CN115189773B - 一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法及系统。方法包括：根据目标增益、斜率和输入光功率，采用前级反馈公式得到泵浦前级反馈期望输出功率，PD探测得到泵浦的实际输出功率；采用带外ASE期望功率公式计算带外ASE期望功率，通过PD得到带外ASE实际功率；若带外ASE未锁定，获取泵浦的增益补偿量、斜率补偿量和输入光功率补偿量；重复进行前级反馈控制和后级反馈控制，直到带外ASE实际功率与带外ASE期望功率锁定为止。本发明在现有的基础上引入输入光功率，通过输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的期望功率值的影响，对前级反馈公式和带外ASE期望功率公式进行修正，解决了输入光功率造成劣化拉曼目标增益和斜率锁定精度的问题。

Description

一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及拉曼光纤放大器技术领域，特别是涉及一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法及系统。

背景技术

随着5G高速网络的建设，对光传输网络的信号质量要求越来越高。为了实现超长距离、超高传输速率、恒定光功率的传输需求，采用分布式拉曼放大器对业务光信号实现宽频谱范围、大增益区的放大，并能有效锁定业务光信号的增益和抑制瞬态效果。现在的分布式拉曼放大器大多工作在相对宽的功率范围，一般会覆盖-50dBm到0dBm，甚至更高的功率范围。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，采用前级反馈结合多闭环反馈控制的结构，并通过借助带外ASE的控制实现增益和斜率的自动补偿，以达到提高了增益和斜率的控制精度，加快响应度的目的。例如：专利号为“CN109980492A-一种拉曼光纤放大器的控制方法和系统”的专利中，通过控制增益和斜率，采用前级反馈结合多闭环反馈控制的结构，前级反馈计算和前级反馈可实现泵浦功率的快速锁定，通过后级反馈可借助带外ASE的控制实现增益和斜率的自动补偿调节以及锁定的目的。在当前的网络需求下，现有技术认为对泵浦带外ASE的期望功率的测量只受增益、斜率和插损三种因素制约。然而，在使用的过程中发现，在相同的增益条件下，不同的输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE功率的计算影响是不一样的。特别是在小信号工作区的低输入光功率和高输入光功率点，开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的功率计算值可能会相差几个Db，这将严重劣化拉曼目标增益和斜率的锁定精度，随着网络的提速，网络对拉曼光纤放大器的要求也越来越高，相应的影响也会越来越突出。

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在小信号工作区域内，如何解决输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦的带外ASE的计算影响，所造成严重劣化拉曼目标增益和斜率的锁定精度的问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，包括：

根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率；

调节每个泵浦的实际输出功率，将每个泵浦的实际输出功率与对应的前级反馈期望输出功率锁定；

根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用带外ASE期望功率公式计算出每个泵浦的带外ASE期望功率，并通过PD探测得到每个泵浦的带外ASE实际功率；

若泵浦的带外ASE未锁定，则通过后级反馈控制，获取泵浦的增益补偿量、斜率补偿量和输入光功率补偿量，并引入前级反馈期望输出功率和带外ASE期望功率公式进行重新计算；

对每个泵浦重复进行前级反馈控制和后级反馈控制，直到泵浦的带外ASE实际功率与对应的带外ASE期望功率锁定为止，以实现目标增益和目标斜率的锁定。

优选的，在所述采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率之前，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；

则在采用前级反馈公式计算出每个泵浦的前级反馈期望输出功率之后，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，在所述根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率之前，还包括：

在AGC模式下设定N个固定增益点，并在每个固定增益点下给定M组不同输入光功率，分别计算出每个固定增益点不同输入光功率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，不同输入光功率的误差拟合曲线；其中，N≥3，M≥3；

