CN1482757A - 多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供多泵浦Raman放大器增益谱平均斜率的调节装置，包括信号光检测单元10、功率控制检测单元12和控制单元处理器11；信号光检测单元10接收放大器输入、输出光信号检测量，输出信号光功率检测值给控制单元处理器11；由控制单元处理器11计算放大器的当前增益值，并进行判断，计算激光器驱动信号，输出给功率控制检测单元12；功率控制检测单元12控制放大器的激光器的工作，同时可以检测各个激光器的输出功率，并输出给控制单元处理器11。本发明与现有技术相比，可以通过通信指令直接配置和调节放大器增益的效果，并且在增益变化时自动实现增益平坦性约束，在增益调节过程中不会导致业务中断，符合在线设备运营维护要求。

Description

多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置和方法

技术领域

本发明涉及光通讯领域中的密集波分复用(DWDM)光通信设备，具体地说，涉及其中关于拉曼(Raman)放大器的增益谱平均斜率的调节装置和方法。

背景技术

在密集波分复用系统中，为了延长传输距离，需使用光放大器装置，其中一种是Raman放大器，它是将大功率的泵浦光馈入光纤中，利用光纤中的受激Raman散射效应(SRS效应)，使得泵浦光能量转移到比其波长更长的信号光中，实现信号光的放大。Raman放大器的作用范围较宽，较适合波分复用光传输系统。选择合适的泵浦波长，可使Raman放大器的最佳增益出现在工作波长处。由于每个光通道的中心波长不同，在一定的通道间隔情况下，光通道数量越多，占用的带宽越宽。因为单一波长泵浦光的SRS效应的增益谱不平坦，所以一般使用多个波长的泵浦光共同作用于信号工作的波长范围，以实现较宽波长区域内的信号放大，保证全部信道获得放大的效果相近，即满足增益谱的平坦性要求。

泵浦激光器的增益谱与其输出功率有关，改变各个波长泵浦激光器的输出功率，所获得的增益谱也会改变。在确定的平均增益条件下，最佳的增益谱平坦性对应于固定的泵浦功率分配比例，改变各个波长泵浦激光器的输出功率，不但会改变总的平均增益，还会改变增益谱的平均斜率。增益谱平均斜率是指在所用波长范围内放大器增益谱的倾斜程度，具有一定倾斜的RAMAN放大器的增益谱可用来补偿传输线路中各通道光功率随波长变化而倾斜的损耗性质。

泵浦激光器的增益谱还与光纤的类型有关，不同的光纤具有不同程度的SRS效应，导致相同的泵浦输出功率在不同的光纤中获得的信号增益不同。

在DWDM系统中应用Raman放大器时，可以调节各个泵浦的输出功率，直到在本地获得符合应用需要的信号光功率及符合应用需要的增益谱平均斜率。

增益谱平均斜率的调节在DWDM光纤通信系统中具有实用意义。由于光纤的SRS效应，短波长信道中的光功率会向长波长的信道转移，导致光纤短波长的传输损耗大于长波长的传输损耗。调节增益谱平均斜率可以使放大器在短波长处的增益大于长波长处的增益，以补偿光纤中各信道间的SRS效应，提高各信道的功率一致性。

由于SRS效应与光纤类型、光纤长度、光纤中传输的光功率、光通道数目、通道间隔等因素有关，所以具有固定平均斜率增益谱的放大器不能适应光纤通信系统工作状态的变化。在实际应用中，需要在线调节Raman放大器的平均增益斜率，以适应系统配置的变化。虽然可以通过分别调节各个泵浦的输出功率以获得符合应用需要的信号光功率及各信道的增益谱平均斜率，但这种方法需要在本地对信号光谱进行检测，一方面在调节过程中可能会改变平均增益，另一方面设备维护人员需要反复对放大器进行调节，设备维护和调试的难度较高。

美国专利US6417959 Raman fiber amplifier和中国专利CN1334484拉曼放大器都公开了一种使用多泵浦激光器组成的Raman放大器，主要描述Raman放大器的光学组成，虽然也提到有控制装置对泵浦激光器进行控制，以便实时调节增益谱，但都未说明控制装置的构成，不能通过实时通信方式对泵浦激光器进行控制，以达到增益谱调节的目的。

欧洲专利EP1182808 Optical amplifier with pump light source controlfor raman amplification公布了一种RAMAN放大器泵浦光功率的控制方法，该方法采用与泵浦光波长数和功率值相关的多路信号检测为依据，通过实验数据源和解析手段获得泵浦激光器功率分配值，进而实现功率控制，其增益控制方法比较复杂。

