CN115333632B - 激光器与soa的联合光功率控制方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器与SOA的联合光功率控制方法，包括：(1)根据目标期望P‑soa数值，确定目标功率参数在控制参数路径单元数组内的索引号i；(2)根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I‑soa[i]和激光器功率参数I‑ld[i]；(3)设置完成后测量当前的集成组件内部光信号强度反馈P‑soa‑2数值；(4)依据光信号强度反馈P‑soa‑2数值与光信号强度P‑soa的对应关系，根据当前光信号强度反馈P‑soa‑2数值，计算得到当前实际的P‑soa数值；(5)如果当前实际的P‑soa数值小于目标期望P‑soa数值，则i＝i+1；反之如果当前实际的P‑soa数值大于目标期望P‑soa数值，则i＝i‑1；(6)重复步骤(2)至(5)，直到新的设置指令抵达。本发明还提供了相应的激光器与SOA的联合光功率控制装置。
Description
技术领域
本发明属于光接入技术领域，更具体地，涉及一种激光器与SOA的联合光功率控制方法与装置。
背景技术
无源光网络(PON，Passive Optical Network)系统的主要技术挑战来源于功率预算，例如：ITU标准通常要求PON系统功率预算不低于29dB。光分布网络(ODN，OpticalDistribution Network)的高分光比特征和光纤传输损耗是造成PON系统功率预算居高不下的主要原因。
随着PON系统单通道接入速率的不断提升，用户接收端光电探测器的灵敏度极限逐步下降，系统需要在发射端提供更高的发送光功率。如在单通道50G-PON系统中，光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)侧的出光功率指标要求已远大于现有电吸收调制激光器出光强度的能力范畴，需要在OLT发送端集成半导体激光放大器(SOA，SemiconductorOptical Amplifier)以实现期望的出光功率。
将激光器与SOA进行集成，集成组件的前端是激光器，用于产生激光并进行光信号的调制；集成组件的后端是SOA，用于对调制后的光信号进行再放大。激光器与SOA进行集成的好处是能够进一步提升系统发送光功率。但是，仍然有一些问题需要解决，例如：SOA放大后的出光功率不仅取决于自身的工作电流大小，还受到前端激光器的出光功率影响。如果SOA长时间保持较大的放大增益或者激光器长时间保持较大的出光功率，都会造成单个芯片/器件的损伤，从而导致系统整体性能下降。因此,系统需要在SOA增益参数与激光器的功率参数之间进行优化，既满足系统的出光功率要求，又要保障芯片/器件使用寿命。最后，系统还需要考虑如何实现快速精准的光功率控制。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光器与SOA的联合光功率控制方案，其目的在于在SOA增益参数与激光器的功率参数之间进行优化时，既满足系统的出光功率要求又保障芯片/器件使用寿命，并且系统还能实现快速精准的光功率控制。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光器与SOA的联合光功率控制方法，所述方法包括如下步骤：
(1)根据目标期望P-soa数值，确定目标功率参数在控制参数路径单元数组内的索引号i；
(2)根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I-soa[i]和激光器功率参数I-ld[i]；
(3)设置完成后测量当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值；
(4)依据预先测量得到的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值与经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的对应关系，根据当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值，计算得到当前实际的P-soa数值；
(5)如果当前实际的P-soa数值小于目标期望P-soa数值，则i＝i+1；反之，如果当前实际的P-soa数值大于目标期望P-soa数值，则i＝i-1；
(6)重复步骤(2)至(5)，直到新的设置指令抵达。
本发明的一个实施例中，所述控制参数路径单元数组是在SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出三维模型中基于最大梯度准则进行参数路径搜寻得到。
本发明的一个实施例中，所述SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出三维模型为三维坐标系(I-soa，I-ld，P-soa)，SOA的输出光功率呈Mesh分布，其中SOA增益参数表示为I-soa，激光器功率参数表示为I-ld，SOA的输出光功率表示为P-soa。
本发明的一个实施例中，SOA工作电流的范围是[I-soa-MIN，I-soa-MAX]，这里I-soa-MIN表示SOA的截止工作电流，SOA在截止工作电流下呈断路态，I-soa-MAX表示SOA的阈值工作电流，SOA在阈值工作电流下呈饱和态。
