JP2018519658A - 光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置、プログラムならびに記録媒体 - Google Patents

光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置、プログラムならびに記録媒体 Download PDF

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Abstract

本発明は、光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置を提供し、元の閉ループアナログ制御ユニットの代わりにデジタルデバイスを用い、現在の制御モードに従って、利得又は出力光パワー設定値に基づいて、さらに、ＡＳＥ補償パワーを組み合わせて、最終出力光パワーを算出する。入力された光パワーに対して平滑化処理を行って、離散ノイズを除去する効果を果たすとともに、入力された光信号に対して一定の補償を行う。用いられる微分制御アルゴリズム及び積分制御アルゴリズムは、システムの動的性能を改善させ、閉ループ制御システム全体が１回の制御を完了する周期は、１μｓ程度であり、利得及びパワーロックを効果的に実現でき、ユーザの動的及び定常指標を満足させ、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。

Description

本発明は、通信分野に関し、特に光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置に関する。
エルビウムドープファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、単にＥＤＦＡと称する）は、新世代の光通信システムの重要な部材として、利得が高く、出力パワーが大きく、作動帯域幅が広く、偏光と関係なく、ノイズ係数が低く、増幅特性がシステムビットレート及びデータフォーマットと関係なく、大容量波長分割多重（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、単にＤＷＤＭと称する）システムに不可欠な重要な部材である。ＥＤＦＡの有効作動範囲はＤＷＤＭシステムのＣ波長帯域であり、中心周波数は１９３．１ＴＨｚであり、波長範囲は１５２８−１５６１ｎｍであり、チャネル間隔は１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）の整数倍であり、全部で４０波を含む。
ＤＷＤＭシステムは多波長作動システムであり、また、エルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡは飽和特性を有するので、飽和領域にある波長パワーは安定を維持し、ある波長信号が失われた場合には、利得競合により、そのエネルギが失われていない信号に移動されて、他の波長の信号パワーが高くなる。受信側では、レベルの突然の増加によりエラーコードが発生する可能性があり、また、極端な場合に、８ウェイ波長中の７ウェイが失われると、全てのパワーが残りの１ウェイ波長に集中し、パワーが１７ｄＢｍ程度まで達する虞があり、強い非線形性や受信機の受信パワー過負荷を引き起こし、大量のエラーコードが発生される。
したがって、ＥＤＦＡが実際のシステムカスケードの使用において、入力光パワーに対して広い動的変化範囲を有し、ＤＷＤＭシステムにおいて入力光パワーがどのように変化しても、残りのチャネルの光パワーが影響を受けないように、光増幅器は自動利得制御機能を有することが要求される。
従来技術では、図１は、従来技術に係るエルビウムドープファイバ増幅器の利得制御装置の模式図であり、図１に示すように、この装置は、Ｐｉｎ光電変換モジュール、Ｐｉｎプログラム制御利得増幅又はＤＡＣモジュール、Ｐｏｕｔ光電変換モジュール、Ｐｏｕｔ増幅モジュール、比例積分制御モジュール、比例微分制御モジュール、重畳回路及び駆動回路を備え、Ｐｉｎ光電変換モジュールは、入力光パワーを電気信号に変換し、この信号がＰｉｎプログラム制御利得増幅又はＤＡＣモジュールを介して、利得ロック値の調整及び小信号の入力における利得補償制御を実現するように構成され、Ｐｏｕｔ光電変換モジュールは出力光パワーを電気信号に変換し、Ｐｏｕｔ増幅モジュールは、Ｐｏｕｔの検出された信号幅値を増幅するように構成され、Ｐｉｎ検出信号及びＰｏｕｔ検出信号は、差動入力信号とされるとともに、比例積分制御モジュール及び比例微分制御モジュールの入力側に接続され、重畳回路は、比例積分及び比例微分の二つの制御モジュールの電圧出力の和Ｖｃを電圧制御信号とし、駆動回路により、この電圧制御信号をポンプレーザの駆動要求を満たす駆動電流信号に変換する。
この手段は、以下の欠点が存在する。
１．利得が調整できない。制御ユニットはアナログ回路から成っており、制御ユニットの伝達関数は様々な電子部品のラプラス変換モデルにより構成されているので、伝達関数が不可変であり、開ループ利得及び閉ループ利得が不可変である。
２．制御モードが単一である。異なる制御結果を達成するために、入光パワーの変化に応じて異なる制御モードを選択できない。
３．オーバーシュートの発生を回避できない。アナログ回路の固有の性質のため、システムに段階信号を入力する場合に、即ち、ＥＤＦＡポンプが開放された場合に、一定幅のオーバーシュートが発生され、これは出力される光パワーのジッタを引き起こす。
４．光パワー出力しきい値を設定できない。ＥＤＦＡを用いることで光パワーを向上させたが、この光パワーは大きいほど良いものではない。パワーがある程度まで大きくなった場合、光ファイバは非線形効果（ラマン散乱及びブリルアン散乱を含む）を生成し、非線形効果はＥＤＦＡの増幅性能及び長距離非中継伝送の実現を大幅に制限する。
従来技術では、図２は、従来技術に係るＤＳＰによりＥＤＦＡにおける利得及びパワーロック装置を実現する模式図であり、図２に示すように、元の閉ループアナログ制御ユニットの代わりにＤＳＰ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａを用い、ＤＳＰ内でソフトウェアにより効率的で柔軟な制御アルゴリズムを実現する。制御フロー全体は、４枚の１４ビットＴＩのＡ／Ｄサンプリングチップを備え、２つのレベルで入出力光パワーをそれぞれサンプリングし、ＴＩのＤＳＰが入出力光パワーを読み出した後に、現在の制御モードに従って、利得又は出力光パワー設定値に基づいて、さらに、ＡＳＥ補償パワーを組み合わせて、最終出力光パワーを算出する。フィードフォワード補償のジデジタル比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムによって、ポンプレーザを駆動する制御電圧を算出し、１枚の１４ビットＴＩのデュアルチャネルＤ／Ａチップを用いて２つのポンプレーザを制御する。閉ループ制御システム全体が１回の制御を完了する周期は２μｓ程度であり、チューニングされた制御パラメーターと協力して、利得及びパワーロックを効果的に実現でき、ユーザの過渡及び定常指標を満足させる。
この手段は、以下の欠点が存在する。
１．比例微分制御アルゴリズムは、入光を摂動量とした後で補償を行い、補償プロセスは２μｓ継続する必要があるため、ＥＤＦＡ光パワー入力過渡変化の処理が速くない。
２．ＥＤＦＡポンプの開放時に、出力ジッタが大きすぎる。
３．ＡＳＥ補償精度が高くない。ＡＳＥと利得とが非線形関係を成すため、直接にプログラムコードでＡＳＥ補償計算を行うことは正確ではない。
従来技術における光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題に対して、現在まだ有効な解決手段が提案されていない。
本発明は、少なくとも従来技術における光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決するために、光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置を提供する。
本発明の一実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御方法が提供され、前記方法は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集するステップと、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップと、目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップと、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップとを含む。
本発明の実施例では、前記目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップは、前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップするステップを含み、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものである。
本発明の実施例では、前記光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集した後に、前記方法は、収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しないステップをさらに含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了するステップをさらに含む。
本発明の実施例では、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップは、出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成するステップを含む。
本発明の実施例では、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであることは、多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成することを含む。
本発明の実施例では、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップは、所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力した後に、前記方法は、出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力した後に、本発明の実施例では、前記方法は、前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワー値である最低クランプパワーを出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力するステップを含む。
本発明の別の実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御装置がさらに提供され、前記装置は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する収集モジュールと、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する測定モジュールと、目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するルックアップモジュールと、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する出力モジュールと、を備える。
