CN110198193A - 一种相干光控制的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相干光控制的方法及装置，其方法包括：通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。

Description

一种相干光控制的方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种相干光控制的方法及装置。
背景技术
目前领先的硅光芯片集成了调制器、驱动器、相干接收机等关键器件，高集成，低功耗，但此带来的问题是硅光芯片的插损很大，硅光子器件的出光功率大约为-10dBm左右，不满足功率要求，导致传输距离下降、传输链路上需要加入更多中继和放大等问题。
目前的解决方案是在出光链路上增加EDFA(Erbium-doped Optical FiberAmplifier，掺铒光纤放大器)和VOA(Variable Optical Attenuator，可调光衰减器)来放大出光功率，具体做法为将EDFA放大功率调整到最大值，然后通过控制VOA的衰减来得到目的光功率。此方法虽然能够满足功率输出要求，但使用EDFA和VOA会造成体积较大的问题，因此使用EDFA直接将光信号调整至目标功率，然而单独使用EDFA，省略VOA会引入ASE(Amplifier Spontaneousemission noise，放大器自发辐射噪声)噪声，从而使输出光功率不符合目的光功率。
发明内容
根据本发明实施例提供的方案解决了因使用EDFA本身会引入ASE，从而输出的光功率不符合目的光功率的技术问题。
根据本发明实施例提供的一种相干光控制的方法，包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
优选地，所述对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制包括：
根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值；
当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
优选地，所述对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理包括：
根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值；
当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
优选地，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
根据本发明实施例提供的一种相干光控制的装置，包括：
掺铒光纤放大器EDFA，用于通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
光跟踪滤波器TOF，用于通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
优选地，所述EDFA包括：
EDFA温度传感器，用于采集的当前所述EDFA壳体温度；
EDFA控制器，用于根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值，以及当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
优选地，所述TOF包括：
TOF温度传感器，用于采集的当前所述TOF壳体温度；
TOF控制器，用于根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值，以及当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
优选地，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
根据本发明实施例提供的一种相干光控制的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被所述处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
根据本发明实施例提供的一种计算机存储介质，存储有相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
根据本发明实施例提供的方案，利用EDFA使调制光信号达到目的出光功率，并使用TOF消除达到目的出光功率的调制光信号中的ASE，从而提高了系统性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种相干光控制的方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种相干光控制的装置示意图；
图3是本发明实施例提供的相干光模块出光控制装置的系统框图；
图4是本发明实施例提供的泵卜控制框图；
图5是本发明实施例提供的泵卜功率与控制电流受温度影响的曲线图；
图6是本发明实施例提供的泵卜内热敏电阻随温度变化后MCU采集的电压值变化曲线图；
图7是本发明实施例提供的TOF控制系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的一种相干光控制的方法流程图，如图1所示，包括：
步骤S101：通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
步骤S102：通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
具体地说，在掺铒光纤放大器EDFA对收到的调制光信号进行功率放大期间，按照出光功率为目的光功率的控制方式，对所述EDFA进行控制，得到经过功率放大的调制光信号，以及利用光跟踪滤波器TOF对EDFA输出的经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减处理，衰减经过功率放大的调制光信号中的由EDFA产生的放大器自发辐射噪声ASE。
