CN1303469C - 光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈调控方法 - Google Patents

Abstract

光纤拉曼放大器(FRA)功率和增益谱的动态反馈调控方法属于高速宽带光纤通信与光放大器技术领域，其特征在于：它从波分复用(WDM)工程系统中FRA的实际工作状态出发，利用微扰理论和近似方法建立多波长泵浦光功率调整量与FRA增益谱变化量相依关系的简单矩阵算法，得到一个便于实验测量的相关线性矩阵；再根据监测的视在增益谱偏离标的增益谱的差值，通过此矩阵计算出泵浦光功率的相应调整值，从而在大的动态范围内实现FRA功率和增益谱的在线动态反馈调控。它具有实现容易、调整时间短、适应性强、功耗低、设备简单等优点。

Description

光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈调控方法

技术领域

光纤拉曼放大器(FRA)功率和增益谱的动态反馈调控方法属于高速宽带光纤通信与光放大器技术领域，特别涉及使用FRA的波分复用(WDM)光纤通信网络中信道增益谱和功率谱的动态均衡。

背景技术

随着近年来数据、语音、图像、多媒体等多种通信业务的迅猛增长，WDM光通信系统传输容量不断升级。作为新一代的光放大技术，FRA以其独具的低噪声、宽频带、工作波段可调的优异特性而显示出在高速、大容量、长距离DWDM光纤通信网络中诱人的应用前景。近年来，大功率泵浦激光源的技术突破有力地推动了FRA的研发进展，它的工程实用化进程越来越受到关注，已成为近年来国内外研发“热点”。

FRA的工作原理与EDFA完全不同，它是利用高功率激光泵浦传输光纤自身的非线性光学效应—受激拉曼散射(SRS)—将光信号直接放大。比如，将14××nm波段的泵浦光注入常规石英传输光纤，即可在15××nm波段获得光增益。

图1给出一个反向泵浦的分布式FRA光路结构。采用波长分别为1425、1433、1463和1493nm的4支激光二极管(LD)作泵浦源，通过多波长合波器(MWB)合成一束，经分光耦合器(1：99DC11)的111-114端直通，再经波分复用耦合器(WDM)的121-123端耦合注入到100km传输光纤(SMF)，激发光纤中的SRS，15××nm波段的信号光从传输光纤的F1端输入，并在传播途中获得分布拉曼放大，放大的信号光经WDM12的123-122端直通从F2端输出，由光谱仪(OSA12)监测信号光输出功率谱。从1：99DC11的113端引出1％的泵浦光，由光谱仪(OSA11)监测泵浦光输出功率谱。

与EDFA相比，FRA具有以下重要特点：

1、FRA的工作波段决定于泵浦波长，用适当波长的泵浦光可在光纤的整个传输带宽范围(1292-1660nm)内实现宽带光放大，易于扩展新的通信波段。

2、FRA具有较宽的增益谱，单个波长泵浦的本征拉曼增益谱平坦范围约20nm，采用适当功率配比的多个波长泵浦可将增益谱进一步展宽。

3、FRA是一种伴随泵浦光沿光纤产生增益的分布放大器，具有很好的噪声特性，有助于增加段间距、延长传输链路以及便于旧系统的容量升级。

现今的WDM光通信系统的典型传输带宽为32nm(C波段)或80nm(C+L波段)。对于系统中使用的FRA，不仅要求它的增益谱在整个传输带宽范围内起伏尽可能小，还要求具有对增益谱进行在线调整、特别是动态调控的功能。例如：在WDM光通信网络的工程实施中，需要调整光放大器因设计参数与实际应用条件的差异而造成的增益谱偏离；在网络运行中，进入节点放大器的信道数可能随信道的上/下或网络的重构而增减，信道功率也可能因路由路径的不同而涨落，都将导致节点光放大器增益谱或输出功率谱的动态畸变；另外，当系统升级或传输线路维护时，信道数目和功率的变化也会造成增益谱的改变。因此，光放大器增益谱或输出功率谱的在线调整、特别是动态调控是WDM光传输网络实用化必须解决的关键技术问题。

