CN109980492B - 一种拉曼光纤放大器的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及拉曼光纤放大器技术领域，具体提供了一种拉曼光纤放大器的控制方法和系统，其中方法包括：根据设置的目标增益和斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率；通过PID反馈将每个泵浦的实际输出功率锁定至期望输出功率，实现第一级反馈控制；结合带外ASE，通过PID反馈确定每个泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈补偿至前馈公式重新计算，实现第二级反馈控制；对每个泵浦重复第一级和第二级反馈控制，直至实现增益和斜率锁定。本发明采用前馈结合多闭环反馈控制的结构，可实现泵浦功率的快速锁定以及增益和斜率的补偿锁定，提高了增益和斜率的控制精度，加快响应速度。

Description

一种拉曼光纤放大器的控制方法和系统

【技术领域】

本发明涉及拉曼光纤放大器技术领域，具体提供了一种拉曼光纤放大器的控制方法和系统。

【背景技术】

现如今，拉曼光纤放大器已经被广泛地应用在密集波分复用的光通信系统中，相较于掺铒光纤放大器，拉曼光纤放大器可利用光纤本身作为增益介质，具有全波段可放大、分布式放大等特点，特别适用于长距离、超长距离和海底传输系统中，拉曼光纤放大器的研究和实用化加速了光通信的发展进程。

目前拉曼光纤放大器的控制方法主要有两种，分别为模拟方案和数字化方案，模拟方案中利用模拟电路和数字电路搭建闭环控制环路，单片机作为协助控制处理；数字化方案采用单片机、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简写为FPGA)以及数模转换芯片等，将模拟信号转换为FPGA可以处理的数字信号，通过FPGA处理闭环算法且并行控制，实现实时增益控制。与模拟方案相比，数字化的方案灵活度更高、动态特性更好、功能更丰富，因此应用也更为广泛。在数字化方案中，对于多泵浦的输出控制，通常采用比例控制来实现增益和斜率的均衡，但是工作在C+L波段时，每个泵浦的比例很难控制，从而增益和斜率的精度较低，调节周期较长，此时泵浦比例分配算法较难实现不同条件下的增益均衡，并且可移植性和复用性不高。

鉴于此，克服上述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】

本发明需要解决的技术问题是：

拉曼光纤放大器工作在C+L波段时，泵浦比例分配算法较难实现不同条件下的增益均衡，增益和斜率的控制精度较低，并且可移植性和复用性不高。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种拉曼光纤放大器的控制方法，包括：

根据设置的目标增益和目标斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率；

通过第一级反馈控制，将每个泵浦的实际输出功率锁定至对应的期望输出功率；

根据设置的目标增益和目标斜率，采用ASE公式计算出每个泵浦的期望带外ASE功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际带外ASE功率；

若泵浦的带外ASE未锁定，则通过第二级反馈控制，确定泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈补偿至前馈公式和ASE公式中进行重新计算；

对每个泵浦重复进行第一级反馈控制和第二级反馈控制，直至泵浦的实际带外ASE功率锁定至对应的期望带外ASE功率，实现增益和斜率锁定。

优选的，在所述采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之前，所述方法还包括：在每个泵浦开泵时，将对应泵浦输出一功率，进而根据实际带外ASE的探测功率，计算出每个泵浦当前接入光纤的插入损耗；

则在采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之后，所述方法还包括：将计算得到的对应插入损耗补偿到每个泵浦的期望输出功率中，作为后续使用的期望输出功率。

优选的，对于每个泵浦，在设置目标增益和目标斜率时，均以步进的方式进行调节，从而逐渐将增益从零调制至目标增益，将斜率从零调制至目标斜率。

优选的，对于每个泵浦，所述第一级反馈控制的过程具体为：

通过PID控制器设置合理的比例参数和微分参数，在保持不抖动的情况下，调节泵浦输出DAC从而调节泵浦驱动电流，使泵浦的实际输出功率锁定至对应的期望输出功率。

优选的，在所述根据设置的目标增益和目标斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之前，所述方法还包括：

在AGC模式下设定N个固定增益点，分别计算每个固定增益点下未放大的输入光功率与关泵时的输入光功率间的差值，并对差值和增益进行曲线拟合，得到不同增益点的误差拟合曲线；其中，N≥3；

则在给出设置的目标增益后，根据所述误差拟合曲线确定当前设置增益点对应的增益补偿量，并以该增益补偿量对当前设置的目标增益进行补偿，以便后续在前馈公式和ASE公式中计算使用。