则在给定出设置的目标增益和输入光功率后，根据所述误差拟合曲线确定当前目标增益点对应的增益补偿量，以及当前输入光功率点对应的输入光功率补偿量，并以该增益补偿量对当前的目标增益进行补偿，以该输入光功率补偿量对当前的输入光功率进行补偿，以便后续在前级反馈公式和带外ASE期望功率公式计算中使用。

优选的，对于每个泵浦，在设置目标增益、目标斜率和输入光功率时，均以步进的方式进行调节。

优选的，对于每个泵浦，所述前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，对于每个泵浦，所述前级反馈公式需预先根据斜率进行定标，具体为：

在当前斜率，当前输入光功率下，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；

在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦在不同输入光功率下的输出功率，然后进行曲线拟合；

根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前级反馈公式中相关参数，进而完成前级反馈公式的定标。

优选的，对于每个泵浦，所述带外ASE期望功率公式需预先根据斜率进行定标，具体为：

在当前斜率，当前输入光功率下，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；

在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同输入光功率下的带外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功率公式中的相关参数，进而完成ASE功率公式的定标。

优选的，对于每个泵浦，在进行前级反馈控制之前，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，调整前级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的实际输出功率均能够稳定锁定至期望输出功率，从而使前级反馈控制生效。

优选的，对于每个泵浦，在进行后级反馈控制之前，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，并设置输入光功率，调整后级反馈控制中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、斜率和输入光功率的补偿实现带外ASE功率的锁定。

第二方面，本发明在第一方面的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法基础上，提出了一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制系统，包括：前级反馈计算模块、泵浦功率计算模块、前级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、后级反馈控制模块，以及一个或多个泵浦；

其中，所述前级反馈计算模块用于根据当前设置的增益、斜率和输入光功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；所述前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、斜率和输入光功率计算出每个泵浦的带外ASE期望功率；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带外ASE实际功率；所述后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、斜率补偿和输入光功率补偿，并反馈给所述前级反馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：本发明在现有的基础上引入输入光功率，通过输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的期望功率值的影响，对前级反馈公式和带外ASE期望功率公式进行修正，并采用前级反馈结合多闭环反馈控制的结构，通过修正后的前级反馈公式计算并调节泵浦的实际输出功率可实现泵浦功率的快速锁定，通过后级反馈可借助修正后的带外ASE的控制实现增益、斜率和输入光功率的自动补偿调节以及锁定，有效的解决了小信号工作区域内，输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE功率的计算影响，所造成严重劣化拉曼目标增益和斜率的锁定精度的问题。

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拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法流程图；

图2是本发明实施例在增益和斜率条件下，输入光功率对带外ASE功率的影响曲线图；

图3是本发明实施例提供的一种拉曼光纤放大器多维补偿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，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。

实施例1:

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-Analog-Converter，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。

本发明实施例1提供了一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，如图1所示，包括：

步骤201：根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率。

其中，本发明实施例的目标增益、目标斜率和输入光功率可根据实际需求或客户要求进行设定，开泵后通过前级反馈控制可将增益、斜率快速调制至目标范围附近。每个泵浦的前级反馈期望输出功率mw与当前的增益(Gain)、斜率(Tilt)和输入光功率(Input)关系可用三元函数mw＝f(Gain，Tilt，Input)表示，也就是前级反馈公式。通过定标的方式预先对前级反馈公式进行处理，确定前级反馈公式中的相关参数，定标完成后，通过前级反馈公式计算出每个泵浦的期望输出功率。泵浦的实际输出功率通过PD探测器测量，泵浦所产生的泵浦激光经过光电效应的作用后，通过采样得到，用作与泵浦的前级反馈期望输出功率比对。值得注意的是，本发明在实际应用的过程中，虽然未对输入光功率进行调节，但在设备使用的过程中，输入光功率会发生变化，相应的带外ASE实际功率，以及泵浦的实际输出功率也会因输入光功率的变化而发生变化。在进行目标增益和目标斜率锁定的过程中，时刻关注输入光功率对泵浦的实际输出功率和带外ASE实际功率的影响并进行弥补，可以有效避免因输入光功率的变化对目标增益和目标斜率锁定过程的影响。