本发明的一个实施例中，激光器工作电流的范围是[I-ld-MIN，I-ld-MAX]，这里I-ld-MIN表示激光器的截止工作电流，激光器在截止工作电流下不发光，I-ld-MAX表示激光器的阈值工作电流，激光器在阈值工作电流下呈饱和态。
本发明的一个实施例中，所述基于最大梯度准则进行参数路径搜寻，具体包括：以最小P-soa处为起点，在(±delta-I-soa，±delta-I-ld)范围内寻找P-soa梯度最大方向；这里，delta-I-soa和delta-I-ld分别表示在(I-soa，I-ld)两个维度方向上的最小搜寻步长，以此类推直到搜寻到P-soa最大值，记录在梯度搜寻过程中所有遍历的(I-soa，I-ld)光功率控制参数数值，将这些数值形成数组以形成最终的控制参数路径单元数组，其中每个单元表示为(I-soa[i],I-ld[i],P-soa[i])，其中i表示该单元在数组内的索引号。
本发明的一个实施例中，激光器与SOA进行集成，集成组件的前端是激光器，用于产生激光并进行光信号的调制；集成组件的后端是SOA，用于对调制后的光信号进行放大；集成组件内部含光信号强度反馈值P-soa-2，对应SOA的输出光信号。
本发明的一个实施例中，在光模块生产校正阶段，在记录经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的同时还需要记录集成组件内部的光信号强度反馈值P-soa-2，以在实际应用过程中实现光信号强度反馈值P-soa-2与实际光功率数值的对应关系。
本发明的一个实施例中，根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I-soa[i]和激光器功率参数I-ld[i]，具体为：基于(1)中的i找到控制参数路径单元数组中对应的I-soa[i],I-ld[i]来设定。
按照本发明的另一方面，还提供了一种激光器与SOA的联合光功率控制装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成上述的激光器与SOA的联合光功率控制方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明基于优化的激光器功率参数与SOA增益参数，实现高出光功率，同时还保障了光芯片/器件的使用寿命；
(2)本发明基于计算所得光功率控制参数路径单元数组，能够实现快速精准的光功率控制效果。
附图说明
图1是本发明实施例中SOA输出光功率在三维坐标系中的Mesh分布示意图；
图2是本发明实施例中SOA增益参数与激光器功率参数联合输出模型测量的实施例图；
图3是本发明实施例中激光器功率参数与SOA增益参数的联合光功率控制方法流程示意图。
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。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。
针对以上提到的激光器与SOA联合情况，本发明提出了一种激光器功率参数与SOA增益参数的联合光功率控制方法。所提方法包括以下几方面关键技术：
首先，如图1所示，本发明提出了一种激光器功率参数与SOA增益参数的联合输出模型，该模型为三维Mesh模型，并可通过最大梯度准则计算三维Mesh模型中的最优光功率路径控制参数单元数组。
其中，SOA增益参数表示为I-soa，即：SOA的工作电流。SOA工作电流的范围是[I-soa-MIN，I-soa-MAX]，这里I-soa-MIN表示SOA的截止工作电流，SOA在截止工作电流下呈断路态。I-soa-MAX表示SOA的阈值工作电流，SOA在阈值工作电流下呈饱和态，进一步增加其工作电流会严重损害SOA器件性能。激光器功率参数表示为I-ld，即：激光器的工作电流。激光器工作电流的范围是[I-ld-MIN，I-ld-MAX]，这里I-ld-MIN表示激光器的截止工作电流，激光器在截止工作电流下不发光。I-ld-MAX表示激光器的阈值工作电流，激光器在阈值工作电流下呈饱和态，进一步增加其工作电流会严重损害激光器性能。SOA的输出光功率表示为P-soa。
如图2所示，为本发明实施例中SOA增益参数与激光器功率参数联合输出模型测量的实施例图，激光器与SOA进行集成得到集成组件，集成组件的前端是激光器，用于产生激光并进行光信号的调制；集成组件的后端是SOA，用于对调制后的光信号进行放大；集成组件内部含光信号强度反馈(P-soa-2)，对应集成组件中SOA的光信号强度反馈值。由于光信号经过SOA芯片放大后会产生较大的ASE噪音，需在集成组件后接光窄带滤波器(如：4nm波长范围)，滤波器中心波长与激光器中心波长相同。经过窄带滤波后，光信号强度由PON光功率计进行测量得到P-soa。需要注意的是，这里的P-soa应为经过窄带滤波后的光信号强度，而非集成组件内部SOA输出的光信号强度反馈值P-soa-2。