美国专利US6417965 Optical amplifier control system公布了一种光放大器的控制系统，对光放大器输入、输出光进行分光检测，根据检测结果对光放大器的泵浦激光器进行控制。该发明包括一个具有输入输出光检测的光放大器，输入、输出检测信号的AD转换器和一个控制器，该系统仅是控制光放大器的增益值，不对光放大器的增益谱平均斜率进行调节，也不适用于类似反向分布式Raman放大器。

综上所述，没有发现有公开的文献记载了对多泵谱Raman放大器增益谱的平均斜率进行在线调节的装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种多泵浦Raman放大器增益谱平均斜率的调节装置和方法，克服多泵浦Raman放大器在线调节其增益谱平均斜率较难，人工在线调节易于改变增益、调节过程烦琐的问题。

本发明所述多泵浦Raman放大器增益谱平均斜率的调节装置，包括信号光检测单元、功率控制检测单元和控制单元处理器；所述信号光检测单元接收多泵浦Raman放大器输入、输出光信号的检测量，将信号光的功率检测值输出给所述控制单元处理器；由所述控制单元处理器计算Raman放大器的当前增益值，并进行判断，计算出符合增益谱斜率配置值要求的激光器驱动信号，输出给所述功率控制检测单元；由所述功率控制检测单元控制多泵浦Raman放大器的激光器的工作，同时所述功率控制检测单元可以检测各个激光器的输出功率，并输出给所述控制单元处理器。

所述信号光检测单元进一步包括光电转换器、放大器和A/D转换电路；所述光电转换器通过光接口与多泵浦Raman放大器相连，对输入、输出光信号的分光检测量进行光电转换，并将转换后的电信号输出给所述放大器进行放大，放大后的信号被输入到所述A/D转换电路中，获得信号光功率检测值的数字信号，输出给所述控制单元处理器。

所述功率控制检测单元进一步包括AD/DA转换电路和放大器组；所述AD/DA转换电路对来自所述控制单元处理器的控制信号进行DA转换，将所获模拟信号经过所述放大器组放大，通过泵浦激光器接口控制Raman放大器的激光器，同时Raman放大器的激光器的输出功率经过所述放大器组放大后，在所述AD/DA转换电路中经过AD转换输出给所述控制单元处理器。

所述控制单元处理器进一步包括CPU、ROM、RAM、时序逻辑电路和输入/输出接口；所述CPU通过数据线和控制线与所述ROM、所述RAM、所述时序逻辑电路、所述输入/输出接口相连，并且与所述信号光检测单元中的A/D转换电路、所述功率控制检测单元中的AD/DA转换电路相连；所述时序逻辑电路根据所述CPU的控制信号，选通所述信号光检测单元中的A/D转换电路、所述功率控制检测单元中的AD/DA转换电路的端口。

所述控制单元处理器还可以通过系统通信总线与系统的管理设备相连，将多泵浦Raman放大器的工作状态上报给管理设备，并接受管理设备的控制。

本发明所述多泵浦Raman放大器增益谱平均斜率的调节方法，包括如下步骤：

第一步  根据增益谱平均斜率调节命令中的相关参数或缺省的配置数据，计算在所要求的增益下的泵浦功率分配值；

第二步根据新的泵浦功率分配值，控制单元处理器控制泵浦激光器的驱动电路，使泵浦激光器输出期望的光功率；

第三步检测信号光，并与参考功率相比较，作为当前的增益值；

第四步  比较第三步所得增益值和增益配置值，根据其差值再次进行计算，获得修正后的泵浦激光器功率分配值；

第五步  根据第四步所得的新的泵浦激光器功率分配值，由控制单元处理器控制泵浦激光器的驱动电路，使泵浦激光器输出期望的光功率。

本发明所述增益谱平均斜率调节装置与现有技术相比，取得了光通信设备中Raman放大器应用控制方式的进步，达到了通过通信指令直接配置和调节放大器增益的效果，并且在增益变化时自动实现增益平坦性约束，在增益调节过程中不会导致业务中断，符合在线设备运营维护要求，尤其在使用多泵浦波长的Raman放大器时可在线对放大器实施增益调节，实施增益谱平均斜率调节过程不改变放大器平均增益值。光通信设备在线工作时可以通过增益谱平均斜率调节命令对放大器进行一次控制，使放大器自动实施增益谱平均斜率调节，无需进行光谱检测，并且在无人工干预下尽量保证增益不变。对增益谱平均斜率进行在线调节可以使动态补偿传输线路中光通道之间的SRS效应成为可能，提高了光通信设备的适应性。本发明既适用于多泵浦的集总式Raman放大器，也适用于多泵浦的反向应用的分布式Raman放大器。