步骤202：调节每个泵浦的实际输出功率，将每个泵浦的实际输出功率与对应的前级反馈期望输出功率锁定；

前级反馈控制的目的是将每一个泵浦的实际输出功率锁定至泵浦的前级反馈期望输出功率。通过前级反馈算法控制使得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；则所述前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。值得注意的是，前级反馈算法包括两个方面，第一，计算出每一个泵浦的前级反馈期望输出功率；第二，调控泵浦，使每个泵浦的实际输出功率等于期望输出功率，完成泵浦功率的锁定。

步骤203：根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用带外ASE期望功率公式计算出每个泵浦的带外ASE期望功率，并通过PD探测得到每个泵浦的带外ASE实际功率；

由于拉曼光纤放大器的特点为：输入即是输出。无法根据输入功率和输出功率来直接计算是否达到目标增益，利用带外ASE来控制增益，通过判断带外ASE实际功率是否达到带外ASE期望功率来判断增益、斜率是否锁定，因此需首先确定每个泵浦的带外ASE期望功率和带外ASE实际功率。

每个泵浦的带外ASE期望功率expect_ase与当前的增益、斜率和输入光功率关系可用三元函数expect_ase＝g(Gain，Tilt，Input)表示，也就是ASE功率公式。对于每个泵浦，所述ASE功率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、斜率和输入光功率即可计算出每个泵浦的带外ASE期望功率。对于每个泵浦，带外ASE实际功率通过对泵浦产生的带外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。值得说明的是，输入光功率实际影响的是带外ASE期望功率计算，通过计算的泵浦带外ASE期望功率来进行控制，如图2所示，表示在一定的增益、斜率和插入损耗下，不同的输入光功率对应的ASE的实际功率值，从图2中可以看出：在小信号工作区域内的输入光功率点和高输入光功率点，开泵未放大输入功率和带外ASE的功率计算值可能会相差几个dB，随着社会的发展，这些小的差异会随之无限放大，特别是对拉曼光谱的使用精度要求越来越高时，并且会严重劣化拉曼增益和斜率的锁定精度，通过测试的方法，明确输入光功率对拉曼目标增益和斜率的锁定精度的影响不可忽略，通过定标的方式，将输入光功率这一影响因素加入前级反馈公式，以及带外ASE期望公式进行修正，使得利用公式所计算的带外ASE期望功率更加接近真实值(理想状态下，所有影响带外ASE的潜在因素和已知因数都考虑在内，并利用合理的方法进行定标，获取ASE实际功率公式)，可以有效的避免因输入光功率的变化对拉曼目标增益和斜率的锁定所造成的劣化问题。

步骤204：若泵浦的带外ASE未锁定，则通过后级反馈控制，获取泵浦的增益补偿量、斜率补偿量和输入光功率补偿量，并引入前级反馈期望输出功率和带外ASE期望功率公式进行重新计算；

所述后级反馈控制的控制目标是控制泵浦的带外ASE功率，以及如何进行补偿量的设定，通过判断带外ASE实际功率是否达到带外ASE期望功率，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，则需要对当前控制的增益、斜率和输入光功率补偿量进行调节，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，通过步进调整模块输出斜率补偿量Δtilt，以及输入光功率系数步进的方式调整输入光功率补偿量ΔInput进而补偿到增益、斜率和输入光功率上，改变前级反馈计算结果，即根据mw＝f(Gain+ΔGain，Tilt+ΔTilt，Input+ΔInput)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，不仅对前级反馈算法控制进行补偿，还对期望带外ASE的控制进行补偿，将后级反馈的增益补偿量Δgain、斜率补偿量Δtilt和输入光功率补偿量Δinput，同时带入ASE功率公式中去进行对应的补偿，即根据expect_ase＝g(Gain+ΔGain，Tilt+ΔTilt，Input+ΔInput)重新计算得到当前各个泵浦的带外ASE期望功率，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前级反馈控制和后级反馈控制，直到泵浦的带外ASE实际功率与对应的带外ASE期望功率锁定为止，以实现目标增益和目标斜率的锁定。