目前，多波长泵浦FRA功率和增益谱调整技术有两类：

1、系统信道功率谱集总均衡：在传输系统中适当安插损耗谱形可调的宽带光学滤波器(称为动态增益均衡器(DGE)，如级联光纤声光滤波器，级联液晶F-P滤波器等)，对多级级联放大后畸变的信道功率谱进行整形，使各信道功率保持均衡。目前，DGE已在实验系统中常用。然而，DGE会引入大的插入损耗(～10dB)，不仅影响传输系统的噪声特性，且价格昂贵，还必须配置光放大器以补偿其附加损耗。因此，DGE一般用于长距离传输系统或环路传输实验中，对多个光节点同时进行调控，不便随FRA逐个模块安装。

2、FRA信道增益谱自动均衡：在FRA中监测某几个信道的功率或放大的自发拉曼散射(ASRS)输出光谱，用监测到的信道光功率或ASRS谱变化量反馈控制泵浦光功率，对多波长泵浦的增益谱形进行调整。然而，因监测量由多个泵浦光功率共同决定，反馈方法的收敛性难以确定；另外，通过反馈控制的增益谱调整速度受到限制，难以用于要求高速调控的系统。因此，虽然这种技术在掺铒光纤放大器(EDFA)产品中已广泛使用，但用到多个波长泵浦的FRA中却遇到很大的困难。

光放大器增益谱在线调整的物理实质是通过调整泵浦光功率使其在动态运行中的视在增益谱恒定在设定的标的增益谱水平。这对于常规EDFA来说相对比较容易，因为EDFA的增益谱完全由掺铒光纤的粒子数反转度决定，只要确定标的增益谱对应的粒子数反转度，根据视在增益谱的变化适当调整泵浦光功率，控制粒子数反转度不变即可保持增益谱的恒定。然而，FRA增益谱的成型机制与EDFA根本不同：第一、FRA并不存在“粒子数反转度”这样的物理参照；第二、多波长泵浦FRA的增益谱由各泵浦波长的增益谱叠加而成，而且在泵浦放大过程中还存在不同波长泵浦光之间以及信号光之间附加的SRS效应，使得各波长泵浦光对增益谱的贡献互不独立。因此，试图通过调整多个泵浦波长的光功率来实现FRA增益谱的在线调整是非常困难的，关键是要找到一种对FRA增益变化量与多波长泵浦光功率调整量的简单算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过调整多个泵浦波长的光功率来实现FRA功率和增益谱在线调整的光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈调控方法。

本发明的目的在于针对已有技术的不足之处，提出一种对FRA动态参量的简单矩阵算法，用以实现一种FRA增益谱在线动态调控的新技术。其基本思路是：从WDM工程系统中FRA的实际工作状态出发，利用微扰理论近似方法建立多波长泵浦光功率调整量与FRA增益谱变化量相依关系的简单矩阵算法，得到一个便于实验测量的相关线性矩阵；根据监测的视在增益谱偏离标的增益谱的差值，通过此矩阵计算出泵浦光功率的相应调整量，从而在大的动态范围内实现FRA增益谱的在线动态调控。

为阐明本发明关于FRA增益谱在线调控方法的工作原理，下面简述利用微扰理论方法建立泵浦光功率调整量与增益谱变化量相依关系的简单矩阵算法。

在实际应用中，FRA通常工作在小信号或近小信号状态，泵浦光功率沿光纤的分布主要取决于泵浦光间的相互作用。对于一个有N个泵浦波长的FRA，泵浦光沿光纤的传输规律可以写成以下矩阵形式：

$\frac{d{P}_p\left(z\right)}{\mathrm{dz}}=-{\mathrm{\α}}_p{P}_p\left(z\right)-[R_p\·P_p\left(z\right)]P_p\left(z\right)---\left(1\right)$

其中P_p(z)是一个代表泵浦光功率的N×1向量，α_p是一个代表泵浦光损耗的N×1向量，R_p是一个代表各泵浦光波长间拉曼增益系数的N×N矩阵。此外，定义一个代表泵浦光沿光纤积分(简称泵浦积分)的N×1向量： $I={\∫}_0^L{P}_p\left(z\right)\mathrm{dz},$ 在下面的分析中用来计算FRA的增益。

