WO2015089868A1 - 一种拉曼泵浦激光器控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种拉曼泵浦激光器控制装置及其控制方法 Download PDF

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付成鹏
乐孟辉
陶金涛
景运瑜
卜勤练
余春平
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武汉光迅电子技术有限公司
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Definitions

  • the invention relates to the control of a Raman pump laser, and belongs to the field of optical communication, in particular to a Raman pump laser control device with a fast power response and a control method thereof. Background technique
  • Raman fiber amplifiers have been widely used in modern communication networks because of their advantages of "arbitrary" operating wavelength characteristics, wideband gain characteristics, distributed amplification characteristics, and the use of ordinary fibers as gain media.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a device for quickly controlling a Raman fiber amplifier pump laser and a control method thereof, thereby improving the dynamic working performance of a Raman fiber amplifier, and having a fast response characteristic to satisfy a dynamic optical network.
  • the wavelength division multiplexer couples the pump light output from the split coupler with the signal light
  • the Raman pump laser generates pump light under the control of an analog control signal output from the digital-to-analog converter, and the generated pump light enters the spectrocoupler for splitting.
  • the invention also provides a Raman pump laser control device, comprising: a wavelength division multiplexer, a first splitting coupler, a second splitting coupler, a wavelength division multiplexer group, a photodetector group, and an analog amplification processing a circuit group, an analog-to-digital converter group, a fast Raman pump control unit, a digital-to-analog converter group, a Raman pump laser group, a pump combining unit, wherein
  • the wavelength division multiplexer couples the pump light output from the first split coupler to the signal light; the first split coupler splits the pump light, and a part of the split light energy is coupled into the wavelength division multiplexer, and the other part Light enters the second split coupler;
  • the second splitting coupler splits a part of the splitting of the output of the first splitting coupler again, and outputs the splitting light to each of the wavelength division multiplexers in the wavelength division multiplexer group;
  • Each wavelength division multiplexer in the wavelength division multiplexer group separately filters the split light output by the second split optical coupler, and respectively outputs the selected different wavelength splitting optical signals to each photodetection photoelectric in the photodetector group.
  • Each photodetector in the detector group respectively detects the optical power of the split optical signal of different wavelengths, and outputs the detected analog signal to the corresponding analog amplification processing circuit in the analog amplification processing circuit group;
  • Each of the analog-to-digital converters in the analog-to-digital converter group converts the input amplified analog signal into a digital signal, and outputs the digital signals representing the optical power of each wavelength to the fast Raman pump control unit;
  • Each digital-to-analog converter in the digital-to-analog converter group converts each wavelength digital control signal into an analog control signal of each wavelength
  • each wavelength division multiplexer in the wavelength division multiplexer group, each photodetector in the photodetector group, each analog amplification processing circuit in the analog amplification processing circuit group, and an analog to digital converter group Each of the analog-to-digital converters and the digital-to-analog converters in the digital-to-analog converter group has a one-to-one correspondence with each of the Raman pump lasers in the Raman pump laser group.
  • the fast Raman pump control unit is implemented by a digital processing chip; the analog amplification processing circuit is implemented by a transconductance circuit or a logarithmic circuit; the photodetector uses a photodetection diode or other capable of detecting the intensity of the spectroscopic signal.
  • the method is implemented; wherein the digital processing chip is preferably a DSP, an FPGA or an ASIC.
  • the present invention also provides a Raman pump laser control method with fast power response implemented by the Raman pump laser control device in the above technical solution, comprising the steps of:
  • FIG. 6 is a schematic diagram of establishing a feedforward control data of a Raman pump laser using a Raman pump laser backlight detection current
  • Wavelength Division Multiplexer 101 Wavelength Division Multiplexer 102: Split-coupler
  • second split coupler 204 second wavelength division multiplexer
  • the analog-to-digital converter 105 converts the analog signal processed by the analog amplification processing circuit 104 into a digital signal; the fast Raman pump control unit 106 performs data processing on the digital signal obtained by the analog-to-digital converter 105 to generate digital control.
  • the digital-to-analog converter 107 converts the digital control signal processed by the fast Raman pump control unit 106 into an analog control signal; the Raman pump laser 108 generates a pump under the control of the analog control signal output from the digital-to-analog converter 107.
  • Puguang the generated pump light enters the splitting coupler 102 for splitting.
  • the fast Raman pump control unit 106 effects the generation of optical power to the Raman pump laser 108 based on the actual output optical power of the detected Raman pump laser 108 and the desired output optical power of the Raman pump laser 108.
  • the control signal, the specific data processing flow includes: establishing a relationship between the current actual output optical power of the Raman pump laser 108 and the input value of the digital-to-analog converter 107 input to the Raman pump laser 108, based on the test or calibration result. In the first implementation, as shown in FIG. 4, a linear approximation relationship can be established.
  • the horizontal axis is the current actual output optical power (in mW) of the Raman pump laser 108
  • the vertical axis is the digital-to-analog converter 107.