优选的，对于每个泵浦，所述前馈公式需预先根据斜率进行定标，具体为：在当前斜率下，定出每个泵浦在不同增益下的输出功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前馈公式中的相关参数，进而完成前馈公式的定标。

优选的，对于每个泵浦，所述ASE公式需预先根据斜率进行定标，具体为：在当前斜率下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同增益下的带外ASE功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的ASE公式中的相关参数，进而完成ASE公式的定标。

优选的，对于每个泵浦，所述第一级反馈控制需预先进行定标，具体为：进入APC模式，设置每个泵浦的期望输出功率，调整第一级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的输出均能够稳定锁定至目标功率，从而使第一级反馈控制生效。

优选的，对于每个泵浦，所述第二级反馈控制需预先进行定标，具体为：进入AGC模式，设置每个泵浦的期望增益和期望斜率，调整第二级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的带外ASE功率均能够通过反馈调节稳定逼近目标值，并能够通过增益和斜率的补偿实现带外ASE功率的锁定。

第二方面，本发明还提供了一种拉曼光纤放大器的控制系统，用于完成上述第一方面所述的拉曼光纤放大器的控制方法，包括前馈计算模块、泵浦功率计算模块、第一级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、第二级反馈控制模块以及一个或多个泵浦；

其中，所述前馈计算模块用于根据当前设置的增益和斜率计算出每个泵浦的期望输出功率；所述泵浦功率计算模块用于根据PD探测计算出每个泵浦的实际输出功率；所述第一级反馈控制模块用于通过反馈算法将每个泵浦的实际输出功率锁定至期望输出功率；

所述期望带外ASE计算模块用于根据当前设置的增益和斜率计算出每个泵浦的期望带外ASE功率；所述实际带外ASE计算模块用于根据PD探测计算出每个泵浦的实际带外ASE功率；所述第二级反馈控制模块用于通过反馈算法确定每个泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈给所述前馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例的拉曼光纤放大器的控制方法中，采用前馈结合多闭环反馈控制的结构，通过前馈计算和第一级反馈可实现泵浦功率的快速锁定，通过第二级反馈可借助带外ASE的控制实现增益和斜率的自动补偿调节以及锁定，提高了增益和斜率的控制精度，加快响应速度。该方法可以灵活适用于C+L波段、C波段、L波段等拉曼光纤放大器，实现多泵浦的输出功率控制以及增益和斜率的控制调节。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器的控制系统的组成图。

【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，为便于理解，对出现的英文缩写进行如下解释：

1)ASE，Amplified spontaneous emission，放大自发辐射；2)ADC，Analog-to-Digital Converter，模数转换，即将模拟信号转换为数字信号；3)DAC，Digital-to-AnalogConverter，数模转换，即将数字信号转换为模拟信号；4)PID，Proportion-Integral-Differential，比例-积分-微分；5)AGC，Automatic Gain Control，自动增益控制；6)APC，Automatic Power Control，自动功率控制。

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。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

本发明实施例提供了一种拉曼光纤放大器的控制方法，可用于实现拉曼光纤放大器中多泵浦的输出功率控制以及增益和斜率的控制调节。结合图1和图2，本发明实施例提供的控制方法是在AGC正常工作模式(即增益模式)下进行，具体包括以下步骤：

步骤201，根据设置的目标增益和目标斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率。

所述目标增益和所述目标斜率可根据客户要求或实际应用需求设定，开泵后通过前馈控制可将增益和斜率快速调制至目标范围附近。每个泵浦的期望输出功率mw与当前的增益(gain)和斜率(tilt)关系可用二元函数mw＝f(gain，tilt)表示，也就是前馈公式。对于每个泵浦，所述前馈公式需预先进行定标，即确定公式中的相关参数；定标完成后，根据当前设定的增益和斜率即可计算出每个泵浦的期望输出功率。

其中，图2中的泵浦可以表示拉曼光纤放大器中多个泵浦激光器中的任一泵浦激光器(以下简称泵浦)，对于每个泵浦，所述实际输出功率是通过对泵浦产生的泵浦光进行PD探测，经过光电转换和模数转换后，再进行采样计算得到。