如果输入泵浦光功率改变一个小量ΔP_p，in，则P_p(z)和I将分别变为P_p(z)+ΔP_p(z)和I+ΔI。将P_p(z)+ΔP_p(z)代入(1)式，忽略ΔP_p(z)的二阶项，可得到一个关于ΔP_p(z)的线性齐次微分方程组：

$\frac{\mathrm{d\Δ}{P}_p\left(z\right)}{\mathrm{dz}}=-{\mathrm{\α}}_p\mathrm{\Δ}{P}_p\left(z\right)-[R_p\·P_p\left(z\right)]\mathrm{\Δ}{P}_p\left(z\right)-[R_p\·\mathrm{\Δ}{P}_p\left(z\right)]P_p\left(z\right)=A\left(z\right)\mathrm{\Δ}{P}_p\left(z\right)---\left(2\right)$

其中A(z)是一个N×N矩阵，代表光纤特性和视在增益下泵浦光功率沿光纤分布的影响。

ΔP_p(z)可以通过(2)式用正向欧拉法数值求解，取Δz为步长，则有

ΔP_p(0)＝ΔP_p，in

ΔP_p(Δz)＝ΔP_p(0)+A(0)ΔP_p(0)Δz＝[1+A(0)Δz]ΔP_p，in

ΔP_p(2Δz)＝ΔP_p(Δz)+A(Δz)ΔP_p(Δz)Δz＝[1+A(0)Δz]ΔP_p，in

...

ΔP_p[(k+1)Δz]＝ΔP_p(kΔz)+A(kΔz)ΔP_p(kΔz)Δz＝[1+A(kΔz)Δz][1+A(0)Δz]ΔP_p，in

...

于是，ΔI可以由下式计算

$\mathrm{\ΔI}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{P}_p\left(\mathrm{k\Δz}\right)\mathrm{\Δz}$

$=\{1+[1+A\left(0\right)\mathrm{\Δz}]+[1+A\left(\mathrm{\Δz}\right)\mathrm{\Δz}\left]\right[1+A\left(0\right)\mathrm{\Δz}]+\mathrm{L\; L}\}\mathrm{\Δz}\·\mathrm{\Δ}{P}_{p,\mathrm{in}}$

$=H\·\mathrm{\Δ}{P}_{p,\mathrm{in}}---\left(3\right)$

其中H是一个N×N矩阵，代表泵浦光功率变化和泵浦积分变化之间的线性关系。

FRA的增益谱由泵浦积分I决定，对于M个输入信道，增益谱可表示为

G_net＝-α_sL+T_SRS+4.343·R_p-s·I                            (4)

其中G_net是代表各信道净增益的M×1向量，α_s是各信道的损耗，R_p-s是一个代表信号光波长与泵浦光波长间拉曼增益系数的M×N矩阵，T_SRS是一个代表信道间SRS效应所致信道功率谱倾斜的M×1向量。在大多数应用中，FRA输出信号光功率远小于输入信号光功率，因而T_SRS主要由输入信号光功率决定，与FRA的增益无关。如果泵浦积分改变ΔI，则由(4)式得到相应的增益谱变化量为

ΔG_net＝4.343·R_p-s·ΔI                                    (5)

在增益谱的调整中，ΔG_net指在线FRA视在增益谱与标的增益谱之差。对应于ΔG_net的最优ΔI可以用线性最小二乘方法由(5)式得到

$\mathrm{\ΔI}={(4.343\·R_{p-s}^T\·\mathrm{\Δ}{R}_{p-s})}^{-1}\·R_{p-s}^T\·\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{net}}\≡R\·\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{net}}---\left(6\right)$

这里，最优的含义是指在最小二乘意义下的最优。R是一个N×M矩阵，代表视在增益谱与标的增益谱之差与最优泵浦积分调整量间的线性关系，它完全由传输光纤的拉曼增益系数决定。结合(3)、(6)两式，对于给定的标的增益谱，最优的泵浦光功率调整量可由下式计算：

ΔP_p，in＝∏·ΔG_net                                       (7a)

∏＝H^-1·R                                                 (7b)