附图说明

图1是本发明多泵浦Raman放大器增益谱平均斜率调节装置的结构示意图。

图2是多泵浦Raman放大器的结构及接口示意图。

图3是本发明装置中信号光检测单元10的结构示意图。

图4是本发明装置中控制单元处理器11的结构示意图。

图5是本发明装置中功率控制检测单元12的结构示意图。

图6是本发明实现增益谱平均斜率调节方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明增益谱平均斜率调节装置包括三个模块：信号光检测单元10、控制单元处理器11和功率控制检测单元12。多泵浦Raman放大器的输入光信号检测量si-mon和输出光信号检测量so-mon分别进入信号光检测单元10中，获得上述信号光功率的检测值，并根据控制信号CS1输出到控制单元处理器11中；控制单元处理器11计算多泵浦Raman放大器的当前增益值，并进行判断，计算出符合增益谱斜率配置值要求的激光器驱动信号，根据控制信号CS2将驱动信号输出给功率控制检测单元12；功率控制检测单元12依据此信号控制多泵浦Raman放大器的激光器的工作状态，同时还可以检测各个激光器的输出功率，输出给控制单元处理器11。

图2是多泵浦Raman放大器的结构示意图，它是由N个泵浦激光器组成的泵浦激光器组，泵浦激光器在正常工作时可以输出满足设备工作要求的激光辐射。光信号从光接口Ci进入放大器中，其输入光的大小为p_si[dB]；放大后的光信号从光接口Co输出，输出光功率强度计为p_so[dBm]。Csi是输入检测光的接口，与信号光检测单元10连接，其光功率强度计为si-mon[dBm]；Cso是输出检测光的接口，也与信号光检测单元10连接，其光功率强度计为so-mon[dBm]。N个泵浦激光器通过电接口JP1、JP2、…、JPN与功率控制检测单元12相连。

在本发明中，多泵浦Raman放大器既可以是包含泵浦源和放大媒质(光纤)的集总式Raman放大器，也可以是只包含泵浦源、不包含放大媒质的反向应用的分布式Raman放大器，此时泵浦光功率由光接口Ci输出到传输光纤。若是集总式Raman放大器，则输入到放大器中的光信号在放大器内被放大；若是反向应用的分布式Raman放大器，则输入到放大器中的光信号已在外部光纤中被放大了。

在图3所示的信号光检测单元10中，包括光电转换器101a、101b，放大器102a、102b，以及A/D转换电路103。光电转换器101a对输入光信号检测量si-mon进行光电转换，形成模拟电信号；光电转换器101b对输出光信号检测量so-mon进行光电转换，形成模拟电信号。从光电转换器101a、101b输出的模拟信号被分别输入到放大器102a和放大器102b中，经过适当放大后再进入A/D转换电路103中进行AD转换，以数字信号方式在D1口获得信号输出功率的检测值。应当选择低频放大器和低速率AD转换器件，在D1口所获得的检测值作为光信号的平均功率。

图4是功率控制检测单元12的内部结构示意图，包括AD/DA转换电路121和放大器组122，放大器组122所包括的放大器的个数是多泵浦Raman放大器中泵浦激光器的个数的2倍，即2N个。CPU输出的数据经过AD/DA转换电路121的DA转换，获得所需的模拟工作电流，再通过CS2信号所选择的输出端口，输出到控制端I对应的放大器放大，然后控制相应的泵浦激光器；另外，检测的泵浦激光器的数据经过对应的端口O进入放大器放大，然后经过AD/DA转换电路121的AD转换，输出到CPU中。经过放大器功率控制检测单元12接受CPU的控制管理，并通过泵浦激光器接口JP与多泵浦Raman放大器连接，JP是受控泵浦激光器的电接口，其应用遵照商用激光器或商用光生增益模块的用户应用资料。以泵浦激光器1的电接口JP1为例，I表示激光器工作电流，O表示激光器背光功率检测信号输出。AD/DA转换电路121根据激光器的数量以及控制检测的参数数量来选择以实现多路检测和控制。

在图5中，控制单元处理器11包括CPU及其外围的ROM、RAM、时序逻辑电路和输入/输出接口，上述元器件之间通过数据线和控制线D-ROM、D-RAM、D-FPGA相连。控制单元处理器11是实现增益谱平均斜率调节的主要功能模块。

信号光检测单元10从D1口输出的数字信号被输入到CPU中，用以计算放大器的当前增益，并根据当前增益值、配置增益值进行判断，当需要进行增益调节时由CPU自动实施增益和增益谱平均斜率控制。ROM作为程序存储器和原始配置数据存储器，用于保存可执行软件及需要掉电不消失的重要数据；ROM也可以包括电可擦除只读存储器，以便存储需要保留的更新配置数据。RAM作为数据存储器，用于保存在程序运行过程中产生的重要数据。