步骤202，通过第一级反馈控制，将每个泵浦的实际输出功率锁定至对应的期望输出功率。

第一级反馈控制的控制目标是泵浦功率，通过反馈算法控制使每个泵浦的实际输出功率等于期望输出功率，从而实现泵浦功率的快速锁定。其中，反馈算法通常可采用PID反馈算法，具体采用PID控制器，即比例-微分-积分控制器，本实施例只采用比例和微分，每个泵浦采用一个PID控制器；则所述第一级反馈控制的过程具体为：通过PID控制器，根据实际的情况设置合理的比例参数和微分参数，在保持泵浦输出不抖动的情况下，调节泵浦输出DAC从而调节泵浦驱动电流，使泵浦的实际输出功率快速锁定至对应的期望输出功率。

步骤203，根据设置的目标增益和目标斜率，采用ASE公式计算出每个泵浦的期望带外ASE功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际带外ASE功率。

由于拉曼光纤放大器的输入即是输出，无法根据输入功率和输出功率来计算是否达到目标增益，所以利用带外ASE来控制增益，通过判断带外ASE是否达到预期来判断增益和斜率是否锁定，因此需首先确定每个泵浦的期望带外ASE功率和实际带外ASE功率。

每个泵浦的期望带外ASE功率expect_ase与当前的增益和斜率关系可用二元函数expect_ase＝g(gain，tilt)表示，也就是ASE公式。对于每个泵浦，所述ASE公式需预先进行定标，即确定公式中的相关参数；定标完成后，根据当前设定的增益和斜率即可计算出每个泵浦的期望带外ASE功率。

结合图2，对于每个泵浦，所述实际带外ASE功率是通过对泵浦分出的带外ASE进行PD探测，经过光电转换和模数转换后，再结合PD探测的功率和泄露因子计算得到。

步骤204，若泵浦的带外ASE未锁定，则通过第二级反馈控制，确定泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈补偿至前馈公式和ASE公式中进行重新计算。

所述第二级反馈控制的控制目标是带外ASE功率，通过判断实际带外ASE功率是否达到期望带外ASE功率，来判断增益和斜率是否锁定至目标增益和目标斜率。如果未锁定，则需要对当前设置的增益和斜率进行调节，具体为：通过PID控制器设置合理的比例参数和微分参数，进行动态调节，由PID控制器输出增益补偿量Δgain和斜率补偿量Δtilt，进而补偿到增益和斜率上，改变前馈计算结果，即根据mw＝f(gain+Δgain，tilt+Δtilt)重新计算得到当前各个泵浦的期望输出功率。

为了保证增益和斜率的精度，不仅对前馈算法控制进行补偿，还对期望带外ASE的控制进行补偿，将第二级反馈的增益补偿量Δgain和斜率补偿量Δtilt同时带入ASE公式中去进行对应的补偿，即根据expect_ase＝g(gain+Δgain，tilt+Δtilt)重新计算得到当前各个泵浦的期望带外ASE功率，从而提高锁定精度，实现更精准的控制。

步骤205，对每个泵浦重复进行第一级反馈控制和第二级反馈控制，直至泵浦的实际带外ASE功率锁定至对应的期望带外ASE功率，实现增益和斜率锁定。

参考图2，对于每个泵浦，两级反馈控制可形成闭环反馈控制结构，具体为：在步骤204中重新前馈计算得到泵浦的期望输出功率后，第一级反馈按照重新计算结果重新实现泵浦光功率的锁定，然后重复判断第二级反馈中增益和斜率是否锁定，如果未锁定则继续反馈补偿后重新计算，继续按照重新计算结果调节第一级反馈；如此重复循环，闭环调节，最终实现带外ASE功率的锁定，进而实现增益和斜率锁定。

其中，在本发明实施例中，第一级反馈控制以及第二级反馈控制均采用PID反馈算法实现；当然，在可选的方案中，还可根据实际应用情况和需求采用其他合适的反馈算法来实现反馈控制，此处不做限定。

本发明实施例提供的上述拉曼光纤放大器的控制方法中，采用前馈结合多闭环反馈控制的结构，通过前馈计算和第一级反馈可实现泵浦功率的快速锁定，通过第二级反馈可借助带外ASE的控制实现增益和斜率的自动补偿调节，提高了增益和斜率的控制精度，加快响应速度，最终实现增益和斜率锁定。

在步骤201中，为防止增益或斜率调节过快造成的过冲和欠冲，对于每个泵浦，在开泵后设置目标增益和目标斜率时，均以步进的方式进行调节，即从零开始逐渐递增，逐渐将增益从零调制至目标增益范围附近，逐渐将斜率从零调制至目标斜率范围附近。例如，目标增益为10，可从0开始每次增加0.5进行调制，直至达到10停止。