本発明の実施例では、前記ルックアップモジュールは、前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであるテーブルルックアップユニットと、多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成する生成ユニットと、のうちの少なくとも１つを備える。
本発明の実施例では、前記装置は、収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うフィルタリングモジュールと、前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しない閉鎖モジュールと、前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了する緩開モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える。
本発明の実施例では、前記測定モジュールは、出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成する測定ユニットを備える。
本発明の実施例では、前記出力モジュールは、さらに、所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するように構成される。
本発明の実施例では、前記装置は、出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力する第１の積分制御モジュールと、前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである最低クランプパワーを出力する不閉鎖モジュールと、前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するアラームモジュールと、前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する出力禁止モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える。
本発明によれば、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集し、この出力光パワーに応じて増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得に基づいてＡＳＥ補償パワー値テーブルから対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであり、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。
ここの図面は、本発明に対する更なる理解を提供して、本発明の一部を構成し、本発明の例示的な実施例及びその説明は、本発明を解釈するだけで、本発明を限定するものではない。
従来技術に係るエルビウムドープファイバ増幅器の利得制御装置の模式図である。 従来技術に係るＤＳＰを用いてＥＤＦＡの利得及びパワーロック装置を実現する模式図である。 本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御方法のフローチャートである。 本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい実施例に係るエルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御装置の模式図である。 本発明の好ましい実施例に係るＡＳＥノイズパワーとＥＤＦＡの利得との間の関係を示すグラフである。 本発明の好ましい実施例に係る直接測定方法を用いて分光計によりＡＳＥノイズパワーを測定する模式図である。 本発明の好ましい実施例に係るレーザが出力して測定されたスペクトログラムの模式図である。
以下、図面を参照しながら実施例を併せて本発明を詳細に説明する。なお、矛盾しない前提で、本発明の実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせてもよい。
なお、本発明の明細書、特許請求範囲及び上記の図面における用語「第１の」、「第２の」などは、類似する対象を区別するためのもので、特定の順序又は前後順序を説明するためには使用されない。
本実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御方法が提供され、図３は、本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御方法のフローチャートであり、図３に示すように、このフローは、下記のステップを含む。
ステップＳ３０２：光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する。
ステップＳ３０４：この出力光パワーを測定し、この出力光パワーに応じて光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する。
ステップＳ３０６：目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定する。
ステップＳ３０８：この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する。
上記のステップによれば、直接にこの出力光パワーを測定して光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワーを確定し、したがって、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。
本実施例では、この目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップは、この目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルからこの目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップするステップを含み、ここで、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものである。本実施例では、収集して得られたこの入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うことで、入力された光パワーに対して平滑化処理を行うことができ、入力光パワー離散ノイズを除去する効果が奏される。
本実施例では、光ファイバ増幅器のポンプの作動状態を閉鎖状態に設定することができ、この光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合には、この出力光パワーを出力しない。
本実施例では、光ファイバ増幅器のポンプの作動状態を緩開状態に設定することができ、この光ファイバ増幅器が開放されている場合には、緩開状態に設定し、ここで、この緩開状態である場合には、この入力光パワー及びこの目標利得に応じて段階を設定し、この段階に従ってこの光ファイバ増幅器の開放を完了することで、オーバーシュートの発生を低減させる。
本実施例では、この出力光パワーを測定し、光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップは、この出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、この所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、この複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、このＡＳＥノイズパワーを生成するステップを含む。
本実施例では、ＡＳＥ補償パワー値テーブルの生成方法は複数あることができ、これらの方法は、いずれも所定利得に基づいて対応するＡＳＥノイズパワーをフィッティングすることであり、例えば、多段階補償方法を用いてこのＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の関係曲線をフィッティングして、このＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成し、この多段階補償方法では、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
本実施例では、所定時間遅延した変動後のこの入力光パワーに基づいて、この目標利得及びこのＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力し、このＡＳＥと加算して標準出力光パワーを算出して出力することで、入力光パワーの瞬間変化の反応速度を向上させ、出力のジッタを減少させる。
本実施例では、さらに、出力されたこの標準出力光パワーからこの目標利得、このＡＳＥ補償パワー値及びこの入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、この光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、この標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力することができる。積分制御を実現し、光ファイバ増幅器の定常性能を向上させる。
上記の実施例では、この入力光パワーがない場合に、最低クランプパワーを出力し、ここで、この最低クランプパワーは、この光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである。
この入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成する。
この標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、この標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する。
本実施例では、光ファイバ増幅器の利得制御装置がさらに提供され、この装置は、上記の実施例及び好ましい実施形態を実現するためのものであり、既に説明している部分については、詳細な説明を省略する。以下に使用されるように、用語「モジュール」は、所定機能のソフトウェア及び／又はハードウェアの組み合わせを実現することができる。以下の実施例に説明されている装置は、ソフトウェアにより実現されることが好ましいが、ハードウェア、又はソフトウェア及びハードウェアを組み合わせて実現することも可能で構想される。
図４は、本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御装置の構成を示すブロック図であり、図４に示すように、この装置は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する収集モジュール４２と、この出力光パワーを測定し、この出力光パワーに応じてこの光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する測定モジュール４４と、目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するルックアップモジュール４６と、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する出力モジュール４８と、を備える。