时序逻辑电路用于形成工作时序逻辑，分别选通本发明装置中的各组成单元。当需要检测输入检测光si-mon或输出检测光so-mon时，CPU控制时序逻辑电路输出CS1信号选择A/D转换电路103的输入端口，然后A/D转换电路103通过D1口向CPU输出数据。当需要控制多泵浦Raman放大器中的泵浦激光器的输出功率时，CPU控制时序逻辑电路输出CS2信号选择AD/DA转换电路121的输出端口，同时CPU通过D2口向AD/DA转换电路121输出数据，实现DA转换，然后通过所选择的输出端口将最后获得的模拟工作电流送到需控制的泵浦激光器的接口JP的控制端I。当需要检测某个泵浦激光器的输出功率时，CPU控制时序逻辑电路选择AD/DA转换电路121的输入端口，需检测的泵浦激光器接口JP检测端O的输出信号，经过放大器122后输入到AD/DA转换电路121，实现AD转换后经过D2口输出到CPU。另外，还可以对商用泵浦激光器电接口提供的其它性能检测端进行检测，如激光器制冷电流、激光器管芯温度等。

CPU通过输入/输出接口与通信总线相连，使本发明能够通过通信总线将所述放大器的工作状态信息上报到设备管理系统，并能够接受设备管理系统的控制。当在线工作时，设备管理系统可经过输入/输出接口向本发明的装置发送指令，CPU识别指令后根据指令的增益要求和信号光检测单元10的当前检测结果进行判断，通过功率控制检测单元12改变泵浦激光器的工作状态。

下面详细介绍一下本发明的工作原理及方法。

放大器的增益谱平均斜率定义为

S[dB/nm]＝(G_e-G_b)/B                 (1)

其中G_e是放大器在最大工作波长处的增益，G_b是放大器在最小工作波长处的增益，B是放大器的可工作带宽。

在实现增益谱平均斜率控制时，各个泵浦激光器输出功率分配比例的变化不但会影响信号所在带宽内的平均增益，也会影响增益平坦性指标。作为基本数据，控制单元处理器11中的ROM需要存入增益及其斜率和泵浦功率分配的对应关系。对应于特定种类的光纤，要满足系统所需要的工作增益和平均增益斜率要求，各个泵浦激光器的输出功率是可知的。对特定品牌和规格的商用激光器，其输出功率值与其偏置电流具有对应关系。将各个泵浦激光器的功率分配值存储于ROM中，作为“增益及其斜率—泵浦功率关系数据”列表，以便CPU遵照该数据实施控制。

                 表1  增益及其斜率—泵浦功率关系数据表

开关增益	平均斜率	激光器1	激光器2	…	激光器N
						G1	S+	P11 +	P12 +	…	P1N +
O	P11	P12	…	P1N
					S-		P11 -	P12 -	…	P1N -
G2	S+	P21 +	P22 +	…							P2N +
					O	P21	P22	…	P2N
	S-	P21 -	P22 -	…						P2N -
					…	…	…	…	…		…
…	…	…	…	…
						…	…	…	…	…
GM	S+	PM1 +	PM2 +	…							PMN +
					O	PM1	PM2	…	PMN
	S-	PM1 -	PM2 -	…						PMN -

表1中，G_i(i＝1，…，M)是覆盖放大器开关增益工作范围的一组离散的增益数值，P_ij是对应于开关增益G_i时，实现最优增益平坦性(S≈0)的泵浦激光器j(j＝1，…，N)的输出功率。一般情况下，G_i的个数并不需要太多。例如一个标称增益为10dB的放大器，假定其在线路中的正常工作范围要求在10dB±2dB，则在每间隔1dB的情况下只需要5组离散值。间隔越小、覆盖范围越大，则离散数值越多，可视实际需求决定。P⁺ _ij是对应于开关增益G_i时，实现正平均增益斜率(S＞0，记为S⁺)的泵浦激光器j(j＝1，…，N)的输出功率；P_ij ^-是对应于开关增益G_i时，实现负平均增益斜率(S＜0，记为S^-)的泵浦激光器j(j＝1，…，N)的输出功率。表1所列的数据是本发明实现增益谱平均增益斜率调节和增益锁定的重要数据，可以预先保存在ROM中，也可以在工作状态下通过通信方式载入ROM，若使用E²PROM，则可以在线对此表进行更改。

若所控制的多泵浦Raman放大器是集总式Raman增益模块，则表1中所列数据为其固有属性。若所控制的多泵浦Raman放大器是反向应用分布式Raman增益模块，通过光接口Ci输出泵浦光功率，则对应不同类型的光纤，实现相同增益(及平均斜率)情况下泵浦功率分配不同，可预先对不同类型的光纤进行测试，获得表1所对应的数据，作为放大器工作的缺省配置数据。若放大器实际应用的系统，传输光纤较为特殊，也可对此光纤进行工程测试，以获得表1所对应的数据。然后将测试所得数据通过通信方式载入E²PROM中，即在线配置。