其中，以通过前馈公式计算得到功率结果作为期望输出功率是在理想环境中，即插入损耗为0时进行的定标和控制。但在实际应用中，不同的光纤接入泵浦会有不同的插损，如果不进行补偿，而是采用同样的泵浦功率(即前馈公式计算得到的期望输出功率)进行控制，在插损较大时实际控制的增益和斜率就会偏差的比较大，导致增益和斜率的锁定精度较差。

考虑到上述光纤插损的影响，本发明实施例中增加一道插损补偿控制的过程，可根据当前接入光纤自适应计算并补偿，补偿不同光纤接入时插入损耗不同导致的增益偏差。具体如下：在每个泵浦开泵时，先将对应泵浦输出一个小功率，然后通过实际带外ASE的探测功率，计算出每个泵浦当前接入光纤的插入损耗，从而为插入损耗补偿定下初始值。在步骤201中采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之后，将预先计算得到的对应插入损耗补偿到每个泵浦的期望输出功率中，将补偿后的计算结果作为后续使用的期望输出功率；也就是说，每个泵浦最终使用的期望输出功率由前馈计算的期望输出功率加上插损补偿后得到。通过加入插损补偿，可进一步提高对放大器的控制精度。

在本发明实施例中，对增益的反馈补偿可以分为两个阶段的补偿，其中，步骤204中第二级反馈控制产生的增益补偿可以认为是第二阶段的补偿，这个增益偏差是由于在定标前馈公式时定标的相关参数存在误差导致的，从而进行增益补偿，重新进行前馈计算。但是如果期望带外ASE功率的计算公式(即ASE公式)的定标存在误差，即使实际带外ASE功率达到了期望带外ASE功率而实现锁定，也会存在增益偏差。

考虑到上述ASE公式误差带来的增益偏差，可比较当前计算得出的未放大的输入光功率与关泵时的输入光功率，判断两个功率值之间是否存在偏差；如果存在偏差，则证明ASE公式的定标存在偏差，需要进行增益补偿，这个补偿则是第一阶段的补偿。具体为：在步骤201中给出设置的目标增益后，根据不同增益点的误差拟合曲线，确定当前设置增益点对应的增益补偿量，并以该增益补偿量对当前设置的目标增益进行补偿，以便后续在前馈公式和ASE公式中计算使用。其中，所述误差拟合曲线需要在步骤201之前预先确定，具体如下：在AGC模式下设定N个固定增益点，分别计算每个固定增益点下未放大的输入光功率与关泵时的输入光功率间的差值，并对差值和增益进行曲线拟合，得到不同增益点的误差拟合曲线；其中，N≥3。

在本发明实施例中，对斜率的反馈补偿可以在第二阶段的增益补偿基础上进行一次性的补偿，这是由于斜率补偿量与增益补偿量是一个定标得出的固定比值，则每当设置增益、工作模式、光纤类型等因素改变后，待增益锁定稳定后，重新计算斜率补偿量并进行一次性补偿。其中，所述固定比值需预先在AGC模式下进行定标，使得补偿后的斜率向设置的目标斜率逼近，从而提高斜率控制精度。

对于每个泵浦，在正常工作之前都需对拉曼光纤放大器预先进行一系列的定标工作：PD探测功率定标、插入损耗定标、前馈公式定标、ASE公式定标、第一级反馈控制定标、第二级反馈控制定标、误差拟合曲线确定。其中，插入损耗定标以及误差拟合曲线确定已经在前面介绍，此处不再赘述，下面对其余几个定标过程进行一一介绍。

PD探测功率定标：包括每个泵浦的输出功率定标、带外ASE探测功率定标以及输入探测功率定标等，通过预先定标，可保证在正常工作模式下PD探测得到的功率值具有较高的准确度。

前馈公式定标：所述前馈公式需要根据斜率进行定标，在当前斜率下，定出每个泵浦在不同增益下的输出功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前馈公式mw＝f(gain，tilt)中的相关参数，进而完成前馈公式的定标。

ASE公式定标：所述ASE公式也需要根据斜率进行定标，在当前斜率下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同增益下的带外ASE功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的ASE公式expect_ase＝g(gain，tilt)中的相关参数，进而完成ASE公式的定标。

第一级反馈控制定标：进入APC模式，即功率模式，设置每个泵浦的期望输出功率，调整第一级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的输出均能够稳定锁定至目标功率(即期望输出功率)，从而使第一级反馈控制生效。