本発明の実施例では、このルックアップモジュール４６は、この目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルからこの目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、ここで、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであるテーブルルックアップユニットと、多段階補償方法を用いてこのＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の関係曲線をフィッティングして、このＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成する生成ユニットと、のうちの少なくとも１つを備える。
本発明の実施例では、前記装置は、収集して得られたこの入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うフィルタリングモジュールと、この光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、この出力光パワーを出力しない閉鎖モジュールと、この光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、ここで、この緩開状態である場合に、この入力光パワー及びこの目標利得に応じて段階を設定し、この段階に従ってこの光ファイバ増幅器の開放を完了する緩開モジュールと、をさらに備える。
本発明の実施例では、この測定モジュール４４は、この出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、この所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、この複数のポイント出力光パワーに対して平均値を取り、このＡＳＥノイズパワーを生成する測定ユニットを備える。
本発明の実施例では、この出力モジュール４８は、さらに、所定時間遅延した変動後のこの入力光パワーに基づいて、この目標利得及びこのＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するように構成される。
本発明の実施例では、前記装置は、出力されたこの標準出力光パワーからこの目標利得、このＡＳＥ補償パワー値及びこの入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、この光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、この標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力する第１の積分制御モジュールと、この入力光パワーがない場合に、この光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである最低クランプパワーを出力する不閉鎖モジュールと、この入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するアラームモジュールと、この標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、この標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する出力禁止モジュールと、をさらに備える。
以下、好ましい実施例及び実施形態を併せて、本発明を詳細に説明する。
この好ましい実施例によれば、エルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御方法及び装置が提供され、図５は、この好ましい実施例に係るエルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御装置の模式図であり、図５に示すように、前記装置は、下記のモジュールを備える。
パラメーター構成モジュール：このモジュールは、利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに異なる制御モードと制御パラメーターとを設定することができ、制御モードは、下クランプモード、公称出光モード、正常出光モードを含み、制御パラメーターは、公称出光パワー、入光無光しきい値、定常積分速度制御パラメーター、公称利得、下クランプ安全パワー、最高クランプ出力パワー、新たな目標利得を含む。
利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュール：このモジュールは、動的制御及び定常制御を担当するだけでなく、また、ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態の３つの種類に分け、各状態での制御方法及び制御パラメーターはいずれも一致していなく、アナログ／デジタル収集モジュール、デジタル／アナログ変換モジュール、温度収集モジュール、記憶モジュール等の各デバイスとの通信を同時に担当する。
アナログ／デジタル収集モジュール：このモジュールは、それぞれＥＤＦＡの入力光パワー、出力光パワーを収集し、収集されたデジタルを利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
デジタル／アナログ変換モジュール：利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールが計算して得られた利得制御データがこのモジュールに伝送され、そして、このモジュールを介して離散データをアナログデータに変換してからＥＤＦＡに伝送する。
温度収集モジュール：このモジュールは、装置の温度の測定を担当し、温度値をリアルタイムで利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
記憶モジュール：このモジュールは、ＡＥＳノイズパワー補償値の記憶を担当し、また、補償値を利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
利得制御方法のフローは、下記のとおりである。
アナログ／デジタル収集モジュールによりＥＤＦＡが入力／出力した光パワーの大きさを収集し、まず、入力された光パワーに対して平滑化処理を行うことで、離散ノイズを除去する効果を果たし、それとともに、入力された小信号に対してＡＳＥ補償を行い、ＡＳＥパワー補償値は、光パワーメータを用いて出力が光パワーピークから０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、そして、線形フィッティングの折れ線係数に従って確定される。ＡＳＥの補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出し、この数値に入力光パワーを加算し、また、目標利得大きさを加算して得られるものが補償後の出力電流数値である。このプロセスでは、利得の変化及び入光パワーの変化を１μｓだけ遅延する必要があるため、計算プロセスに遅延があることに注意すべきであり、その利点はオーバーシュートの発生を低減させることにある。上記のプロセスが微分制御方法である。そして、出力された光パワー及び現在の制御モードに基づいて、標準出光（標準出力光パワー）及び出光パワー誤差を算出し、ここで、標準出光は、下クランプ光パワーより小さいか否かに基づいて、定常積分速度制御パラメーターの生成を判定するためのものであり、出光パワー（出力光パワー）誤差は、入光（入力光パワー）閾値があまりに低いことを防止するために、積分パラメーターの一定の補償を制御するためのものである。そして、要求される光パワー出力に達するように、加減算を順々に行い、これが積分制御方法である。このアルゴリズムによれば、システムの動的性能を改善させるとともに、調節時間を短縮させ、オーバーシュートを減少させたので、光パワーの瞬間変化が大きすぎるという問題を解決することに適しており、また、システムの定常性能を改善させ、定常誤差を減少させ、また、ＡＳＥに発生される誤差を減少させて、利得ロック性能を向上させる。閉ループ制御システム全体が１回の制御を完了する周期は、１μｓ程度であり、利得制御及びパワーロックを効果的に実現でき、ユーザの動的及び定常指標を満足させる。
図５に示すように、装置全体は、パラメーター構成モジュール、利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュール、アナログ／デジタル収集モジュール、デジタル／アナログ変換モジュール、温度収集モジュール、記憶モジュールを備える。このような設計は、アナログ回路からなる微分制御リンク及び積分制御リンクをキャンセルして、その利点は、利得が不可変で制御モードが単一な問題を解決したことにある。
ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態のような３つの種類に分ける。
閉鎖状態では、外部にパワーを出力しない。
緩開状態は、ＥＤＦＡポンプの開放時に一定幅のオーバーシュートが生成され、これが出力される光パワーのジッタを引き起こすので、緩開のリンクが追加される。その原理は下記のとおりである。システム構成要求に基づき、初期パワーと目標利得との間に１００ステップの段階を設定し、このようにすると、（目標利得−初期パワー）÷１００×ステップが、各ステップ間の振幅差に等しくなり、そして、開放時に１番目のステップから始めて１００番目のステップまで行うことで、開放の動作が完了される。この方法の利点は、開放のリンクでオーバーシュートの発生を減少させることにある。
開放完了の後に、過渡状態に進み、このリンクの役割は、収集されたＥＤＦＡが入力／出力した光パワーの大きさを利用して、現在の制御モードに従って、利得又は出力光パワー設定値に基づいて、さらに、ＡＳＥ補償パワーを組み合わせて、最終出力光パワーを算出することである。この微分制御アルゴリズムによれば、システムの動的性能を改善させ、調節時間を短縮させ、オーバーシュートを減少させて、光パワーの瞬間変化が大きすぎるという問題を解決することに適しており、積分制御アルゴリズムは、システムの定常性能を改善させ、定常誤差を減少させる。
入力された光パワーに対して平滑化処理を行い、入力されてサンプリングされた数値に対してＦＩＲフィルタリングを行うことで、離散ノイズを除去する効果を果たし、これにより、不規則的なバリに対するフィルタリング効果を確保できる。ＦＩＲフィルタを用いる理由は、その通過帯域内で、位相の遅延が線形になることにある。それとともに、エルビウムイオンが推移する時間は、ｍｓレベルであり、励起エルビウムイオンの蛍光時間は１０ｍｓであるので、レーザ増幅器が出力する光パルスエンベロープの変化範囲もｍｓレベルであり、したがって、フィルタのカットオフ周波数を１０ＫＨｚに設定する。遷移帯域幅と最大サイドローブの減衰振幅との間のバランスをとるために、遷移帯域幅が１９．５〜２１ＫＨｚであって、最大サイドローブ値が−１７〜−２０であるｄＢを選択する。５１２オーダーは遅延があまりに大きくないように確保できるので、微分制御の応答速度に影響しない。
入力信号に補償を追加する。ＥＤＦＡが出力する光パワーは純粋な光パワーでなく、もう一部はＡＳＥノイズであり、一部の利得がＡＳＥノイズに変換されたことに相当し、したがって、利得ロックの精度を向上させるためには、これらのＡＳＥノイズを補償する必要がある。それとともに、ＡＳＥ補償値は、ＥＤＦＡのエルビウムファイバ長さ、エルビウムファイバドープ濃度、ＥＤＦＡ内部光路損失等に関係あるので、各ＥＤＦＡを検出するときに、異なる補償値が得られる。
ＡＳＥ補償量の計算。一般的には、ノイズパワー近似法を用いてＡＳＥパワーを算出し、ノイズ係数ＮＣ＝１０ｌｏｇ｛（１／Ｇ）＋Ｐａｓｅ／（ｈ×ｖ×Ｇ×ｗ）｝であり、ただし、ｈはプランク定数であり、ＰａｓｅはＡＳＥパワーであり、ｖは周波数であり、Ｇは利得であり、ｗは帯域幅である。即ち、ＡＳＥノイズ成分を式から導き出すと、増幅リンク利得に関係あると基本的に確認できる。即ち、ＥＤＦＡの特性は、入力光パワーに関係なく、出力されるＡＳＥノイズは利得のみに従って変化される。