其中∏是一个N×M矩阵，由R和H组成，其中R是一个完全由光纤特性决定的常矩阵，而H则与光纤特性和泵浦光功率沿光纤的分布都有关系，可利用(3)式算出。

(7)式表明，当在线FRA视在增益谱偏离标的增益谱ΔG_net时，为达到标的增益谱的最优泵浦光功率调整量ΔP_p，in与ΔG_net保持以П矩阵相关的线性关系，从而为FRA增益谱的调控提供了一个简单而完整的矩阵算法。

在实际情况下，注入传输光纤中的各波长泵浦光功率变化ΔP_p，in不便直接测量，而只能间接测量泵浦光功率电控参量的变化。在泵源的线性工作区，输出光功率P_p与相应的电控参量C_p(电流或电压)呈线性关系，则可将(7a)式改写成：

ΔC_p＝∏_d·ΔG_net或 ${\mathrm{\Π}}_d^{-1}\·\mathrm{\Δ}{C}_p=\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{net}}---\left(8a\right)$

∏_d＝K∏                                                (8b)

式中∏_d即为实验测得的相关矩阵，K为描述各波长泵浦光功率与电控参量的线性关系的常矩阵。

本发明所述方法的特征在于：它从波分复用(WDM)工程系统中FRA的实际工作状态出发，利用微扰理论和近似方法建立多波长泵浦光功率调整量与FRA增益谱变化量相依关系的简单矩阵算法，得到一个便于实际测量的相关线性矩阵；再根据监测视在增益谱偏离标的增益谱的差值，通过此矩阵计算出泵浦光功率的相应调整值，从而在大的动态范围内实现FRA功率和增益谱的在线动态反馈调控；它依次含有以下步骤。

(1)用实验方法测定视在增益谱与标的增益谱之差G_net与泵浦电控参量调整量C_p的线性相关矩阵∏_d：

(1.1)调整待测FRA各泵浦波长的功率配置，使其增益谱达到标的要求；

(1.2)调节某一泵浦波长λ_p，1的电控参量C_p，1以改变其光功率，但同时保持其他波长的光功率不变，得到C_p列矩阵中仅有的一个非零光素C_p，1；

(1.3)测出任选的特征信道视在增益的变化量ΔG_net，1；

(1.4)用下式计算∏_d ^-1矩阵的相应列；

${\mathrm{\Π}}_d^{-1}\·\mathrm{\Δ}{C}_p=\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{net}}$

(1.5)依此类推，逐个调整各泵浦波长λ_p，N的电控参量C_p，N以分别改变其光功率，使逐列测得完整的∏_d ^-1矩阵；

(1.6)对∏_d ^-1取逆得到∏_d；

(2)在线反馈调控FRA增益谱

(2.1)输入标的增益谱任选特征信道的增益值；上述测得的∏_d矩阵；

(2.2)用光监测模块(OPM)监测系统运行时特征信道的视在增益值并输入到FRA的控制电路系统；

(2.3)自动计算出增益偏离量ΔG_net；

判断ΔG_net＝0？；

若ΔG_net≠0，则通过控制软件中的∏_d矩阵计算出相应电控参量的调整量ΔC_p以调节各波长的泵浦光功率，再重复执行步骤(2.2)、(2.3)，再次判断ΔG_net是否为零；

若：ΔG_net＝0，则视在增益谱便恒定在标的增益谱的水平，程序终止。

所述方法的物理依据基于增益谱变化量与泵浦光功率变化量之间的线性相依关系，通过调整泵浦光功率实现对多波长泵浦FRA增益谱的调整，为FRA增益谱的在线动态调控提供了一种简单而有效的电控调泵方法。这种方法既适用于分布式FRA，也适用于分立式FRA。

所述方法基于(7a)式所示视在增益谱与标的增益谱之差ΔG_net与最优泵浦光功率调整量ΔP_p，in保持线性关系，其线性相关矩阵∏可根据R矩阵和H矩阵由(7b)式计算得出，其中R是一个完全由光纤特性决定的常矩阵，而H则与光纤特性和泵浦光功率沿光纤的分布都有关系，可由(3)式计算。