对于放大器的当前工作状态，用适当的配置量进行表示，称为放大器的配置数据，也保存在ROM中，这些状态配置数据包括：

p0_s：表示在只有1个光通道、泵浦激光器关断情况下的信号输出功率(不含噪声)，作为本发明进行增益调节的参考值。对于集总式Raman放大器来说，不需要该值。

N_ch：表示工作状态下的光通道数目。考虑设备工作时可能发生光通道数目变化，本发明不直接检测光通道数目，而是通过配置命令获得准确的光通道数目。对于集总式Raman放大器，不需要该值。

G_c：表示增益配置值，即要求放大器实现的开关增益。

S_c：表示增益谱平均斜率的配置值，即要求放大器实现的增益谱平均斜率。

p_n：表示本发明装置在正常工作情况下与信号光功率共同存在的噪声光功率，可作为配置数据通过通信总线获得，用来修正当前增益检测结果。当其为0时，忽略光电检测时宽带自发辐射噪声和散粒噪声影响。

TYPE：表示线路光纤类型，例如“0”表示G.652，“1”表示G.655等等，在进行在线配置“增益及其斜率—泵浦功率关系”数据时，也可采用其他特殊字符表示，以便CPU识别后在增益调节时使用正确的增益及其斜率—泵浦功率关系数据。

以上的配置数据可以预先保存在存储器中，也可以在工作状态下通过通信方式载入存储器。

在工作状态下，CPU可把激光器的控制和性能检测数据存入RAM中，作为性能数据，可以通过设备通信总线进行查询。表2是激光器性能数据表。

                   表2  激光器性能数据表

	激光器1	激光器2	…	激光器N
					背光电流f1	f11	f12	…	f1N
制冷电流f2	f21	f22	…	f2N
					管芯温度f3	f31	f32	…	f3N
工作电流f4	f41	f42	…	f4N
					…	…	…	…	…

其中f_i是泵浦激光器性能量类别，f_ij是第j个泵浦激光器的性能量。其中背光电流f₁的意义在于，当控制单元处理器11通过功率控制检测单元12改变激光器驱动电流后，可以通过背光电流f₁计算每个激光器所达到的功率是否符合控制要求，在误差超限时可进一步调节。

在本发明中，除了泵浦激光器的性能量之外，还有以下重要的性能量：

p_si：表示输入信号的光功率。

p_so：表示输出信号的光功率。

G_s：表示放大器当前的开关增益。

G_c′：表示增益配置的映射值，即要求放大器实现开关增益G_c时，映射在表1中配置数据空间中的值，有G_m＜G_c′＜G_n，其中G_m、G_n是表1中距离G_c′最近的离散增益值。

放大器输出信号功率与检测功率之间的关系为：

p_si[dBm]＝si-mon[dBm]+Mi  [dB]                (2.1)

p_so[dBm]＝so-mon[dBm]+Mo[dB]                  (2.2)其中Mi、Mo分别是输入、输出信号光的分光检测比例。

若是集总式Raman放大器，则放大器当前增益G_s与信号检测功率及配置数据的关系是

G_s[dB]=101g(101g(10^p_so[dBm]/10-10^p_n[dBm]/10)-101g(N_ch)-pO_s[dBm]   (3.1.a)若忽略p_n，则G_s[dB]＝p_so[dBm]-101g(N_ch)_pO_s[dB]                        (3.1.b)

若是反向应用分布式Raman放大器，则有

G_s[dB]＝101g(10^p_so[dBm]/10-10^p_n[dBm]/10)-p_si[dBm]                  (3.2.a)若忽略p_n，则G_s[dB]＝p_so[dBm]-p_si[dBm]                                  (3.2.b)

当接收到增益和增益谱斜率控制的命令时，首先由G_c得到增益配置的映射值G_c′，即    G_c→G_c′                            (4)

在表1所对应的数据中，存在G_m＜G_c′＜G_n       (5)其中G_m、G_n是满足式(5)要求的距离G_c′最近的离散增益值，则对应于增益配置值G_c和增益谱平均斜率配置值S_c，确定的优化的泵浦激光器功率分配为：

P_c_j=interp{P_nj′，P_mj′，G_n，G_m，G_c′}        (6.1.a)

$[P_{\mathrm{mj}}^{\′},P_{\mathrm{nj}}^{\′}]=\mathrm{interp}\left\{\right[P_{\mathrm{mj}}^{+},P_{\mathrm{nj}}^{+}],[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}],S^{+},0,S\_c\}---(S\_c>0)---(6.1.b)$