図６は、本発明の好ましい実施例に係るＡＳＥノイズパワーとＥＤＦＡの利得との間の関係を示す曲線図であり、図６に示すように、図中、上が利得であり、下がノイズパワーである。しかし、分光計による正確な測定によれば、ＡＳＥノイズ成分と利得とが一定の係数倍関係に示されないので、ＡＳＥ補償計算を行うときにはＡＳＥを一定値として演算してはいけない。その理由は、ＥＤＦＡカスケードを介して増幅後の信号が大きいＡＳＥカスケードノイズを含み、現在の多くのシステムは光ファイバ信号をより遠く伝送するために、ＥＤＦＡポンプカスケードの方法を用いているので、この式はもう適用されない。直接測定方法を使用すべきである。
図７は、本発明の好ましい実施例に係る直接測定方法を用いて分光計によりＡＳＥノイズパワーを測定する模式図であり、図７に示すように、光パワーメータを用いて出力光パワーピークから左右０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、いくつかのポイントを選択し、得られた数値に対して平均値を取ることで、ＡＳＥパワーが得られ、このように選択する場合、中心波長による影響を回避できる。
図８は、本発明の好ましい実施例に係るレーザが出力して測定されたスペクトログラムの模式図であり、図８に示すように、統計テーブルを作成すると、この曲線は少し湾曲していることが見える。したがって、ＡＳＥ補償を行うときには、多段階補償方法を用い、即ち、いくつかの折れ線によりＡＳＥと利得の曲線をフィッティングし、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
この好ましい実施例では、微分制御方法によれば、ＡＳＥの補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出し、この数値に入力光パワーを加算し、また、目標利得大きさを加算して得られるものが補償後の出力電流数値である。このプロセスでは、利得の変化及び入光パワーの変化を１μｓだけ遅延する必要があるため、計算プロセスに遅延があることに注意すべきであり、その利点は、オーバーシュートの発生を低減させるとともに、入光パワーの瞬間変化の反応速度を向上できることにある。上記のプロセスが微分制御方法であり、システムの動的性能を大幅に向上させるとともに、出力のジッタを引き起こすことがない。
積分制御方法によれば、システムが閉ループシステムであるため、実際の出光パワーに応じて現在の設定の利得及び入光パワーを減算する必要があり、得られるものが即ち出光パワー誤差であり、この誤差を用いて積分制御を行い、パラメーター構成モジュールにより設定された定常積分速度制御パラメーターに従って、誤差を減少する演算を行うことで、積分制御を実現できる。以上のすべての手段を介して、定常性能を大幅に向上させる。
入光パワーしきい値を設定し、入光パワーがこのしきい値より小さい場合に、入光無光アラーム及びハードウェア中断が生成される。
入光パワーが不安定又は高すぎることがあるため、システム全体が受け入れられる最大出光に対して制限を加える必要があり、即ち、最高クランプ出光パワーを追加する。
ノンオフモードを設定し、実際の使用では、光ケーブルの切断、機器の失効等の事故により、光パワーが損失、ひいては閉鎖される虞があり、システム全体の冗長性を考慮して、リンクが再接続された後のシステムの復元を容易にするために、入光パワーがなくても閉鎖されない状態を必要とするので、入光無光の場合にシステムが最低クランプパワーを出力して、不閉鎖が保証されるノンオフモードをシステムに設定する。
上記の実施例によれば、オーバーシュートの発生を減少するために、ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態の３つの種類に分けて、レーザが開閉される制御状態とする。
入力された光パワーに対して平滑化処理を行い、入力されて収集された後の数値に対してＦＩＲフィルタリングを行うことで、離散ノイズを除去する効果が奏される。
直接測定方法を用いて、即ち、光パワーメータにより出力光パワーピークから左右０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、この範囲内でいくつかのポイントを収集して、測定されたパワーに対して平均値を取り、これがＡＳＥノイズパワーである。
ＡＳＥ補償値を計算するときに、多段階補償方法を用い、即ち、いくつかの折れ線によりＡＳＥと利得との関係曲線をフィッティングし、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
ＡＳＥの補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出す。
光パワーが大きすぎることを防止するために、最高クランプ出光パワーを追加する。
微分制御アルゴリズムとは、変化後の目標利得大きさ及び入光パワーを１μｓだけ遅延し、ＡＳＥの補償値と加算して、初期出力電流値を求めることである。
ノンオフモードを設定する。実際の使用において、光ケーブルの切断、機器の失効等の状態で、システムが最低クランプパワーを出力できるように保証して、リンクが再接続された後のシステムの復元を容易にし、冗長性を向上させる。
以上の実施形態の説明を通じて、当業者であれば、上記の実施例の方法が、ソフトウェアに必要な汎用ハードウェアプラットフォームを加えることによって実現でき、もちろん、ハードウェアによっても実現できるが、多くの場合には、前者がより好ましい実施形態であることを明らかに分かることができる。このような理解に基づいて、本発明の技術手段は本質的に、従来技術に貢献した部分がソフトウェアプロダクトの状態で具現化されることができ、このコンピュータソフトウェアプロダクトが若干の命令を備えて、１台の端末機器（携帯電話、コンピュータ、サーバ、又はネットワーク装置等であってもよい）により本発明の様々な実施例に記載の方法を実行するような記録媒体（例えば、ＲＯＭ／ＲＡＭ、磁気ディスク、光ディスク）に記憶されてもよい。
本発明の実施例は、記録媒体をさらに提供する。選択的に、本実施例では、上記の記録媒体は、上記の実施例のステップを実行するためのプログラムコードを記憶することができる。選択的に、本実施例では、上記の記録媒体は、ＵＳＢ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、モバイルハードディスク、磁気ディスクや光ディスクなどのプログラムコードを記憶できる様々な媒体を含むことができるが、これらに限定されない。
選択的に、本実施例では、プロセッサは、記録媒体に記憶されているプログラムコードによって、上記の実施例の方法を実行できる。
また、当業者にとっては、上記の本発明の各モジュール又は各ステップが、汎用の計算装置により実現されることができ、それらは単一の計算装置に集中されてもよく、又は複数の計算装置により構成されたネットワークに分散されてもよく、選択的に、それらは計算装置の実行可能なプログラムコードにより実現されることができ、これによって、それらを記憶装置の中に記憶させて計算装置により実行されることができ、また、場合によっては、こちらの手順と異なる手順で示した又は説明されたステップを実行し、又はそれらをそれぞれの集積回路モジュールに製造し、又はそれらのうちの複数のモジュール又はステップを単体の集積回路モジュールに製造して実現されることができることは明らかなことである。このように、本発明はいずれかの特定のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせに限定されない。
以上は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではなく、当業者にとっては、本発明は様々な変更及び変化を有してもよい。本発明の精神及び原則を逸脱しない範囲内でのいずれの変更、同等の代替、変形等は全て本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施例に提供された上記の技術手段によれば、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集し、この出力光パワーに応じて増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得に基づいてＡＳＥ補償パワー値テーブルから対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであり、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。
本発明は、通信分野に関し、特に光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置、プログラムならびに記録媒体に関する。
エルビウムドープファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、単にＥＤＦＡと称する）は、新世代の光通信システムの重要な部材として、利得が高く、出力パワーが大きく、作動帯域幅が広く、偏光と関係なく、ノイズ係数が低く、増幅特性がシステムビットレート及びデータフォーマットと関係なく、大容量波長分割多重（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、単にＤＷＤＭと称する）システムに不可欠な重要な部材である。ＥＤＦＡの有効作動範囲はＤＷＤＭシステムのＣ波長帯域であり、中心周波数は１９３．１ＴＨｚであり、波長範囲は１５２８−１５６１ｎｍであり、チャネル間隔は１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）の整数倍であり、全部で４０波を含む。
ＤＷＤＭシステムは多波長作動システムであり、また、エルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡは飽和特性を有するので、飽和領域にある波長パワーは安定を維持し、ある波長信号が失われた場合には、利得競合により、そのエネルギが失われていない信号に移動されて、他の波長の信号パワーが高くなる。受信側では、レベルの突然の増加によりエラーコードが発生する可能性があり、また、極端な場合に、８ウェイ波長中の７ウェイが失われると、全てのパワーが残りの１ウェイ波長に集中し、パワーが１７ｄＢｍ程度まで達する虞があり、強い非線形性や受信機の受信パワー過負荷を引き起こし、大量のエラーコードが発生される。
したがって、ＥＤＦＡが実際のシステムカスケードの使用において、入力光パワーに対して広い動的変化範囲を有し、ＤＷＤＭシステムにおいて入力光パワーがどのように変化しても、残りのチャネルの光パワーが影響を受けないように、光増幅器は自動利得制御機能を有することが要求される。
従来技術では、図１は、従来技術に係るエルビウムドープファイバ増幅器の利得制御装置の模式図であり、図１に示すように、この装置は、Ｐｉｎ光電変換モジュール、Ｐｉｎプログラム制御利得増幅又はＤＡＣモジュール、Ｐｏｕｔ光電変換モジュール、Ｐｏｕｔ増幅モジュール、比例積分制御モジュール、比例微分制御モジュール、重畳回路及び駆動回路を備え、Ｐｉｎ光電変換モジュールは、入力光パワーを電気信号に変換し、この信号がＰｉｎプログラム制御利得増幅又はＤＡＣモジュールを介して、利得ロック値の調整及び小信号の入力における利得補償制御を実現するように構成され、Ｐｏｕｔ光電変換モジュールは出力光パワーを電気信号に変換し、Ｐｏｕｔ増幅モジュールは、Ｐｏｕｔの検出された信号幅値を増幅するように構成され、Ｐｉｎ検出信号及びＰｏｕｔ検出信号は、差動入力信号とされるとともに、比例積分制御モジュール及び比例微分制御モジュールの入力側に接続され、重畳回路は、比例積分及び比例微分の二つの制御モジュールの電圧出力の和Ｖｃを電圧制御信号とし、駆動回路により、この電圧制御信号をポンプレーザの駆動要求を満たす駆動電流信号に変換する。
この手段は、以下の欠点が存在する。