对于每个泵浦，前级反馈控制和后级反馈控制可形成闭环反馈控制结构，具体为：在步骤204中重新前级反馈计算得到泵浦的期望输出功率后，前级反馈按照重新计算结果重新设置新一轮的目标增益和目标斜率，并重新实现泵浦光功率的锁定，然后重复判断后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前级反馈和后级反馈；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的锁定。

其中，在本发明实施例中，前级反馈控制以及后级反馈控制均采用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。

为了避免增益、斜率或输入光功率调节过快造成的过冲或欠冲，对于每个泵浦，在开泵后设置目标增益、目标斜率和输入光功率时，均以步进的方式进行调节。对于目标增益和目标斜率而言，将增益从零调制至目标增益，将斜率从零调制至目标斜率，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。但对于输入光功率而言实际上调节的是输入光功率的影响因子，由于拉曼光纤放大器的特点，输入功率是无法预知的，可能进行缓慢变化，也可能进行突变，相应的变化都会引起相应的瞬态效果，通过引入输入光功率补偿，以开泵未放大输入光功率与关泵时的输入功率间的差值，并通过差值与目标增益拟合得出输入光功率的影响因子。由于目标增益变化也会导致输入光功率影响因子的变化，因此在实际控制的过程中，通常采取步进的方式调节该影响因子，本发明步进影响因子也属于步进的方式。

进一步，在所述采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率之前，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；

则在采用前级反馈公式计算出每个泵浦的前级反馈期望输出功率之后，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。

对于每个泵浦而言，采用前级反馈公式和带外ASE期望功率公式，计算相应泵浦的前级反馈期望输出功率和带外ASE期望功率时，都是理论值，都是在不考虑插入损耗的前提下进行的，即插入损耗为0的理想前提下，对前级反馈公式和带外ASE期望功率公式进行定标。但在实际应用中，光纤接入端面耦合连接，以及光纤传输损耗受高低温和老化等因素都会存在插入损失，若不进行补偿，仍采用前级反馈公式(不考虑插入损失的前级反馈公式)进行控制，当插损较大时实际控制的增益和斜率就会存在很大的偏差，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相应的插损补偿控制，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。在采用前级反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级反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。值得注意的是，为了避免目标增益、目标斜率和输入光功率可能对本发明的插入损失产生一定的影响，在条件允许的情况下，在循环进行前级反馈控制和后级反馈控制直至最终实现带外ASE功率锁定的过程中，在每次进行前级反馈之前可以计算出当前状态下的插损，并将相应的插入损失补偿到前级反馈公式和带外ASE期望功率公式。

在本发明实施例中，对增益的反馈补偿可以分为泵浦输出功率的补偿阶段和带外ASE功率补偿阶段，对于带外ASE功率补偿是由于在定标前级反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，重新进行前级反馈计算。但是如果带外ASE期望功率的计算公式(即ASE功率公式)的定标存在误差，即使带外ASE实际功率达到了带外ASE期望功率而实现锁定，由于公式本身是通过定标得到的，同样也会存在增益偏差。

由于带外ASE功率补偿是由于在定标前级反馈公式时定标的相关参数存在误差导致的，考虑到带外ASE期望功率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功率公式的定标存在偏差，需要进行增益补偿，这个补偿则是泵浦输出功率的补偿阶段的补偿。具体为：设定相应的目标增益后，根据不同增益点，不同输入光功率的误差拟合曲线，确定当前设置增益点对应的增益补偿量和输入光功率的补偿量，并以该增益补偿量和输入光功率的补偿量对当前设置的目标增益和输入光功率进行补偿，以便后续在前级反馈公式和ASE功率公式中计算使用，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，并在每个固定增益点下给定M组不同输入光功率，分别计算出每个固定增益点，不同输入光功率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，不同输入光功率的误差拟合曲线；其中，N≥3，M≥3；