$[P_{\mathrm{mj}}^{\&prime;},P_{\mathrm{nj}}^{\&prime;}]=\mathrm{interp}\left\{\right[P_{\mathrm{mj}}^{-},P_{\mathrm{nj}}^{-}],[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}],S^{-},0,S\_c\}---(S\_c<0)---(6.1.c)$

式(6.1)中，P_c_j为泵浦激光器j(j=1，……，N)的最佳配置输出功率，G_c′为增益配置的映射值，S_c为增益谱平均斜率配置值，[P_mj′，P_nj′]分别为在增益G_m和G_n下实现平均斜率S_c时的优化泵浦功率值，其余参数的含义与表1中的相同。应当注意，对应不同的TYPE，表1的数据不同。

在式(6.1)中interp表示插值函数，若采用线性差值，则此时对应式(6.1)，有：

P_c_j=P_mj′+(G_c′-Gm)(P_nj′-P_mj′)/(Gn-Gm)           (6.3.a)

$[P_{\mathrm{mj}}^{\&prime;},P_{\mathrm{nj}}^{\&prime;}]=[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}]+S\_c\left(\right[P_{\mathrm{mj}}^{+},P_{\mathrm{nj}}^{+}]-[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}\left]\right)/S^{+}---(S\_c>0)---(6.3.b)$

$[P_{\mathrm{mj}}^{\&prime;},P_{\mathrm{nj}}^{\&prime;}]=[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}]+S\_c\left(\right[P_{\mathrm{mj}}^{-},P_{\mathrm{nj}}^{-}]-[P_{\mathrm{mj}},P_{\mathrm{nj}}\left]\right)/S^{-}---(S\_c<0)---(6.3.c)$

当按照P_c，所对应的泵浦激光器工作电流对泵浦激光器进行控制后，实现的增益为G_s，若

|G_s-G_c′|＜Δ                                     (7)，则满足调节精度要求，则认为G_s=G_c′，其中Δ为增益锁定误差准许值。

若不满足式(7)，则需要自动实施2次校准。根据(2G_c′-G_s)取增益配置映射值G_c′，即

2G_c′-G_s→G_c′                                 (8)

将更新后的增益配置映射值代入式(5)-(6)中，可以获得一组新的激光器功率配置值，直到满足式(7)的要求。

当配置数据在外部命令控制下进行更新时，若增益配置值G_c未变化，而增益谱平均斜率配置值S-c变化，则取增益配置映射值G_c′，经式(5)-(6)计算获得泵浦功率分配数据实施控制。

当配置数据在外部命令控制下进行更新时，即在原来增益配置值的基础上新增dG增量，则取新的增益配置映射值

G_c′+dG→G_c′                                     (9)，即在原来增益配置映射值的基础上增加dG后再取映射值，其中前一个G-c′是原来的增益配置值所映射的值。

再经式(5)-(6)计算获得泵浦功率分配数据实施控制。

放大器上电后，CPU将查询ROM中的“状态配置数据”并将数据导入RAM中，按照规定的增益对泵浦激光器进行控制；控制完成后将当前“性能数据"再存入RAM中，以备设备管理者通过通信总线进行查询。在线工作时，可以通过更改“状态配置数据”实现对放大器的增益配置和调节。

本发明还可与设备管理系统进行通讯，设备管理系统可以通过通信总线进行性能信息查询、配置信息查询，以及发出配置数据更新命令；本发明调节装置通过输入/输出接口向通信总线上报性能信息和配置信息。

本发明实现增益谱平均斜率自动调节的方法流程如图6所示。

步骤1：控制单元处理器11开始工作，自ROM中装载可执行程序。

步骤2：读ROM配置列表，得到各配置数据缺省值，并导入RAM中。对于集总式Raman放大器，各配置数据有增益配置值G_c、增益谱平均斜率配置值S_c、正常工作情况下的噪声光功率p_n和输出功率P_ij；对于反向分布式放大器，则有以下配置数据：增益调节的参考值p0_s、工作状态下的光通道数N_ch，增益配置值G_c，增益谱平均斜率配置值S_c，正常工作情况下的噪声光功率p_n、光纤类型TYPE和输出功率P_ij。

步骤3：控制单元处理器11控制信号光检测单元10和功率控制检测单元12进行泵浦激光器状态检测。

信号光检测单元10进行检测时，对于不同的多泵浦Raman放大器，计算当前增益的方式有所不同。

对于集总式Raman放大器，存在输入、输出信号光检测分量si-mon和so-mon，当检测完成后根据式(2.1)、(2.2)计算出信号检测功率p_si，p_so，再根据式(3.1.a)或(3.1.b)计算出放大器当前增益G_s。

对于反向分布式放大器，存在输出信号光检测分量so_mon，当检测完成后根据式(2.2)计算出信号检测功率p_so，再通过式(3.2.a)或(3.2.b)计算出放大器当前增益G_s。