第二级反馈控制定标：进入AGC模式，设置每个泵浦的期望增益和期望斜率，调整第二级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的带外ASE功率均能够通过反馈调节稳定逼近目标值(即期望带外ASE功率)，第二级反馈调用了第一级反馈进行控制，通过增益和斜率的补偿实现带外ASE功率的锁定。

通过上述一系列定标步骤，可实现拉曼光纤放大器的控制设计，提高了增益和斜率精度，有良好的瞬态特性，并且可移植性高。

综上所述，本发明实施例提供的拉曼光纤放大器的控制方法具有以下有益效果：采用前馈算法结合多闭环反馈控制算法，每个泵浦输出均由前馈定标计算得出，相对于泵浦比例分配的算法有着更高的通用性，可灵活适用于C+L波段、C波段、L波段等拉曼光纤放大器，采用多闭环反馈对增益和斜率进行补偿调节，提高增益和斜率的控制精度，加快响应速度；还加入插损补偿以及由ASE公式误差带来的增益补偿，进一步提高控制精度。该控制方法已经在多个项目中得以验证，除具有高精度的控制特点以外，在瞬态抑制方面也表现优异，开放多种参数配置，在不同环境下可根据配置参数进行自适应控制，性能稳定，有较好的兼容性和移植性。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明实施例还提供了一种拉曼光纤放大器的控制系统，可用于完成实施例1所述的拉曼光纤放大器的控制方法，实现多泵浦的输出功率控制以及增益和斜率的控制调节。

如图2所示，本发明实施例提供的控制系统包括前馈计算模块、泵浦功率计算模块、第一级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、第二级反馈控制模块、PD探测模块以及一个或多个泵浦。由图可知，所述第一级反馈控制模块分别与所述前馈计算模块、所述泵浦功率计算模块和所述一个或多个泵浦连接，所述第二级反馈控制模块分别与所述期望带外ASE计算模块、所述实际带外ASE计算模块和所述前馈计算模块连接。所述PD探测模块设置两个：第一PD探测模块和第二PD探测模块，所述第一PD探测模块用于探测泵浦光，并与所述泵浦功率计算模块连接；所述第二PD探测模块用于探测泵浦分出的带外ASE，并与所述实际带外ASE计算模块连接。

其中，所述前馈计算模块用于根据当前设置的增益和斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率，并将计算结果反馈至所述第一级反馈控制模块；所述泵浦功率计算模块用于根据所述第一PD探测模块的输出结果计算出每个泵浦的实际输出功率，并将计算结果反馈至所述第一级反馈控制模块；所述第一级反馈控制模块获取到每个泵浦的期望输出功率和实际输出功率后，通过PID反馈算法将每个泵浦的实际输出功率锁定至期望输出功率。

进一步地，所述期望带外ASE计算模块用于根据当前设置的增益和斜率，采用ASE公式计算出每个泵浦的期望带外ASE功率，并将计算结果反馈至所述第二级反馈控制模块；所述实际带外ASE计算模块用于根据所述第二PD探测模块的输出结果计算出每个泵浦的实际带外ASE功率，并将计算结果反馈至所述第二级反馈控制模块；所述第二级反馈控制模块获取到每个泵浦的期望带外ASE功率和实际带外ASE功率后，通过判断带外ASE是否达到预期来判断增益和斜率是否锁定，如果未锁定则通过PID反馈算法确定每个泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈给所述前馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块进行重新计算，直至增益和斜率锁定。

其中，以所述前馈计算模块得到的功率结果作为期望输出功率是在理想环境中，即插入损耗为0时进行的定标和控制。考虑到实际应用中不同的光纤接入泵浦会有不同的插损，如果不进行补偿容易导致增益和斜率的锁定精度较差，还可在所述前馈计算模块与所述第一级反馈控制模块之间增设插损补偿模块。在每个泵浦开泵时，先将对应泵浦输出一个小功率，然后通过实际带外ASE的探测功率计算出当前接入光纤的插入损耗，并存于所述插损补偿模块中。增设插损补偿模块后，所述前馈计算模块将计算的期望输出功率传至所述插损补偿模块，所述插损补偿模块将插入损耗补偿到每个泵浦的期望输出功率中，并将补偿后的期望输出功率反馈至所述第一级反馈控制模块，作为后续使用。通过加入插损补偿，可进一步提高对放大器的控制精度。

