光纤放大器30工作，达到抑制瞬态效应的效果，优化光纤放大器30的瞬态响应控制，且结构简单，同时保持检测精度，光功率检测值稳定，增益稳定以及输出功率稳定。
具体地，所述光信号输入端10和光信号输出端20均为光纤跳线，当然，在其他实施例中，光信号输入端10和光信号输出端20也可以是其他光纤连接器件。
以及，设于光信号输入端10和光纤放大器30的输入端之间的单模光纤40长度为L，起到延长了光信号由光信号输入端10到光纤放大器30的输入端的时间，所延长的时间T＝L/cfiber，其中cfiber为光信号在单模光纤40中的光速。当输入检测模块50检测到光信号的输入光功率发生变化后，光信号需要时间T传输到光纤放大器30获得增益。在时间T中，控制模块70可根据接收到的输入如光功率信号进行处理后调整控制光纤放大器30的工作，避免光纤放大器30的输出光功率产生一个持续时间短但峰值能量高的光能量峰，达到抑制瞬态效应的效果，且不影响输入检测模块50和输出检测模块60的检测精度、光纤放大器30的增益和输出光功率。
其中，单模光纤40的长度L根据光信号的输入光功率、输出光功率的检测和调整控制光纤放大器30的时间的不同而不同。光信号的输入光功率、输出光功率的检测和调整控制光纤放大器30的时间越长，则需要更长的时间T才能达到效果，则需要与时间T对应的长度的单模光纤40。优选地，单模光纤40的长度L的范围为200-400m。
进一步地，所述单模光纤40为满足ITU-T规定的G.652系列标准和G.657系列标准的光纤。
本实施例中，所述输入检测模块50至少包括与光信号输入端10连接且用于将光信号转换为电流信号的光电探测器51，以及分别与光电探测器51和控制模块70连接的运算放大器52。光电探测器51将从输入的光信号中分出来的一部分光信号转变为电流信号，转变后电流信号I＝RS×α×P，其中RS为光电探测器51的响应度，α为分光的比例，P为输入光功率。运算放大器52将电流信号I转变为电压信号V＝β×I，输入到控制模块70中，这样就完成了电平信号与输入光功率信号线性关系，实现对输入光功率的检测。
其中，所述输出检测模块60的工作原理与输入检测模块50的工作原理相同，在此不做赘述。
进一步地，所述控制系统还包括设于输入检测模块50和控制模块70之间的前馈电路模块80。前馈电路模块80根据输入光功率以及光纤放大器30的增益等相关参数的变化，对驱动电流进行调整，并将调整后的驱动电流对应的信号传输至控制模块70，由控制模块70调整控制光纤放大器30的工作，迅速调整光纤放大器30的增益，达到抑制瞬态效应的目的。
本实施例中，所述前馈电路模块80至少包括与输入检测模块50连接的前馈AD转换单元81，以及分别与前馈AD转换单元81和控制模块70连接的前馈逻辑运算单元82。
其中，前馈AD转换单元81接收输入检测模块50检测到的输入光功率信号并将其转换为数字信号传输至前馈逻辑运算单元82，前馈逻辑运算单元82分别与前馈AD转换单元81和控制模块70连接，对输入光功率信号、光纤放大器30的增益和驱动电流等参数进行逻辑运算后对驱动电流进行调整，并将调整后的驱动电流对应的电平信号传输至控制模块70。
本实施例中，所述控制系统还包括设于输出检测模块60和控制模块70之间的反馈电路模块90。反馈电路模块90接收输出检测模块60检测的输出光功率信号并根据输出光功率信号输出相应的电平信号至控制模块70。
本实施例中，所述控制模块70包括分别与前馈电路模块80和反馈电路模块90连接的控制器单元71，与光纤放大器30的控制端连接的泵浦源72，以及分别与控制器单元71和泵浦源72连接的驱动单元73，所述控制器单元71控制驱动单元73输出驱动电流控制泵浦源72工作，由泵浦源72激励光纤放大器30对输入的光信号进行放大。
具体地，所述控制器单元71根据前馈电路模块80和反馈电路模块90输出的电平信号调整驱动电流的大小，控制驱动单元73输出对应的驱动电流来驱动泵浦源72，调节泵浦源72的光功率，从而调整光纤放大器30的增益。
其中，反馈电路模块90根据输入检测模块50检测的输入光功率信号和输出检测模块60检测的输出光功率信号进行逻辑运算得出光纤放大器30当前工作状态的增益，并将其与目标增益进行比较。若当前增益大于目标增益时，反馈电路模块90将会输出减小电流的电平信号给控制模块70，控制器单元71降低输出至泵浦源72的驱动电流，降低光纤放大器30的增益，使其达到目标增益；而若当前增益小于目标增益时，反馈控制电路90将会输出增大电流的电平信号给控制模块70，控制器单元71升高输出至泵浦源72的驱动电流，从而增大增益，使其达到目标增益，稳定光纤放大器30的增益。
本实施例中，所述反馈电路模块90至少包括与输出检测模块60连接的反馈AD转换单元91，以及分别与反馈AD转换单元91和控制模块70连接的反馈逻辑运算单元92。
其中，反馈AD转换单元91接收输出检测模块60检测到的输出光功率信号和输入检测模块50检测的输入光功率信号并将其转换为数字信号传输至反馈逻辑运算单元92，反馈逻辑运算单元92进行逻辑运算得出光纤放大器30当前工作状态的增益，并将当前增益与目标增益进行比较，并根据比较结果输出相应的电平信号至控制模块70，由控制模块70根据接收到的电平信号调整控制光纤放大器30的增益。
本实施例中，所述光纤放大器30优选为掺铒光纤放大器。
如图4所示，本发明提供一种光纤放大器的控制系统的另一实施例。
所述光纤放大器的控制系统包括用于输入光信号的光信号输入端10，用于输出光信号的光信号输出端20和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器30，还包括：