功率控制检测单元12对泵浦激光器进行状态检测，得到所有泵浦激光器的性能量f_ij，并将全部激光器的控制和性能检测数据存入RAM中。

这一步骤是对多泵浦Raman放大器进行不间断的性能检测，以便在激光器或工作增益出现异常的情况下及时做出告警指示，或在恢复正常时进行告警消除。

步骤4：控制单元处理器11判断系统是否是新开机或复位，或有配置数据更新命令，若否，则进入步骤10；若是，则进入步骤5。

步骤5：控制单元处理器根据不同情况确定增益配置映射值G_c′；若是新开机或复位，则按照式(4)取值；若是有配置数据更新命令，则按照式(9)取值。

步骤6：根据公式(5)-(6)，运用增益谱平均斜率配置值S_c、增益配置映射值G_c′，以及“增益及其斜率—泵浦激光器功率关系”数据，控制单元处理器11分别计算P_ij。

步骤7：控制单元处理器11通过功率控制检测单元12，按照P_ij对应的激光器工作电流，调节各泵浦激光器输出功率，然后根据功率控制检测单元12返回的各激光器背光电流检测值判断功率控制是否满足要求，若不满足要求，则根据背光检测值差异对激光器工作电流值进行调整，再次调节泵浦激光器的输出功率；当通过功率控制检测单元12返回的激光器制冷电流、管芯温度等性能值发生异常时，可产生告警输出。

步骤8：控制单元处理器11控制信号光检测单元10实施信号光检测，检测数据被控制单元处理器11识别后，在控制单元处理器11中计算得到放大器当前增益G_s。

步骤9：控制单元处理器根据公式(7)判断调节结果是否满足控制误差要求，若是，则保存当前G_c′值后进入步骤10，若否，则进入步骤12。

步骤10：查询控制单元处理器11的通信接口命令栈，判断本调节装置是否需要与设备管理系统通讯，若查询结果为空，则进入步骤3，实施循环性能检测；若查询结果不为空，则进入步骤11。

步骤11：控制单元处理器11通过输入/输出接口进行设备通讯，若有性能信息查询命令，则按照性能数据上报；若有配置信息查询命令，则按照配置表上报；若有配置数据更新命令，则修改RAM中的配置列表并将重要数据保存在ROM中，然后进入步骤3，继续实施循环性能检测。

步骤12：若增益调节结果不满足控制误差要求，则控制单元处理器11按照公式(8)进行增益配置映射值校准，然后进入步骤6。

以上是实现本发明的详细工作步骤，整个工作过程中包含一次增益谱平均斜率调节和一次增益值及斜率自动校准，也可以在增益值稳定性不满足控制精度要求时自动实现多次校准。

Claims (11)

1、一种多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，包括信号光检测单元(10)、功率控制检测单元(11)和控制单元处理器(12)；

所述信号光检测单元(10)接收多泵浦拉曼放大器输入、输出光信号的检测量，将信号光的功率检测值输出给所述控制单元处理器(11)；由所述控制单元处理器(11)计算拉曼放大器的当前增益值，并进行判断，计算出符合增益谱斜率配置值要求的激光器驱动信号，输出给所述功率控制检测单元(12)；由所述功率控制检测单元(12)控制多泵浦拉曼放大器的激光器的工作，同时所述功率控制检测单元(12)可以检测各个激光器的输出功率，并输出给所述控制单元处理器(11)。

2、根据权利要求1所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述信号光检测单元(10)进一步包括光电转换器(101)、放大器(102)和A/D转换电路(103)；所述光电转换器(101)通过光接口与多泵浦拉曼放大器相连，对输入、输出光信号的分光检测量进行光电转换，并将转换后的电信号输出给所述放大器(102)进行放大，放大后的信号被输入到所述A/D转换电路(103)中，获得信号光功率检测值的数字信号，输出给所述控制单元处理器(11)。

3、根据权利要求1或2所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述功率控制检测单元(12)进一步包括AD/DA转换电路(121)和放大器组(122)，放大器组(122)中放大器的个数是多泵浦Raman放大器中泵浦激光器的个数的2倍；所述AD/DA转换电路(121)对来自所述控制单元处理器(11)的控制信号进行DA转换，将所获模拟信号经过所述放大器组(122)放大，通过泵浦激光器接口控制拉曼放大器的激光器，同时拉曼放大器的激光器的输出功率经过所述放大器组(122)放大后，在所述AD/DA转换电路(121)中经过AD转换输出给所述控制单元处理器(11)。