本发明实施例提供的上述拉曼光纤放大器的控制系统中，采用前馈结合多闭环反馈控制的结构，通过前馈计算模块和第一级反馈控制模块可实现泵浦功率的快速锁定，通过第二级反馈控制模块可借助带外ASE的控制实现增益和斜率的自动补偿调节，提高了增益和斜率的控制精度，加快响应速度，最终实现增益和斜率锁定。此外还可加入插损补偿模块，来补偿光纤接入导致的增益偏差，进一步提高控制精度。

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控制方法，其特征在于，包括：

根据设置的目标增益和目标斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率；

通过第一级反馈控制，将每个泵浦的实际输出功率锁定至对应的期望输出功率；

根据设置的目标增益和目标斜率，采用ASE公式计算出每个泵浦的期望带外ASE功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际带外ASE功率；

若泵浦的带外ASE未锁定，则通过第二级反馈控制，确定泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈补偿至前馈公式和ASE公式中进行重新计算；

对每个泵浦重复进行第一级反馈控制和第二级反馈控制，直至泵浦的实际带外ASE功率锁定至对应的期望带外ASE功率，实现增益和斜率锁定；

其中，所述前馈公式具体为mw＝f(gain，tilt)，所述ASE公式具体为expect_ase＝g(gain，tilt)；mw表示泵浦的期望输出功率，expect_ase表示泵浦的期望带外ASE功率，gain表示泵浦当前的增益，tilt表示泵浦当前的斜率，f()和g()表示二元函数。

2.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，在所述采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之前，所述方法还包括：在每个泵浦开泵时，将对应泵浦输出一功率，并根据实际带外ASE的探测功率，计算出每个泵浦当前接入光纤的插入损耗；

则在采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之后，所述方法还包括：将计算得到的对应插入损耗补偿到每个泵浦的期望输出功率中，作为后续使用的期望输出功率。

3.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，在设置目标增益和目标斜率时，均以步进的方式进行调节，从而逐渐将增益从零调制至目标增益，将斜率从零调制至目标斜率。

4.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述第一级反馈控制的过程具体为：

通过PID控制器设置合理的比例参数和微分参数，在保持不抖动的情况下，调节泵浦输出DAC从而调节泵浦驱动电流，使泵浦的实际输出功率锁定至对应的期望输出功率。

5.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，在所述根据设置的目标增益和目标斜率，采用前馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率之前，所述方法还包括：

在AGC模式下设定N个固定增益点，分别计算每个固定增益点下未放大的输入光功率与关泵时的输入光功率间的差值，并对差值和增益进行曲线拟合，得到不同增益点的误差拟合曲线；其中，N≥3；

则在给出设置的目标增益后，根据所述误差拟合曲线确定当前设置增益点对应的增益补偿量，并以该增益补偿量对当前设置的目标增益进行补偿，以便后续在前馈公式和ASE公式中计算使用。

6.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述前馈公式需预先根据斜率进行定标，具体为：

在当前斜率下，定出每个泵浦在不同增益下的输出功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前馈公式中的相关参数，进而完成前馈公式的定标。

7.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述ASE公式需预先根据斜率进行定标，具体为：

在当前斜率下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同增益下的带外ASE功率，然后进行曲线拟合；根据拟合曲线定出每个泵浦对应的ASE公式中的相关参数，进而完成ASE公式的定标。

8.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述第一级反馈控制需预先进行定标，具体为：

进入APC模式，设置每个泵浦的期望输出功率，调整第一级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的输出均能够稳定锁定至目标功率，从而使第一级反馈控制生效。

9.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述第二级反馈控制需预先进行定标，具体为：

进入AGC模式，设置每个泵浦的期望增益和期望斜率，调整第二级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的带外ASE功率均能够通过反馈调节稳定逼近目标值，并能够通过增益和斜率的补偿实现带外ASE功率的锁定。

10.一种拉曼光纤放大器的控制系统，其特征在于，包括前馈计算模块、泵浦功率计算模块、第一级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、第二级反馈控制模块以及一个或多个泵浦；

其中，所述前馈计算模块用于根据当前设置的增益和斜率计算出每个泵浦的期望输出功率；所述泵浦功率计算模块用于根据PD探测计算出每个泵浦的实际输出功率；所述第一级反馈控制模块用于通过反馈算法将每个泵浦的实际输出功率锁定至期望输出功率；

所述期望带外ASE计算模块用于根据当前设置的增益和斜率计算出每个泵浦的期望带外ASE功率；所述实际带外ASE计算模块用于根据PD探测计算出每个泵浦的实际带外ASE功率；所述第二级反馈控制模块用于通过反馈算法确定每个泵浦的增益补偿和斜率补偿，并反馈给所述前馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块。

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