１．利得が調整できない。制御ユニットはアナログ回路から成っており、制御ユニットの伝達関数は様々な電子部品のラプラス変換モデルにより構成されているので、伝達関数が不可変であり、開ループ利得及び閉ループ利得が不可変である。
２．制御モードが単一である。異なる制御結果を達成するために、入光パワーの変化に応じて異なる制御モードを選択できない。
３．オーバーシュートの発生を回避できない。アナログ回路の固有の性質のため、システムに段階信号を入力する場合に、即ち、ＥＤＦＡポンプが開放された場合に、一定幅のオーバーシュートが発生され、これは出力される光パワーのジッタを引き起こす。
４．光パワー出力しきい値を設定できない。ＥＤＦＡを用いることで光パワーを向上させたが、この光パワーは大きいほど良いものではない。パワーがある程度まで大きくなった場合、光ファイバは非線形効果（ラマン散乱及びブリルアン散乱を含む）を生成し、非線形効果はＥＤＦＡの増幅性能及び長距離非中継伝送の実現を大幅に制限する。
従来技術では、図２は、従来技術に係るＤＳＰによりＥＤＦＡにおける利得及びパワーロック装置を実現する模式図であり、図２に示すように、元の閉ループアナログ制御ユニットの代わりにＤＳＰ、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａを用い、ＤＳＰ内でソフトウェアにより効率的で柔軟な制御アルゴリズムを実現する。制御フロー全体は、４枚の１４ビットＴＩのＡ／Ｄサンプリングチップを備え、２つのレベルで入出力光パワーをそれぞれサンプリングし、ＴＩのＤＳＰが入出力光パワーを読み出した後に、現在の制御モードに従って、利得又は出力光パワー設定値に基づいて、さらに、ＡＳＥ補償パワーを組み合わせて、最終出力光パワーを算出する。フィードフォワード補償のジデジタル比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムによって、ポンプレーザを駆動する制御電圧を算出し、１枚の１４ビットＴＩのデュアルチャネルＤ／Ａチップを用いて２つのポンプレーザを制御する。閉ループ制御システム全体が１回の制御を完了する周期は２μｓ程度であり、チューニングされた制御パラメーターと協力して、利得及びパワーロックを効果的に実現でき、ユーザの過渡及び定常指標を満足させる。
この手段は、以下の欠点が存在する。
１．比例微分制御アルゴリズムは、入光を摂動量とした後で補償を行い、補償プロセスは２μｓ継続する必要があるため、ＥＤＦＡ光パワー入力過渡変化の処理が速くない。
２．ＥＤＦＡポンプの開放時に、出力ジッタが大きすぎる。
３．ＡＳＥ補償精度が高くない。ＡＳＥと利得とが非線形関係を成すため、直接にプログラムコードでＡＳＥ補償計算を行うことは正確ではない。
従来技術における光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題に対して、現在まだ有効な解決手段が提案されていない。
本発明は、少なくとも従来技術における光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決するために、光ファイバ増幅器の利得制御方法及び装置、プログラムならびに記録媒体を提供する。
本発明の一実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御方法が提供され、前記方法は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集するステップと、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップと、目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップと、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップとを含む。
本発明の実施例では、前記目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップは、前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップするステップを含み、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものである。
本発明の実施例では、前記光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集した後に、前記方法は、収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しないステップをさらに含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了するステップをさらに含む。
本発明の実施例では、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップは、出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成するステップを含む。
本発明の実施例では、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであることは、多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成することを含む。
本発明の実施例では、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップは、所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力した後に、前記方法は、出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワー値である最低クランプパワーを出力するステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するステップを含む。
本発明の実施例では、前記方法は、前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力するステップを含む。
本発明の別の実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御装置がさらに提供され、前記装置は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する収集モジュールと、前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する測定モジュールと、目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するルックアップモジュールと、前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する出力モジュールと、を備える。
本発明の実施例では、前記ルックアップモジュールは、前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであるテーブルルックアップユニットと、多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成する生成ユニットと、のうちの少なくとも１つを備える。
本発明の実施例では、前記装置は、収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うフィルタリングモジュールと、前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しない閉鎖モジュールと、前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了する緩開モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える。
本発明の実施例では、前記測定モジュールは、出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成する測定ユニットを備える。
本発明の実施例では、前記出力モジュールは、さらに、所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するように構成される。
本発明の実施例では、前記装置は、出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力する第１の積分制御モジュールと、前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである最低クランプパワーを出力する不閉鎖モジュールと、前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するアラームモジュールと、前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する出力禁止モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える。
本発明の別の実施例によれば、プログラムが提供され、前記プログラムは、プロセッサに実行されることにより、上記の光ファイバ増幅器の利得制御方法を実現する。
発明の別の実施例によれば、記録媒体が提供され、前記記録媒体には、上記のプログラムが記録されている。
本発明によれば、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集し、この出力光パワーに応じて増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得に基づいてＡＳＥ補償パワー値テーブルから対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであり、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。
ここの図面は、本発明に対する更なる理解を提供して、本発明の一部を構成し、本発明の例示的な実施例及びその説明は、本発明を解釈するだけで、本発明を限定するものではない。
従来技術に係るエルビウムドープファイバ増幅器の利得制御装置の模式図である。 従来技術に係るＤＳＰを用いてＥＤＦＡの利得及びパワーロック装置を実現する模式図である。 本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御方法のフローチャートである。 本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい実施例に係るエルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御装置の模式図である。 本発明の好ましい実施例に係るＡＳＥノイズパワーとＥＤＦＡの利得との間の関係を示すグラフである。 本発明の好ましい実施例に係る直接測定方法を用いて分光計によりＡＳＥノイズパワーを測定する模式図である。 本発明の好ましい実施例に係るレーザが出力して測定されたスペクトログラムの模式図である。
以下、図面を参照しながら実施例を併せて本発明を詳細に説明する。なお、矛盾しない前提で、本発明の実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせてもよい。
なお、本発明の明細書、特許請求範囲及び上記の図面における用語「第１の」、「第２の」などは、類似する対象を区別するためのもので、特定の順序又は前後順序を説明するためには使用されない。
本実施例によれば、光ファイバ増幅器の利得制御方法が提供され、図３は、本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御方法のフローチャートであり、図３に示すように、このフローは、下記のステップを含む。