如前所述，I-soa的测量范围为：[I-soa-MIN，I-soa-MAX]，I-soa的测量步长为：delta-I-soa；I-ld的测量范围为：[I-ld-MIN，I-ld-MAX]，I-ld的测量步长为：delta-I-ld。基于以上I-soa/I-ld的测量范围以及测量步长，控制器逐个记录光功率控制参数(I-soa，I-ld)及其所对应的P-soa光功率测量数值，最终得到SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出模型。在记录经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的同时，还需要记录集成组件内部的光信号强度反馈值P-soa-2，以得到集成组件内部SOA输出的光信号强度反馈值P-soa-2与经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的对应关系。
对于如何测量经过窄带滤波后的光信号强度P-soa，以及集成组件内部的光信号强度反馈值P-soa-2，及他们之间的对应关系，说明如下：
在阶段一(光模块生产校正阶段)，P-soa是可以之间通过光功率计读取的；在阶段二(实际应用过程中)，光模块是连接用户的，因此不可能使用功率计来读取，那么需要通过内部的P-soa-2来反向推到出来实际的P-soa值。所以在阶段一，记录P-soa和P-soa-2的对应关系；在阶段二，通过P-soa-2的值反向推导P-soa。
其次针对高速无源光网络应用需求，提出了一种用于测量所提激光器功率参数与SOA增益参数联合输出模型的测量方法；
进一步地，本发明还提出了基于计算所得光功率控制参数路径单元数组的光功率控制方法。在三维坐标系(I-soa，I-ld，P-soa)中，SOA的输出光功率呈Mesh分布，如图1所示。通常情况下，针对某个特定的SOA输出光功率数值P-soa，存在多个对应(I-soa，I-ld)光功率控制参数。通过最大梯度准则，可以计算出Mesh分布下的最优参数路径，具体如下：
一种基于最大梯度准则的参数路径搜寻实施例：以最小P-soa处为起点，在(±delta-I-soa，±delta-I-ld)范围内寻找P-soa梯度最大方向。这里，delta-I-soa和delta-I-ld分别表示在(I-soa，I-ld)两个维度方向上的最小搜寻步长。以此类推，直到搜寻到P-soa最大值。记录在梯度搜寻过程中所有遍历的(I-soa，I-ld)光功率控制参数数值，将这些数值形成数组以形成最终的控制参数路径单元数组。
通过测量得到SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出模型，基于该联合输出模型再通过上述最大梯度准则算法，可以得到最优光功率的控制参数路径单元数组。该路径可以表示为一个单元数组，其中每个单元可以表示为(I-soa[i],I-ld[i],P-soa[i])，其中i表示该单元在数组内的索引号。基于该单元数组，系统能够实现快速精准的光功率控制并保障光器件的使用寿命。
如图3所示，是本发明实施例中激光器功率参数与SOA增益参数的联合光功率控制方法流程示意图，所述方法包括：
(1)根据目标期望P-soa数值，确定目标功率参数在控制参数路径单元数组内的索引号i；
(2)根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I-soa[i]和激光器功率参数I-ld[i]，设置完成后测量当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值；
即，基于(1)中的i找到控制参数路径单元数组中对应的I-soa[i],I-ld[i]来设定；
(3)依据预先测量得到的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值与实际P-soa数值的对应关系，根据当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值，计算得到当前实际的P-soa数值；
(4)如果当前实际的P-soa数值小于目标期望P-soa数值，则i＝i+1；反之，如果当前实际的P-soa数值大于目标期望P-soa数值，则i＝i-1；
(5)重复步骤(2)至(4)，直到新的设置指令抵达。
需要说明的是，在上述方案中，涉及到几个不同的P-soa值的概念：目标期望P-soa数值，光信号强度反馈P-soa-2数值，实际P-soa数值，当前实际的P-soa数值，在此对其进行详细解释以避免混淆：
光信号强度反馈P-soa-2数值，实际P-soa数值，是指在前述阶段一(光模块生产校正阶段)测量得到的两个值；
而目标期望P-soa数值，是我们在在阶段二(实际应用过程中)期望最终得到的集成组件经过窄带滤波后的光信号强度，是我们的一个期望数值；
由于在阶段二(实际应用过程中)无法直接测得当前实际的P-soa数值，只能依据预先测量得到的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值与经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的对应关系，根据当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值，计算得到当前实际的P-soa数值；最终通过不断调整让当前实际的P-soa数值等于或者无限趋近于目标期望P-soa数值。
进一步地，本发明还提供了一种激光器与SOA的联合光功率控制装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成上述激光器与SOA的联合光功率控制方法。