4、根据权利要求3所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述控制单元处理器(11)进一步包括CPU、ROM、RAM、时序逻辑电路和输入/输出接口；所述CPU通过数据线和控制线与所述ROM、所述RAM、所述时序逻辑电路、所述输入/输出接口相连，并且与所述信号光检测单元(10)中的A/D转换电路(103)、所述功率控制检测单元(12)中的AD/DA转换电路(121)相连；所述时序逻辑电路根据所述CPU的控制信号，选通所述信号光检测单元(10)中的A/D转换电路(103)、所述功率控制检测单元(12)中的AD/DA转换电路(121)的端口。

5、根据权利要求4所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述控制单元处理器(11)还可以通过系统通信总线与系统的管理设备相连，将多泵浦拉曼放大器的工作状态上报给管理设备，并接受管理设备的控制。

6、根据权利要求1、2、4或5所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述多泵浦拉曼放大器是由N个泵浦激光器组成的泵浦激光器组，光信号从光接口Ci进入放大器中，放大后的光信号从光接口Co输出；Csi是输入检测光的接口，与信号光检测单元(10)连接，Cso是输出检测光的接口，也与信号光检测单元(10)连接；N个泵浦激光器通过电接口JP1、JP2、…、JPN与功率控制检测单元(12)相连。

7、根据权利要求6所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节装置，其特征在于，所述多泵浦拉曼放大器是集总式的拉曼放大器，或者是反向分布式拉曼放大器。

8、一种多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步根据增益谱平均斜率调节命令中的相关参数或缺省的配置数据，计算在所要求的增益下的泵浦功率分配值；

第二步根据新的泵浦功率分配值，控制单元处理器(11)控制泵浦激光器的驱动电路，使泵浦激光器输出期望的光功率；

第三步  检测信号光，并与参考功率相比较，作为当前的增益值；

第四步  比较第三步所得增益值和增益配置值，根据其差值再次进行计算，获得修正后的泵浦激光器功率分配值；

第五步根据第四步所得的新的泵浦激光器功率分配值，由控制单元处理器(11)控制泵浦激光器的驱动电路，使泵浦激光器输出期望的光功率。

9、根据权利要求8所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节方法，其特征在于，所述第一步包括：

步骤1：读取ROM中的配置列表，得到各配置数据缺省值，并导入RAM中；对于集总式拉曼放大器，配置数据有增益配置值G_c、增益谱平均斜率配置值S_c、正常工作情况下的噪声光功率p_n和输出功率P_ij；对于反向分布式放大器，则有增益调节参考值p0_s、工作状态下的光通道数N_ch，增益配置值G_c，增益谱平均斜率配置值S_c，正常工作情况下的噪声光功率p_n、光纤类型TYPE和输出功率P_ij；

步骤2：控制单元处理器(11)控制功率控制检测单元(12)进行泵浦激光器状态检测，得到所有泵浦激光器的性能量f_ij；并且在放大器工作增益或泵浦激光器工作状态出现异常的情况下做出告警指示，在恢复正常时进行告警消除；

步骤3：计算放大器当前增益G_s；

对于集总式拉曼放大器，根据输入、输出信号光检测分量si-mon和so-mon计算出信号检测功率p_si，p_so，再计算放大器当前增益G_s；

对于反向分布式放大器，根据输出信号光检测分量so-mon计算信号检测功率p_so，再计算出放大器当前增益G_s；

步骤4：由增益配置值G_c根据不同情况确定增益配置映射值G_c′：若是新开机或复位，则G_c→G_c′；若是有配置数据更新命令，即在原来增益配置值的基础上新增dG增量，则G_c′+dG→G_c′，其中前一个G_c′是原来的增益配置值所映射的值；

步骤5：根据增益谱平均斜率配置值S_c、增益配置映射值G_c′，以及“增益及其斜率一泵浦激光器功率关系”数据，计算所需的输出功率P_ij。

10、根据权利要求8或9所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节方法，其特征在于，所述第四步还包括：

判断|G_s-G_c′|＜Δ是否成立，其中G_s是第三步所获得的放大器的当前增益值，Δ是增益锁定误差准许值；如果成立，则认为G_s＝G_c′，即调节满足要求；若不成立，则根据(2G_c′-G_s)取增益配置映射值G_c′，即2G_c′-G_s→G_c′，然后根据更新后的增益配置映射值计算出一组新的激光器功率配置值。

11、根据权利要求8或9所述的多泵浦拉曼放大器增益谱平均斜率的调节方法，其特征在于，所述方法最后还包括查询控制单元处理器(11)是否需要与设备管理系统通讯，若查询结果为空，则实施循环性能检测；若查询结果不为空，则控制单元处理器(11)通过输入/输出接口进行设备通讯，若有性能信息查询命令，则按照性能数据上报；若有配置信息查询命令，则按照配置表上报；若有配置数据更新命令，则修改RAM中的配置列表并将重要数据保存在ROM中，然后继续实施循环性能检测。

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