ステップＳ３０２：光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する。
ステップＳ３０４：この出力光パワーを測定し、この出力光パワーに応じて光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する。
ステップＳ３０６：目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定する。
ステップＳ３０８：この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する。
上記のステップによれば、直接にこの出力光パワーを測定して光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワーを確定し、したがって、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。
本実施例では、この目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップは、この目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルからこの目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップするステップを含み、ここで、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものである。本実施例では、収集して得られたこの入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うことで、入力された光パワーに対して平滑化処理を行うことができ、入力光パワー離散ノイズを除去する効果が奏される。
本実施例では、光ファイバ増幅器のポンプの作動状態を閉鎖状態に設定することができ、この光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合には、この出力光パワーを出力しない。
本実施例では、光ファイバ増幅器のポンプの作動状態を緩開状態に設定することができ、この光ファイバ増幅器が開放されている場合には、緩開状態に設定し、ここで、この緩開状態である場合には、この入力光パワー及びこの目標利得に応じて段階を設定し、この段階に従ってこの光ファイバ増幅器の開放を完了することで、オーバーシュートの発生を低減させる。
本実施例では、この出力光パワーを測定し、光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップは、この出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、この所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、この複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、このＡＳＥノイズパワーを生成するステップを含む。
本実施例では、ＡＳＥ補償パワー値テーブルの生成方法は複数あることができ、これらの方法は、いずれも所定利得に基づいて対応するＡＳＥノイズパワーをフィッティングすることであり、例えば、多段階補償方法を用いてこのＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の関係曲線をフィッティングして、このＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成し、この多段階補償方法では、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
本実施例では、所定時間遅延した変動後のこの入力光パワーに基づいて、この目標利得及びこのＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力し、このＡＳＥ補償パワー値と加算して標準出力光パワーを算出して出力することで、入力光パワーの瞬間変化の反応速度を向上させ、出力のジッタを減少させる。
本実施例では、さらに、出力されたこの標準出力光パワーからこの目標利得、このＡＳＥ補償パワー値及びこの入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、この光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、この標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力することができる。積分制御を実現し、光ファイバ増幅器の定常性能を向上させる。
上記の実施例では、この入力光パワーがない場合に、最低クランプパワーを出力し、ここで、この最低クランプパワーは、この光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである。
この入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成する。
この標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、この標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する。
本実施例では、光ファイバ増幅器の利得制御装置がさらに提供され、この装置は、上記の実施例及び好ましい実施形態を実現するためのものであり、既に説明している部分については、詳細な説明を省略する。以下に使用されるように、用語「モジュール」は、所定機能のソフトウェア及び／又はハードウェアの組み合わせを実現することができる。以下の実施例に説明されている装置は、ソフトウェアにより実現されることが好ましいが、ハードウェア、又はソフトウェア及びハードウェアを組み合わせて実現することも可能で構想される。
図４は、本発明の実施例に係る光ファイバ増幅器の利得制御装置の構成を示すブロック図であり、図４に示すように、この装置は、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する収集モジュール４２と、この出力光パワーを測定し、この出力光パワーに応じてこの光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する測定モジュール４４と、目標利得が、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するルックアップモジュール４６と、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する出力モジュール４８と、を備える。
本発明の実施例では、このルックアップモジュール４６は、この目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルからこの目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、ここで、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであるテーブルルックアップユニットと、多段階補償方法を用いてこのＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の関係曲線をフィッティングして、このＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成する生成ユニットと、のうちの少なくとも１つを備える。
本発明の実施例では、前記装置は、収集して得られたこの入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うフィルタリングモジュールと、この光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、この出力光パワーを出力しない閉鎖モジュールと、この光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、ここで、この緩開状態である場合に、この入力光パワー及びこの目標利得に応じて段階を設定し、この段階に従ってこの光ファイバ増幅器の開放を完了する緩開モジュールと、をさらに備える。
本発明の実施例では、この測定モジュール４４は、この出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、この所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、この複数のポイント出力光パワーに対して平均値を取り、このＡＳＥノイズパワーを生成する測定ユニットを備える。
本発明の実施例では、この出力モジュール４８は、さらに、所定時間遅延した変動後のこの入力光パワーに基づいて、この目標利得及びこのＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するように構成される。
本発明の実施例では、前記装置は、出力されたこの標準出力光パワーからこの目標利得、このＡＳＥ補償パワー値及びこの入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、この光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、この標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力する第１の積分制御モジュールと、この入力光パワーがない場合に、この光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである最低クランプパワーを出力する不閉鎖モジュールと、この入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するアラームモジュールと、この標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、この標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する出力禁止モジュールと、をさらに備える。
以下、好ましい実施例及び実施形態を併せて、本発明を詳細に説明する。
この好ましい実施例によれば、エルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御方法及び装置が提供され、図５は、この好ましい実施例に係るエルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡの安定で迅速な利得制御装置の模式図であり、図５に示すように、前記装置は、下記のモジュールを備える。
パラメーター構成モジュール：このモジュールは、利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに異なる制御モードと制御パラメーターとを設定することができ、制御モードは、下クランプモード、公称出光モード、正常出光モードを含み、制御パラメーターは、公称出光パワー、入光無光しきい値、定常積分速度制御パラメーター、公称利得、下クランプ安全パワー、最高クランプ出力パワー、新たな目標利得を含む。
利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュール：このモジュールは、動的制御及び定常制御を担当するだけでなく、また、ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態の３つの種類に分け、各状態での制御方法及び制御パラメーターはいずれも一致していなく、アナログ／デジタル収集モジュール、デジタル／アナログ変換モジュール、温度収集モジュール、記憶モジュール等の各デバイスとの通信を同時に担当する。