所述ΔG_net与ΔP_p，in的∏矩阵线性相关可通过实验测定ΔG_net与泵浦电控参量调整量ΔC_p的∏_d矩阵线性相关来等效。所述电控参量C_p视不同泵浦源输出光功率的电控机制而有所不同：对于半导体激光二极管(LD)泵源，所述各波长泵浦光功率的电控参量C_p是各LD的驱动电流(或电压)；对于光纤拉曼激光泵源，所述各波长泵浦光功率的电控参量C_p是相关波长光纤激光腔输出耦合比的控制电压。

所述∏_d矩阵的测定不要求监测整个信道增益谱的变化，可选择若干特征信道的增益变化量作为泵浦光功率调整的依据，以减少∏_d矩阵的维数。先调整待测FRA各泵浦波长的功率配置，使其增益谱达到标的要求；再调节某一泵浦波长的电控参量使ΔC_p列矩阵中只有一个非零元素，测出特征信道视在增益的变化量ΔG_net，由(8a)式计算∏_d ^-1矩阵的相应列；逐个调整各泵浦波长的电控参量而分别改变其光功率，则可逐列测得完整的∏_d ^-1，从而得到∏_d矩阵。将测得的∏_d矩阵写入FRA的控制软件中。

试验证明：本方法具有适应性强，调整时间短，设备简单，成本低的优点。

附图说明

图1是本发明实施例反向泵浦分布式FRA的光路结构示意图。

图2是本发明实施例∏_d矩阵测量过程中逐个改变各波长泵浦光功率的增益谱。

图3是本发明实施例由实测的∏_d矩阵计算不同标的增益对应的各波长泵浦光功率。

图4是本发明实施例用图3所得各波长泵浦光功率—平均光增益关系调整的增益谱。

图5是本发明实施例用∏_d矩阵二次反馈调整的实测增益谱。

图6是利用本发明∏矩阵算法对FRA进行增益谱和功率谱动态调控的计算结果，

(a)FRA增益谱的动态调控，

(b)FRA功率谱的动态调控。

图7是本发明的硬件原理框图。

图8是本发明中单片机的程序流程图。

具体实施方式

利用相关∏矩阵算法结合图7、图8对FRA功率和增益谱进行调控的具体方法如下：

1、∏矩阵的实验测定：虽然П矩阵可以根据光纤参量及泵浦条件理论计算得到，但从实际应用来说，根据(7a)式通过实验直接测量ΔG_net和ΔP_p，in来确定∏矩阵更为简便和有效。这里要说明的是：

—在ΔG_net的实际测量中，并不要求也不便于监测整个增益谱的变化，只需选择若干特征信道的增益变化量作为泵浦光功率调整的依据。这样，可减少∏矩阵的维数M，使测量与计算量大大减少。例如，对于一个采用4个波长泵浦的FRA，如监测4个特征信道的增益变化，则П便简化为一个4×4的矩阵。

—对于ΔP_p，in的实际测定，并不需要也不便于直接测量注入传输光纤中的各波长泵浦光功率变化，电控参量C_p的变化，即可由(8a)式得到相关矩阵∏_d。以∏_d代替∏对功率和增益谱调控效果的影响取决于输出光功率P_p与相应电控参量C_p间的线性程度。如果此线性度不高，(8b)式中的比例因子K不是常矩阵，则使用∏_d会引入较大误差。然而，对于半导体激光器泵源，在一定输出功率范围内，输出光功率P_p与相应的电控参量C_p(驱动电流或电压)间有良好的线性关系；对于光纤拉曼激光泵源，利用压电陶瓷调控光纤光栅的反射率以调节相应波长的激光功率，输出光功率P_p与相应的电控参量C_p(压电陶瓷驱动电压)间通常也有良好的线性关系。因此，以∏_d代替∏对功率和增益谱进行调控的误差可予忽略。

∏_d矩阵的实验测量步骤如下：首先，调整待测FRA各泵浦波长的功率配置，使其增益谱达到标的要求；然后，调节某一泵浦波长λ_p，1的电控参量C_p，1而改变其光功率，保持其它波长的光功率不变，则ΔC_p列矩阵中只有一个非零元素C_p，1，测出特征信道视在增益的变化量ΔG_net，1，则由(8a)式可计算∏_d ^-1矩阵的相应列；依次类推，逐个调整各泵浦波长λ_p，N的电控参量C_p，N而分别改变其光功率，则可逐列测得完整的∏_d ^-1矩阵，由此取逆可以得到∏_d。