长度为L的单模光纤40，设于光信号输入端10和光纤放大器30的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块50，输入检测模块50的输入端设于光信号输入端10和单模光纤40之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块60，输出检测模块60的输入端设于光纤放大器30的输出端和光信号输出端20之间，用于检测光信号的输出光功率；
反馈电路模块90，设于控制模块70和输出检测模块60之间，接收输出检测模块60检测的输出光功率信号；
控制模块70，分别与输入检测模块50的输出端、反馈电路模块90和光纤放大器30的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器30工作。
其中，反馈电路模块90接收输出检测模块60检测的输出光功率信号并根据输出光功率信号输出相应的电平信号至控制模块70，控制模块70间接根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器30工作。
通过设置长度为L的单模光纤40，并将其设于光信号输入端10和光纤放大器30的输入端之间，适当增加光信号由光信号输入端10到光纤放大器30的输入端的时间，在输入检测模块50检测到输入光功率发生变化后，控制模块70有更多时间调整控制光纤放大器30工作，达到抑制瞬态效应的效果，优化光纤放大器30的瞬态响应控制，且结构简单，同时保持检测精度，光功率检测值稳定，增益稳定以及输出功率稳定。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤放大器的控制系统，包括用于输入光信号的光信号输入端，用于输出光信号的光信号输出端和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器，其特征在于，所述控制系统还包括：
长度为L的单模光纤，设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块，输入检测模块的输入端设于光信号输入端和单模光纤之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块，输出检测模块的输入端设于光纤放大器的输出端和光信号输出端之间，用于检测光信号的输出光功率；
控制模块，分别与输入检测模块的输出端、输出检测模块的输出端和光纤放大器的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器工作。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括设于输入检测模块和控制模块之间的前馈电路模块。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述前馈电路模块至少包括与输入检测模块的输出端连接的前馈AD转换单元，以及分别与前馈AD转换单元和控制模块连接的前馈逻辑运算单元。
4.根据权利要求2或3所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括设于输出检测模块和控制模块之间的反馈电路模块。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述反馈电路模块至少包括与输出检测模块的输出端连接的反馈AD转换单元，以及分别与反馈数模转换单元和控制模块连接的反馈逻辑运算单元。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括分别与前馈电路模块和反馈电路模块连接的控制器单元，与光纤放大器的控制端连接的泵浦源，以及分别与控制器单元和泵浦源连接的驱动单元，所述控制器单元控制驱动单元输出驱动电流控制泵浦源工作。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述单模光纤的长度L为200-400m。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述单模光纤为满足ITU-T规定的G.652系列标准和G.657系列标准的光纤。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述输入检测模块至少包括与光信号输入端连接且用于将光信号转换为电流信号的光电探测器，以及设于光电探测器和控制模块之间的运算放大器。
10.一种光纤放大器的控制系统，包括用于输入光信号的光信号输入端，用于输出光信号的光信号输出端和用于对输入的光信号进行放大的光纤放大器，其特征在于，所述控制系统还包括：
长度为L的单模光纤，设于光信号输入端和光纤放大器的输入端之间，其中，L为大于零的常数；
输入检测模块，输入检测模块的输入端设于光信号输入端和单模光纤之间，用于检测光信号的输入光功率；
输出检测模块，输出检测模块的输入端设于光纤放大器的输出端和光信号输出端之间，用于检测光信号的输出光功率；
反馈电路模块，设于控制模块和输出检测模块之间，接收输出检测模块检测的输出光功率信号；
控制模块，分别与输入检测模块的输出端、反馈电路模块和光纤放大器的控制端连接并根据光信号的输入功率和输出光功率控制光纤放大器工作。
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