アナログ／デジタル収集モジュール：このモジュールは、それぞれＥＤＦＡの入力光パワー、出力光パワーを収集し、収集されたデジタルデータを利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
デジタル／アナログ変換モジュール：利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールが計算して得られた利得制御データがこのモジュールに伝送され、そして、このモジュールを介して離散データをアナログデータに変換してからＥＤＦＡに伝送する。
温度収集モジュール：このモジュールは、装置の温度の測定を担当し、温度値をリアルタイムで利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
記憶モジュール：このモジュールは、ＡＥＳノイズパワー補償値の記憶を担当し、また、補償値を利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュールに伝送する。
利得制御方法のフローは、下記のとおりである。
アナログ／デジタル収集モジュールによりＥＤＦＡが入力／出力した光パワーの大きさを収集し、まず、入力された光パワーに対して平滑化処理を行うことで、離散ノイズを除去する効果を果たし、それとともに、入力された小信号に対してＡＳＥ補償を行い、ＡＳＥパワー補償値は、光パワーメータを用いて出力が光パワーピークから０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、そして、線形フィッティングの折れ線係数に従って確定される。ＡＳＥパワー補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出し、この数値に入力光パワーを加算し、また、目標利得大きさを加算して得られるものが補償後の出力電流数値である。このプロセスでは、利得の変化及び入光パワーの変化を１μｓだけ遅延する必要があるため、計算プロセスに遅延があることに注意すべきであり、その利点はオーバーシュートの発生を低減させることにある。上記のプロセスが微分制御方法である。そして、出力された光パワー及び現在の制御モードに基づいて、標準出光（標準出力光パワー）及び出光パワー誤差を算出し、ここで、標準出光は、下クランプ光パワーより小さいか否かに基づいて、定常積分速度制御パラメーターの生成を判定するためのものであり、出光パワー（出力光パワー）誤差は、入光（入力光パワー）閾値があまりに低いことを防止するために、積分パラメーターの一定の補償を制御するためのものである。そして、要求される光パワー出力に達するように、加減算を順々に行い、これが積分制御方法である。このアルゴリズムによれば、システムの動的性能を改善させるとともに、調節時間を短縮させ、オーバーシュートを減少させたので、光パワーの瞬間変化が大きすぎるという問題を解決することに適しており、また、システムの定常性能を改善させ、定常誤差を減少させ、また、ＡＳＥに発生される誤差を減少させて、利得ロック性能を向上させる。閉ループ制御システム全体が１回の制御を完了する周期は、１μｓ程度であり、利得制御及びパワーロックを効果的に実現でき、ユーザの動的及び定常指標を満足させる。
図５に示すように、装置全体は、パラメーター構成モジュール、利得制御アルゴリズム及び通信インターフェースモジュール、アナログ／デジタル収集モジュール、デジタル／アナログ変換モジュール、温度収集モジュール、記憶モジュールを備える。このような設計は、アナログ回路からなる微分制御リンク及び積分制御リンクをキャンセルして、その利点は、利得が不可変で制御モードが単一な問題を解決したことにある。
ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態のような３つの種類に分ける。
閉鎖状態では、外部にパワーを出力しない。
緩開状態は、ＥＤＦＡポンプの開放時に一定幅のオーバーシュートが生成され、これが出力される光パワーのジッタを引き起こすので、緩開のリンクが追加される。その原理は下記のとおりである。システム構成要求に基づき、初期パワーと目標利得との間に１００ステップの段階を設定し、このようにすると、（目標利得−初期パワー）÷１００×ステップが、各ステップ間の振幅差に等しくなり、そして、開放時に１番目のステップから始めて１００番目のステップまで行うことで、開放の動作が完了される。この方法の利点は、開放のリンクでオーバーシュートの発生を減少させることにある。
開放完了の後に、過渡状態に進み、このリンクの役割は、収集されたＥＤＦＡが入力／出力した光パワーの大きさを利用して、現在の制御モードに従って、利得又は出力光パワー設定値に基づいて、さらに、ＡＳＥ補償パワーを組み合わせて、最終出力光パワーを算出することである。この微分制御アルゴリズムによれば、システムの動的性能を改善させ、調節時間を短縮させ、オーバーシュートを減少させて、光パワーの瞬間変化が大きすぎるという問題を解決することに適しており、積分制御アルゴリズムは、システムの定常性能を改善させ、定常誤差を減少させる。
入力された光パワーに対して平滑化処理を行い、入力されてサンプリングされた数値に対してＦＩＲフィルタリングを行うことで、離散ノイズを除去する効果を果たし、これにより、不規則的なバリに対するフィルタリング効果を確保できる。ＦＩＲフィルタを用いる理由は、その通過帯域内で、位相の遅延が線形になることにある。それとともに、エルビウムイオンが推移する時間は、ｍｓレベルであり、励起エルビウムイオンの蛍光時間は１０ｍｓであるので、レーザ増幅器が出力する光パルスエンベロープの変化範囲もｍｓレベルであり、したがって、フィルタのカットオフ周波数を１０ＫＨｚに設定する。遷移帯域幅と最大サイドローブの減衰振幅との間のバランスをとるために、遷移帯域幅が１９．５〜２１ＫＨｚであって、最大サイドローブ値が−１７〜−２０であるｄＢを選択する。５１２オーダーは遅延があまりに大きくないように確保できるので、微分制御の応答速度に影響しない。
入力信号に補償を追加する。ＥＤＦＡが出力する光パワーは純粋な光パワーでなく、もう一部はＡＳＥノイズであり、一部の利得がＡＳＥノイズに変換されたことに相当し、したがって、利得ロックの精度を向上させるためには、これらのＡＳＥノイズを補償する必要がある。それとともに、ＡＳＥ補償値は、ＥＤＦＡのエルビウムファイバ長さ、エルビウムファイバドープ濃度、ＥＤＦＡ内部光路損失等に関係あるので、各ＥＤＦＡを検出するときに、異なる補償値が得られる。
ＡＳＥ補償量の計算。一般的には、ノイズパワー近似法を用いてＡＳＥパワーを算出し、ノイズ係数ＮＣ＝１０ｌｏｇ｛（１／Ｇ）＋Ｐａｓｅ／（ｈ×ｖ×Ｇ×ｗ）｝であり、ただし、ｈはプランク定数であり、ＰａｓｅはＡＳＥパワーであり、ｖは周波数であり、Ｇは利得であり、ｗは帯域幅である。即ち、ＡＳＥノイズ成分を式から導き出すと、増幅リンク利得に関係あると基本的に確認できる。即ち、ＥＤＦＡの特性は、入力光パワーに関係なく、出力されるＡＳＥノイズは利得のみに従って変化される。
図６は、本発明の好ましい実施例に係るＡＳＥノイズパワーとＥＤＦＡの利得との間の関係を示す曲線図であり、図６に示すように、図中、上が利得であり、下がノイズパワーである。しかし、分光計による正確な測定によれば、ＡＳＥノイズ成分と利得とが一定の係数倍関係に示されないので、ＡＳＥ補償計算を行うときにはＡＳＥパワーを一定値として演算してはいけない。その理由は、ＥＤＦＡカスケードを介して増幅後の信号が大きいＡＳＥカスケードノイズを含み、現在の多くのシステムは光ファイバ信号をより遠く伝送するために、ＥＤＦＡポンプカスケードの方法を用いているので、この式はもう適用されない。直接測定方法を使用すべきである。
図７は、本発明の好ましい実施例に係る直接測定方法を用いて分光計によりＡＳＥノイズパワーを測定する模式図であり、図７に示すように、光パワーメータを用いて出力光パワーピークから左右０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、いくつかのポイントを選択し、得られた数値に対して平均値を取ることで、ＡＳＥパワーが得られ、このように選択する場合、中心波長による影響を回避できる。
図８は、本発明の好ましい実施例に係るレーザが出力して測定されたスペクトログラムの模式図であり、図８に示すように、統計テーブルを作成すると、この曲線は少し湾曲していることが見える。したがって、ＡＳＥ補償を行うときには、多段階補償方法を用い、即ち、いくつかの折れ線によりＡＳＥと利得の曲線をフィッティングし、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
この好ましい実施例では、微分制御方法によれば、ＡＳＥの補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出し、この数値に入力光パワーを加算し、また、目標利得大きさを加算して得られるものが補償後の出力電流数値である。このプロセスでは、利得の変化及び入光パワーの変化を１μｓだけ遅延する必要があるため、計算プロセスに遅延があることに注意すべきであり、その利点は、オーバーシュートの発生を低減させるとともに、入光パワーの瞬間変化の反応速度を向上できることにある。上記のプロセスが微分制御方法であり、システムの動的性能を大幅に向上させるとともに、出力のジッタを引き起こすことがない。
積分制御方法によれば、システムが閉ループシステムであるため、実際の出光パワーに応じて現在の設定の利得及び入光パワーを減算する必要があり、得られるものが即ち出光パワー誤差であり、この誤差を用いて積分制御を行い、パラメーター構成モジュールにより設定された定常積分速度制御パラメーターに従って、誤差を減少する演算を行うことで、積分制御を実現できる。以上のすべての手段を介して、定常性能を大幅に向上させる。
入光パワーしきい値を設定し、入光パワーがこのしきい値より小さい場合に、入光無光アラーム及びハードウェア中断が生成される。
入光パワーが不安定又は高すぎることがあるため、システム全体が受け入れられる最大出光に対して制限を加える必要があり、即ち、最高クランプ出光パワーを追加する。
ノンオフモードを設定し、実際の使用では、光ケーブルの切断、機器の失効等の事故により、光パワーが損失、ひいては閉鎖される虞があり、システム全体の冗長性を考慮して、リンクが再接続された後のシステムの復元を容易にするために、入光パワーがなくても閉鎖されない状態を必要とするので、入光無光の場合にシステムが最低クランプパワーを出力して、不閉鎖が保証されるノンオフモードをシステムに設定する。
上記の実施例によれば、オーバーシュートの発生を減少するために、ＥＤＦＡポンプの作動状態を閉鎖状態、緩開状態、過渡状態の３つの種類に分けて、レーザが開閉される制御状態とする。
入力された光パワーに対して平滑化処理を行い、入力されて収集された後の数値に対してＦＩＲフィルタリングを行うことで、離散ノイズを除去する効果が奏される。
直接測定方法を用いて、即ち、光パワーメータにより出力光パワーピークから左右０．１ｎｍ又は０．４ｎｍ離れたところのパワースペクトル密度を測定し、この範囲内でいくつかのポイントを収集して、測定されたパワーに対して平均値を取り、これがＡＳＥノイズパワーである。
ＡＳＥ補償値を計算するときに、多段階補償方法を用い、即ち、いくつかの折れ線によりＡＳＥと利得との関係曲線をフィッティングし、折れ線毎の比例係数が全部一致しており、このようにすると、ＡＳＥ補償による不正確な問題を極力減少させることができる。
ＡＳＥの補償値を利得との対応関係数値に従って記憶装置に記憶させ、システムに電源を入れたときに、記憶モジュールから読み出してキャッシュに記憶させ、また、利得との対応関係を利用して、ルックアップテーブルの方法によってキャッシュから読み出す。
光パワーが大きすぎることを防止するために、最高クランプ出光パワーを追加する。