则在给定出设置的目标增益和输入光功率后，根据所述误差拟合曲线确定当前目标增益点对应的增益补偿量，以及当前输入光功率点对应的输入光功率补偿量，并以该增益补偿量对当前的目标增益进行补偿，以该输入光功率补偿量对当前的输入光功率进行补偿，以便后续在前级反馈公式和带外ASE期望功率公式计算中使用。

在本发明实施例中，对斜率的反馈补偿可以在带外ASE功率补偿阶段基础上进行一次性的补偿，这是由于斜率补偿量、增益补偿量与输入光功率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、前级反馈公式定标、ASE功率公式定标、前级反馈控制定标、后级反馈控制定标、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。

前级反馈公式定标：除去插入损耗对前级反馈和后级反馈的影响，影响本发明的前级反馈公式的因素为增益、斜率和输入功率，采取控制变量的方式对前级反馈公式进行定标，具体为：在当前斜率，当前输入光功率下，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；在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦在不同输入光功率下的输出功率，然后进行曲线拟合；然后根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前级反馈公式mw＝f(Gain，Tilt，Input)中相关参数，进而完成前级反馈公式的定标。

ASE功率公式定标：所述ASE功率公式也需要根据斜率进行定标，具体为：对于每个泵浦，所述带外ASE期望功率公式需预先根据斜率进行定标，具体为：

在当前斜率，当前输入光功率下，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；

在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同输入光功率下的带外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功率公式expect_ase＝g(Gain，Tilt，Input)中的相关参数，进而完成ASE功率公式的定标。

前级反馈控制定标：进入APC模式，即功率模式，设置每个泵浦的期望输出功率，调整前级反馈控制中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期望输出功率，从而使前级反馈控制生效。

后级反馈控制定标：进入AGC模式，设置每个泵浦的期望增益和期望斜率，调整后级反馈控制中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(即带外ASE期望功率)，后级反馈调用了前级反馈进行控制，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，提高了增益和斜率和输入光功率精度，有良好的瞬态特性，并且可移植性高。

综上所述，本发明在现有的基础上引入输入光功率，通过输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的期望功率值的影响，对前级反馈公式和带外ASE期望功率公式进行修正，并采用前级反馈结合多闭环反馈控制的结构，通过修正后的前级反馈公式计算并调节泵浦的实际输出功率可实现泵浦功率的快速锁定，通过后级反馈可借助修正后的带外ASE的控制实现增益、斜率和输入光功率的自动补偿调节以及锁定，有效的解决了小信号工作区域内，输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的计算影响，所造成严重劣化拉曼目标增益和斜率的锁定精度的问题。

实施例2:

本发明在实施例1的基础上，还提出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控制调节。

如图3所示，本发明实施例提供的控制系统包括：前级反馈计算模块、泵浦功率计算模块、前级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、后级反馈控制模块，以及一个或多个泵浦；

其中，所述前级反馈计算模块用于根据当前设置的增益、斜率和输入光功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；所述前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、斜率和输入光功率计算出每个泵浦的带外ASE期望功率；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带外ASE实际功率；所述后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、斜率补偿和输入光功率补偿，并反馈给所述前级反馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块。值得注意的是，PD探测模块设置有2个，分别用来探测泵浦光功率和带外ASE实际功率。

本发明在现有的基础上引入输入光功率，通过输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的期望功率值的影响，对前级反馈公式和带外ASE期望功率公式进行修正，并采用前级反馈结合多闭环反馈控制的结构，通过修正后的前级反馈公式计算并调节泵浦的实际输出功率可实现泵浦功率的快速锁定，通过后级反馈可借助修正后的带外ASE的控制实现增益、斜率和输入光功率的自动补偿调节以及锁定，有效的解决了小信号工作区域内，输入光功率对开泵未放大输入光功率和泵浦带外ASE的计算影响，所造成严重劣化拉曼目标增益和斜率的锁定精度的问题。