本领域的技术人员容易理解，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 (9)
1.一种激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）根据目标期望P-soa数值，确定目标功率参数在控制参数路径单元数组内的索引号i；所述控制参数路径单元数组是在SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出三维模型中基于最大梯度准则进行参数路径搜寻得到；
（2）根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I-soa[i]和激光器功率参数I-ld[i]；
（3）设置完成后测量当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值；
（4）依据预先测量得到的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值与经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的对应关系，根据当前的集成组件内部光信号强度反馈P-soa-2数值，计算得到当前实际的P-soa数值；
（5）如果当前实际的P-soa数值小于目标期望P-soa数值，则i = i+1；反之，如果当前实际的P-soa数值大于目标期望P-soa数值，则i = i-1；
（6）重复步骤（2）至（5），直到新的设置指令抵达。
2.如权利要求1所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，所述SOA增益参数与激光器功率参数的联合输出三维模型为三维坐标系（I-soa，I-ld，P-soa），SOA的输出光功率呈Mesh分布，其中SOA增益参数表示为I-soa，激光器功率参数表示为I-ld，SOA的输出光功率表示为P-soa。
3.如权利要求2所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，SOA工作电流的范围是[I-soa-MIN，I-soa-MAX]，这里I-soa-MIN表示SOA的截止工作电流，SOA在截止工作电流下呈断路态，I-soa-MAX表示SOA的阈值工作电流，SOA在阈值工作电流下呈饱和态。
4.如权利要求2所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，激光器工作电流的范围是[I-ld-MIN，I-ld-MAX]，这里I-ld-MIN表示激光器的截止工作电流，激光器在截止工作电流下不发光，I-ld-MAX表示激光器的阈值工作电流，激光器在阈值工作电流下呈饱和态。
5.如权利要求2所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，所述基于最大梯度准则进行参数路径搜寻，具体包括：以最小P-soa处为起点，在（±delta-I-soa，±delta-I-ld）范围内寻找P-soa梯度最大方向；这里，delta-I-soa和delta-I-ld分别表示在（I-soa，I-ld）两个维度方向上的最小搜寻步长，以此类推直到搜寻到P-soa最大值，记录在梯度搜寻过程中所有遍历的（I-soa，I-ld）光功率控制参数数值，将这些数值形成数组以形成最终的控制参数路径单元数组，其中每个单元表示为（I-soa[i], I-ld[i], P-soa[i]），其中i表示该单元在数组内的索引号。
6.如权利要求1所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，激光器与SOA进行集成，集成组件的前端是激光器，用于产生激光并进行光信号的调制；集成组件的后端是SOA，用于对调制后的光信号进行放大；集成组件内部含光信号强度反馈值P-soa-2，对应SOA的输出光信号。
7.如权利要求6所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，其特征在于，在光模块生产校正阶段，在记录经过窄带滤波后的光信号强度P-soa的同时还需要记录集成组件内部的光信号强度反馈值P-soa-2，以在实际应用过程中实现光信号强度反馈值P-soa-2与实际光功率数值的对应关系。
8.如权利要求1所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法，根据控制参数路径单元数组，设置SOA增益参数I-soa[i]和激光器功率参数I-ld[i]，具体为：
基于（1）中的i找到控制参数路径单元数组中对应的I-soa[i],I-ld[i]来设定。
9.一种激光器与SOA的联合光功率控制装置，其特征在于：
包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储能被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成权利要求1-8中任一项所述的激光器与SOA的联合光功率控制方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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