微分制御アルゴリズムとは、変化後の目標利得大きさ及び入光パワーを１μｓだけ遅延し、ＡＳＥの補償値と加算して、初期出力電流値を求めることである。
ノンオフモードを設定する。実際の使用において、光ケーブルの切断、機器の失効等の状態で、システムが最低クランプパワーを出力できるように保証して、リンクが再接続された後のシステムの復元を容易にし、冗長性を向上させる。
以上の実施形態の説明を通じて、当業者であれば、上記の実施例の方法が、ソフトウェアに必要な汎用ハードウェアプラットフォームを加えることによって実現でき、もちろん、ハードウェアによっても実現できるが、多くの場合には、前者がより好ましい実施形態であることを明らかに分かることができる。このような理解に基づいて、本発明の技術手段は本質的に、従来技術に貢献した部分がソフトウェアプロダクトの状態で具現化されることができ、このコンピュータソフトウェアプロダクトが若干の命令を備えて、１台の端末機器（携帯電話、コンピュータ、サーバ、又はネットワーク装置等であってもよい）により本発明の様々な実施例に記載の方法を実行するような記録媒体（例えば、ＲＯＭ／ＲＡＭ、磁気ディスク、光ディスク）に記憶されてもよい。
本発明の実施例は、記録媒体をさらに提供する。選択的に、本実施例では、上記の記録媒体は、上記の実施例のステップを実行するためのプログラムコードを記憶することができる。選択的に、本実施例では、上記の記録媒体は、ＵＳＢ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、モバイルハードディスク、磁気ディスクや光ディスクなどのプログラムコードを記憶できる様々な媒体を含むことができるが、これらに限定されない。
選択的に、本実施例では、プロセッサは、記録媒体に記憶されているプログラムコードによって、上記の実施例の方法を実行できる。
また、当業者にとっては、上記の本発明の各モジュール又は各ステップが、汎用の計算装置により実現されることができ、それらは単一の計算装置に集中されてもよく、又は複数の計算装置により構成されたネットワークに分散されてもよく、選択的に、それらは計算装置の実行可能なプログラムコードにより実現されることができ、これによって、それらを記憶装置の中に記憶させて計算装置により実行されることができ、また、場合によっては、こちらの手順と異なる手順で示した又は説明されたステップを実行し、又はそれらをそれぞれの集積回路モジュールに製造し、又はそれらのうちの複数のモジュール又はステップを単体の集積回路モジュールに製造して実現されることができることは明らかなことである。このように、本発明はいずれかの特定のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせに限定されない。
以上は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではなく、当業者にとっては、本発明は様々な変更及び変化を有してもよい。本発明の精神及び原則を逸脱しない範囲内でのいずれの変更、同等の代替、変形等は全て本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施例に提供された上記の技術手段によれば、光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集し、この出力光パワーに応じて増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成し、目標利得に基づいてＡＳＥ補償パワー値テーブルから対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、このＡＳＥ補償パワー値テーブルは、このＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであり、この入力光パワー、このＡＳＥ補償パワー値及びこの目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力することによって、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度が高くなく、微分制御速度が遅いという問題を解決し、光ファイバ増幅器のＡＳＥ補償精度及び微分制御速度を向上させる。

Claims (18)

  1. 光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集するステップと、
    前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップと、
    目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップと、
    前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップと、を含む
    光ファイバ増幅器の利得制御方法。
  2. 前記目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するステップは、
    前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップするステップを含み、
    前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものである
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集した後に、
    収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うステップを含む
    請求項１に記載の方法。
  4. 前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しないステップをさらに含む
    請求項１に記載の方法。
  5. 前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了するステップをさらに含む
    請求項１に記載の方法。
  6. 前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成するステップは、
    出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成するステップを含む
    請求項１に記載の方法。
  7. 前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであることは、
    多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成することを含む
    請求項２に記載の方法。
  8. 前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力するステップは、
    所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するステップを含む
    請求項１に記載の方法。
  9. 前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力した後に、
    出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力するステップを含む
    請求項１に記載の方法。
  10. 前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワー値である最低クランプパワーを出力するステップを含む
    請求項１に記載の方法。
  11. 前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するステップを含む
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力するステップを含む
    請求項１１に記載の方法。
  13. 光ファイバ増幅器の入力光パワー及び出力光パワーを収集する収集モジュールと、
    前記出力光パワーを測定し、前記出力光パワーに応じて前記光ファイバ増幅器の増幅自然放射のＡＳＥノイズパワーを生成する測定モジュールと、
    目標利得が、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて、対応するＡＳＥ補償パワー値を確定するルックアップモジュールと、
    前記入力光パワー、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記目標利得に基づいて、標準出力光パワーを算出して出力する出力モジュールと、を備える
    光ファイバ増幅器の利得制御装置。
  14. 前記ルックアップモジュールは、
    前記目標利得がＡＳＥ補償パワー値テーブルから前記目標利得に対応するＡＳＥ補償パワー値をルックアップし、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルは、前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との間の対応関係に基づいて生成されたものであるテーブルルックアップユニットと、
    多段階補償方法を用いて前記ＡＳＥノイズパワーと所定利得との関係曲線をフィッティングして、前記ＡＳＥ補償パワー値テーブルを生成する生成ユニットと、のうちの少なくとも１つを備える
    請求項１３に記載の装置。
  15. 収集して得られた前記入力光パワーに対して、有限長単位インパルス応答ＦＩＲフィルタリングを行うフィルタリングモジュールと、
    前記光ファイバ増幅器が閉鎖状態である場合に、前記出力光パワーを出力しない閉鎖モジュールと、
    前記光ファイバ増幅器が開放されている場合に、緩開状態に設定し、前記緩開状態である場合に、前記入力光パワー及び前記目標利得に応じて段階を設定し、前記段階に従って前記光ファイバ増幅器の開放を完了する緩開モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える
    請求項１３に記載の装置。
  16. 前記測定モジュールは、
    出力光パワーピークの所定範囲のパワースペクトル密度を測定し、前記所定範囲内の複数のポイントの出力光パワーを収集し、前記複数のポイントの出力光パワーに対して平均値を取り、前記ＡＳＥノイズパワーを生成する測定ユニットを備える
    請求項１３に記載の装置。
  17. 前記出力モジュールは、さらに、所定時間遅延した変動後の前記入力光パワーに基づいて、前記目標利得及び前記ＡＳＥ補償パワー値を組み合わせて、標準出力光パワーを算出して出力するように構成される
    請求項１３に記載の装置。
  18. 出力された前記標準出力光パワーから前記目標利得、前記ＡＳＥ補償パワー値及び前記入力光パワーを減算して、光パワー誤差を求め、前記光パワー誤差及び所定の定常積分速度制御パラメーターに基づいて、前記標準出力光パワーに対して積分制御を行って、最終出力光パワーを出力する第１の積分制御モジュールと、
    前記入力光パワーがない場合に、前記光ファイバ増幅器が正常に作動する最低パワーである最低クランプパワーを出力する不閉鎖モジュールと、
    前記入力光パワーが所定最低入力光パワーより低い場合に、無入力光パワーアラーム又はハードウェア中断指示を生成するアラームモジュールと、
    前記標準出力光パワーが所定最高クランプ出力光パワーより高い場合に、前記標準出力光パワーの出力を禁止し、最高クランプ出力光パワーのみを出力する出力禁止モジュールと、のうちの少なくとも１つをさらに備える
    請求項１３に記載の装置。
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