其中，所述对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制包括：根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值；当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
其中，所述对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理包括：根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值；当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
其中，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
图2是本发明实施例提供的一种相干光控制的装置示意图，如图2所示，包括：EDFA201，用于通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；TOF202，用于通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
其中，所述EDFA201包括：EDFA温度传感器，用于采集的当前所述EDFA壳体温度；EDFA控制器，用于根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值，以及当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
其中，所述TOF202包括：TOF温度传感器，用于采集的当前所述TOF壳体温度；TOF控制器，用于根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值，以及当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
其中，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
本发明实施例提供了一种相干光控制的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被所述处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
本发明实施例提供了一种计算机存储介质，存储有相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
图3是本发明实施例提供的相干光模块出光控制装置的系统框图，如图3所示，包括：可调谐光源，硅光子调制和驱动单元，掺铒光纤放大器EDFA以及光跟踪滤波器TOF。
所述可调光源，用于提供出光系统的可调光源，能够输出频率间隔50Ghz的1550nm波段的激光。
硅光子调制和驱动单元，将调制信号经驱动单元集成到可调光源上，完成将调制信号加载到可调光源上的功能。
掺铒光纤放大器，用于将调制光信号进行功率放大，以达到要求的输出光功率强度。即放大硅光芯片的出光功率，使得出光功率在可接受的范围内。
光跟踪滤波器，用于衰减掺铒光纤放大器的ASE噪声，使得输出光功率信号质量达到要求。
图4是本发明实施例提供的泵卜控制框图，如图4所示，EDFA使用泵卜激光器(pumpiTLA，以下简称泵卜)来提供光激励，泵卜激光器使用开环温度补偿方式控制。有效的控制方式是使用MCU(Micro controller Unit，微控制器)的DAC来提供电流源，调整泵卜激光器出光功率，使用MCU的ADC来采集泵卜激光器的温度，从而与电流源一起实现泵卜激光器温度补偿开环控制。
泵卜激光器的出光功率可表示为：
PL＝ηL(TA)[IL-ITH(TA)]
其中，ηL(TA)是泵卜激光器与温度相关的斜率效能
式中，mW代表泵卜激光器的出光功率；
mA代表控制泵卜激光器出光功率大小的驱动电流；
IL代表泵卜激光器的电流值；ITH(TA)是与温度相关的电流门限[mA]。
理想化泵卜激光器的P-I(功率vs电流)表示为图5所示。本方法使用EDFA温度与电流的查找表来补偿温度变化范围内的泵卜激光器功率，使得PL＝PSet。每只泵卜激光器会有各自的补偿电流值ISet，但是为了大规模生产定标的方便，使用统计的(温度补偿查找表的值取决于多只泵卜激光器的平均P-I性能)通用补偿查找表来实现功率的自动控制。本发明通过温度传感器来测量EDFA的壳体温度，然后通过查表来找到对应该温度下的电流值，并设置EDFA的电流达到功率的稳定控制。EDFA查找表的内容如表1所示，其中第一列为EDFA壳体温度，第二列为将EDFA输出功率稳定在要求范围内从而需要控制EDFA的电流大小。
表1：EDFA温度与电流的查找表
温度(℃) 电流(mA)
-5 20
-2 27
1 36
4 45
... ...
75 150
定义温度补偿电流为：ICom2p(TA)＝f(TA)
f(TA)是测量的泵卜的L-I数据的非线性温度相关函数。
本发明使用热敏电阻来测量泵卜激光器温度。泵卜激光器内热敏电阻随温度变化后MCU采集的电压值变化曲线如图6所示。
图7是本发明实施例提供的TOF控制系统的示意图，如图7所示，TOF用来在传输光业务时衰减EDFA的ASE噪声。TOF由封装在一起的两个温度可调节的校准加热器组成，组合成的校准加热器通过调节温度来形成光滤波器。TOF中心频率是和校准加热功率成比例的，所以TOF控制系统可以被设计为校准加热功率的线性系统。MCU使用两个电流源来给TOF的两个可调节的校准加热器提供电流，从而控制其加热功率，而靠近TOF处设计一个温度传感器采集TOF的温度，使用MCU的ADC采集温度传感器电压，进而转化为TOF温度，反馈给MCU内TOF控制模块去做TOF的中心频率控制。
TOF的功率控制使用查找表来设置。首先测量环境温度为25摄氏度时候的TOF内两个加热器的功率，环境温度发生变化时需要对这两个加热器功率进行功率补偿，MCU通过内部的查找表来找到测定温度下TOF加热器需要设定的电流大小，来控制TOF功率使得滤波器可通过的带宽中心峰值与目前入光频率匹配。
本发明通过温度传感器来测量TOF的壳体温度，然后通过查表来找到对应该温度下的电流值，并设置TOF的电流达到功率的稳定控制。TOF查找表如表2所示，其中第一列为TOF壳体温度，第二列为将TOF输出功率稳定在要求范围内从而需要控制TOF的电流大小。
表2：TOF温度与电流的查找表
温度(℃) 电流(mA)
-5 11
-2 18
1 26
4 35
... ...