2、FRA增益谱的在线调控：在FRA模块制作和调试阶段，将设定标的增益谱特征信道的增益值和上述实测的∏_d矩阵预先写入FRA的控制软件；用光监测模块(OPM)监测系统运行时特征信道的视在增益值，输入到FRA的控制电路系统，计算出增益偏离量ΔG_net；通过控制软件中的∏_d矩阵计算出相应电控参量的调整量ΔC_p而调节各波长的泵浦光功率，使视在增益谱恒定在标的增益谱的水平。

以图1所示采用4支LD作泵源的FRA实验系统为例，传输光纤为100km普通单模光纤(SMF)，拟用于160信道C+L波段DWDM光通信系统。用一个C+L波段(1525-1610nm)的宽谱ASE源作信号光源，总输出功率约4mW，从F1端输入传输光纤，用光谱仪OSA12从传输光纤的F2端监测输出光谱，泵浦激光开启与关闭时测得的输出功率(dBm)谱之差即为FRA的开关增益谱。用光谱仪OSA11从分光耦合器1：99DC11的113端监测各泵浦波长的输出光功率，同时监测相应的驱动电流。调节各泵浦波长的功率配置，测出平均净增益约-12dB的标的增益谱，在图2中以“■”点标记，增益波动幅度约0.8dB；再逐个调节每支LD的驱动电流而改变各泵浦波长的光功率，分别测出各个对应的增益谱，如图中其他谱形所示。由此计算出∏_d ^-1矩阵的各矩阵元，进而得到相应的∏_d矩阵。

利用所述测定的∏_d矩阵，根据动态运行下FRA视在增益谱对标的增益谱的偏移量ΔG_net，算出对应ΔP_p，in的相关电控参量调整量ΔC_p，通过控制软件对各泵浦波长的光功率进行调整，即可通过电控调泵手段实现对FRA增益谱的在线动态调控。

根据测得的∏_d矩阵，设定平均增益的变化范围从-17dB到-7dB，计算出保持增益谱平坦的泵浦光功率，如图3所示。由图可见，对应各泵浦波长的净增益G_net与泵浦功率P_p，in保持良好的线性关系。利用图3所确定的净增益G_net与泵浦功率P_p，in的关系，调节各泵浦LD的驱动电流以改变各泵浦波长的光功率，测量各自对应的增益谱，如图4所示。可以看出，在6dB的动态范围内[G_net∈(-15dB，-9dB)]，增益谱度比较平坦，增益波动小于1.2dB。从图还看到，过大的增益调整将导致增益谱的倾斜，这是由于微扰近似带来的结果。

所述方法在某一泵浦序列下测定的∏_d矩阵具有相当的普适性，即利用同一∏_d矩阵可在相当大的增益变化范围内通过电控参量对其它的泵浦光功率组合进行调整。这一特性使得∏_d矩阵既可用于一次到位的电控调泵，也可用于二次反馈调控，即每次调整泵浦光功率后，可再次根据调整后的视在增益谱与标的增益谱的偏差，利用原有∏_d矩阵计算电控参量的修整值来进行二次调整。这种二次反馈调控可使在线增益谱调整具有更大的动态范围。

在图4的基础上，根据初调视在增益谱对标的增益谱的偏移量，再次利用测得的同一∏_d矩阵和矩阵算法修正各波长泵浦光功率，图5给出对增益谱进行二次反馈调整后测得的净增益谱。可以看出，二次反馈调控使动态范围增大，在10dB范围内增益谱都能够保持平坦。