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多维补偿的控制方法，其特征在于，包括：

根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率，并通过PD探测得到每个泵浦的实际输出功率；

调节每个泵浦的实际输出功率，将每个泵浦的实际输出功率与对应的前级反馈期望输出功率锁定；

根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用带外ASE期望功率公式计算出每个泵浦的带外ASE期望功率，并通过PD探测得到每个泵浦的带外ASE实际功率；

若泵浦的带外ASE未锁定，则通过后级反馈控制，获取泵浦的增益补偿量、斜率补偿量和输入光功率补偿量，并引入前级反馈期望输出功率和带外ASE期望功率公式进行重新计算；

对每个泵浦重复进行前级反馈控制和后级反馈控制，直到泵浦的带外ASE实际功率与对应的带外ASE期望功率锁定为止，以实现目标增益和目标斜率的锁定。

2.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，其特征在于，在所述采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率之前，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；

则在采用前级反馈公式计算出每个泵浦的前级反馈期望输出功率之后，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多维补偿的控制方法，其特征在于，在所述根据目标增益、目标斜率和输入光功率，采用前级反馈公式计算得到每个泵浦的前级反馈期望输出功率之前，还包括：

在AGC模式下设定N个固定增益点，并在每个固定增益点下给定M组不同输入光功率，分别计算出每个固定增益点，不同输入光功率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，不同输入光功率的误差拟合曲线；其中，N≥3，M≥3；

则在给定出设置的目标增益和输入光功率后，根据所述误差拟合曲线确定当前目标增益点对应的增益补偿量，以及当前输入光功率点对应的输入光功率补偿量，并以该增益补偿量对当前的目标增益进行补偿，以该输入光功率补偿量对当前的输入光功率进行补偿，以便后续在前级反馈公式和带外ASE期望功率公式计算中使用。

4.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，在设置目标增益、目标斜率和输入光功率时，均以步进的方式进行调节。

5.根据权利要求1所述的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，所述前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。

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

在当前斜率，当前输入光功率下，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；

在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦在不同输入光功率下的输出功率，然后进行曲线拟合；

根据拟合曲线定出每个泵浦对应的前级反馈公式中相关参数，进而完成前级反馈公式的定标。

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

在当前斜率，当前输入光功率下，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；

在当前斜率，当前增益下，定出每个泵浦的泄露因子以及在不同输入光功率下的带外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功率公式中的相关参数，进而完成ASE功率公式的定标。

8.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，在进行前级反馈控制之前，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，调整前级反馈控制中PID反馈算法的比例参数、微分参数和调节周期，使每个泵浦的实际输出功率均能够稳定锁定至期望输出功率，从而使前级反馈控制生效。

9.根据权利要求1-5任一所述的拉曼光纤放大器多维补偿的控制方法，其特征在于，对于每个泵浦，在进行后级反馈控制之前，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，并设置输入光功率，调整后级反馈控制中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、斜率和输入光功率的补偿实现带外ASE功率的锁定。

10.一种拉曼光纤放大器多维补偿的控制系统，其特征在于，包括：前级反馈计算模块、泵浦功率计算模块、前级反馈控制模块、期望带外ASE计算模块、实际带外ASE计算模块、后级反馈控制模块，以及一个或多个泵浦；

其中，所述前级反馈计算模块用于根据当前设置的增益、斜率和输入光功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；所述前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、斜率和输入光功率计算出每个泵浦的带外ASE期望功率；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带外ASE实际功率；所述后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、斜率补偿和输入光功率补偿，并反馈给所述前级反馈计算模块和所述期望带外ASE计算模块。

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