75 150
综上所述，本发明实施例的硬件部分由可调谐光源，硅光子调制和驱动单元，掺铒光纤放大器，光跟踪滤波器组成。
软件部分的处理步骤如下：
泵卜激光器开环温度补偿算法如下：
1、测量在25摄氏度时候达到预设光功率Pw所需电流大小，记录为Iset。
2、升高环境温度，以2摄氏度为阶梯，向两端拓展，温度区间为[-15,+75]摄氏度，每个点为了维持出光功率仍保持Pw，需要对电流进行补偿，记录此时补偿的电流大小为Icomp,Icomp表示在功率为Pw时，电流在Iset上的增量。至此，已经建立了泵卜温度补偿的LUT(Look-Up-Table，显示查找表)。
3、将LUT存储在存储器中，从而完成泵卜控制LUT的存储。
4、使用过程中，在某个特定温度，为了使得出光功率保持在Pw，需要对泵卜电流源进行设置，此时查找LUT中已有的改温度下对应的电流补偿增量Icomp，设置电流大小为Iset+Icomp。
TOF的功率控制算法如下：
1)、测量在25摄氏度时候达到预设光功率Pw所需电流大小，记录为Iset。
2)升高环境温度，以2摄氏度为阶梯，向两端拓展，温度区间为[-15,+75]摄氏度，每个点为了维持出光功率仍保持Pw，需要对电流进行补偿，记录此时补偿的电流大小为Icomp，Icomp表示在功率为Pw时，电流在Iset上的增量。至此，已经建立了TOF温度补偿的LUT。
3)将LUT存储在存储器中，从而完成TOF控制LUT的存储。
4)使用过程中，在某个特定温度，为了使得出光功率保持在Pw，需要对TOF电流源进行设置，此时查找LUT中已有的改温度下对应的电流补偿增量Icomp，设置电流大小为Iset+Icomp。
根据本发明实施例提供的方案，增加了TOF来滤除由EDFA引入的ASE噪声，建立了功率补偿的查找表，在使用过程中由于温度漂移会引起出光功率的变化，而使用控制环路，通过不同的查找表来精确补偿出光功率和滤除由于温度漂移引起的ASE噪声变化，从而达到出光功率稳定在目的出光功率上，并且整体出光功率从-10dBm左右提升到-5～+2dBm区间，提高了系统性能，且滤除了引入的噪声，达到了设计效果。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种相干光控制的方法，包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
2.根据权利要求1所述的方法，所述对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制包括：
根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值；
当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
3.根据权利要求2所述的方法，所述对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理包括：
根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值；
当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
4.根据权利要求3所述的方法，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
5.一种相干光控制的装置，包括：
掺铒光纤放大器EDFA，用于通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
光跟踪滤波器TOF，用于通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
6.根据权利要求5所述的装置，所述EDFA包括：
EDFA温度传感器，用于采集的当前所述EDFA壳体温度；
EDFA控制器，用于根据温度传感器采集的当前所述EDFA壳体温度，从预置的EDFA查找表中查询与当前所述EDFA壳体温度相对应的EDFA电流值，以及当所查询的EDFA电流值不为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值时，则将EDFA电流源的电流值调整为所述EDFA达到目的光功率所需要的目的电流值。
7.根据权利要求6所述的装置，所述TOF包括：
TOF温度传感器，用于采集的当前所述TOF壳体温度；
TOF控制器，用于根据温度传感器采集的当前光跟踪滤波器TOF壳体温度，从预置的TOF查找表中查询与当前所述TOF壳体温度相对应的TOF电流值，以及当所查询的TOF电流值不为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值，则将TOF电流源的电流值调整为所述TOF对经过功率放大的调制光信号进行噪声衰减所需要的衰减电流值。
8.根据权利要求7所述的装置，所述EDFA查找表包括EDFA壳体温度和EDFA电流值；所述TOF查找表包括TOF壳体温度和TOF电流值。
9.一种相干光控制的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被所述处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
10.一种计算机存储介质，存储有相干光控制的程序，所述相干光控制的程序被处理器执行时实现包括：
通过对掺铒光纤放大器EDFA的出光功率进行功率调制，得到包含EDFA的放大器自发辐射噪声ASE的调制光信号；
通过对所述调制光信号中EDFA的ASE进行噪声衰减处理，得到目的光信号。
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