所述方法不仅可用于在线FRA增益谱得动态调控，还可用来对输出功率谱的动态调控。

图6给出∏矩阵算法用于功率锁定的计算结果。计算中采用5波长泵浦的C+L波段FRA，泵浦波长分别为1423nm、1433nm、1443nm、1463nm和1493nm，传输光纤是100公里LEAF光纤，输入160信道，覆盖C+L波段。(a)、(b)两图分别对应FRA的净增益谱和输出光功率谱，粗实线代表0dBm/ch信号光功率输入下的最平坦净增益谱和对应的输出功率谱，细实线则是输入信号光功率下降6dB情况下，泵浦调整前的净增益谱和输出光功率谱。可以看出，输入信号光功率下降导致平均增益增高和增益谱向短波长方向上斜，而输出信号光功率谱除了受增益谱变化的影响外，更重要的是输入信号的下降使整个功率谱整体下降。图中的虚线是利用∏矩阵算法调整后的净增益谱和输出光功率谱，可见输出光功率谱基本调整回到原有的水平，相应的净增益谱增高了6dB。图中点划线则是在初次调整基础上利用∏矩阵二次反馈调控后得到的净增益谱和输出光功率谱，可以看出，修正后的输出光功率谱完全恢复到原有的水平，对应的净增益谱也更为平坦。

本发明方法的突出优点是：第一、将增益谱调整机制与光放大过程融为一体，使功率代价降到最低，无需另外配置DGE，使结构大为简化，设备成本降低；第二、算法中的关键参数∏_d矩阵可以通过实验测量得到，并且在某一泵浦序列下测量的∏_d矩阵具有一定的普适性，无需针对不同情况分别测量；第三、算法基于简单的矩阵运算，并有简化余地，增益谱调整可以一次计算实现，无需反馈，调整时间短，适用于动态调整；第四、该方法也可用于反馈方式，此时增益谱调整的动态范围大，收敛快。

Claims (3)

1.光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈调控方法，其特征在于：它从波分复用工程系统中光纤拉曼放大器的实际工作状态出发，利用微扰理论和近似方法建立多波长泵浦光功率调整量与光纤拉曼放大器增益谱变化量相依关系的简单矩阵算法，得到一个便于实际测量的相关线性矩阵；再根据监测视在增益谱偏离标的增益谱的差值，通过此矩阵计算出泵浦光功率的相应调整值，从而在大的动态范围内实现光纤拉曼放大器功率和增益谱的在线动态反馈调控；它依次含有以下步骤：

(1)用实验方法测定视在增益谱与标的增益谱之差G_net与泵浦电控参量调整量C_p的线性相关矩阵∏_d：

(1.1)调整待测光纤拉曼放大器各泵浦波长的功率配置，使其增益谱达到标的要求；

(1.2)调节某一泵浦波长λ_p，1的电控参量C_p，1以改变其光功率，但同时保持其他波长的光功率不变，得到C_p列矩阵中仅有的一个非零光素C_p，1；

(1.3)测出任选的特征信道视在增益的变化量ΔG_net，1；

(1.4)用下式计算∏_d ^-1矩阵的相应列；

${\mathrm{\Π}}_d^{-1}\·\mathrm{\Δ}{C}_p=\mathrm{\Δ}{G}_{\mathrm{net}}$

(1.5)依此类推，逐个调整各泵浦波长λ_p，N的电控参量C_p，N以分别改变其光功率，使逐列测得完整的∏_d ^-1矩阵；

(1.6)对∏_d ^-1取逆得到∏_d；

(2)在线反馈调控光纤拉曼放大器增益谱

(2.1)输入标的增益谱任选特征信道的增益值；上述测得的∏_d矩阵；

(2.2)用光监测模块监测系统运行时特征信道的视在增益值并输入到光纤拉曼放大器的控制电路系统；

(2.3)自动计算出增益偏离量ΔG_net；

判断ΔG_net是否等于零；

若ΔG_net≠0，则通过控制软件中的∏_d矩阵计算出相应电控参量的调整量ΔC_p以调节各波长的泵浦光功率，再重复执行步骤(2.2)、(2.3)，再次判断ΔG_net是否为零；

若：ΔG_net＝0，则视在增益谱便恒定在标的增益谱的水平，程序终止。

2.根据权利要求1，所述的光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈调控方法，其特征在于：对于半导体激光二极管泵源，所述各波长泵浦光功率的电控参量C_p是各半导体激光二极管的驱动电流或电压。

3.根据权利要求1，所述光纤拉曼放大器功率和增益谱的动态反馈饲控制方法，其特征在于：对于光纤拉曼激光泵源，所述各波长泵浦光功率的电控参量C_p是相关波长光纤激光腔输出耦合比的控制电压。

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