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Abstract

一种拉曼泵浦激光器控制装置及其控制方法，其中拉曼泵浦激光器控制装置包括：波分复用器（101）、分光耦合器（102）、光电探测器（103）、模拟放大处理电路（104）、模数转换器（105）、快速拉曼泵浦控制单元（106）、数模转换器（107）、拉曼泵浦激光器（108）；快速拉曼泵浦控制单元（106）已知拉曼泵浦激光器（108）预期输出光功率后，基于拉曼泵浦激光器（108）当前预期输出光功率与数模转换器（107）所需输入数字量的直接关系，使用前馈控制机制，使拉曼泵浦激光器（108）实际输出光功率快速逼近其预期输出光功率；再同步结合反馈控制机制，使拉曼泵浦激光器（108）的实际输出光功率精确锁定于预期输出光功率，从而实现对拉曼泵浦激光器（108）的快速而精确的控制。

Description

一种拉曼泵浦激光器控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及拉曼泵浦激光器的控制， 属于光通信领域， 特别涉及一种具有 快速功率响应的拉曼泵浦激光器控制装置及其控制方法。 背景技术
网络数据流量激增与用户对高速率网络应用的需求， 引领着光通信网络朝 着超宽带网络的方向前行。 拉曼光纤放大器以其具有 "任意"工作波长特性、 宽带增益特性、 分布放大特性以及可以用普通光纤作为增益介质等几大优点， 已在现代通信网络中得到广泛应用。
各大光放大器厂商均针对拉曼光纤放大器相关技术展开了广泛的研究。 如 美国专利 US7031049披露了一种拉曼光纤放大器的 Loss Point探测方法； 美国 专利 US7916384披露了一种基于 PID实现拉曼光纤放大器闭环控制的方法； 美 国专利 US8139285披露了一种拉曼光纤放大器及其控制方法， 其要点在于实现 拉曼光纤放大器的实时增益控制。 如上所述专利， 基本体现了拉曼光纤放大器 技术发展趋势： 从早期简单的拉曼输出安全功率保护及简单功率控制到当前进 入实时增益控制的研究。 从已知技术发展轨迹中可以看出， 对于拉曼光纤放大 器的控制， 关注的焦点愈来愈集中于增益的实时控制。 然而， 随着光通信技术 的发展， 传统的静态光网络已悄然演进为动态光网络。 一方面， 动态的光网络 会将更多的光浪涌、 光波动、 光电转换噪声引入到光纤放大器中； 另一方面， 频繁的上下波成为动态光网络的主题。 这些对于光纤放大器的新的动态特性的 要求， 必然需要光纤放大器具有快速的动态响应特征。 作为光放大器的一种， 拉曼光纤放大器亦需要满足这种新的技术要求， 即需要实现对拉曼光纤放大器 快速控制， 在已知技术中， 尚未见相关技术的披露。 本发明的目的在于提供一种快速控制拉曼光纤放大器泵浦激光器的装置及 其控制方法， 使得拉曼光纤放大器具有快速响应的特性。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是， 提供一种快速控制拉曼光纤放大器泵浦激 光器的装置及其控制方法， 提升拉曼光纤放大器的动态工作性能， 使其具备快 速响应特性， 以满足动态光网络的相关技术要求。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供了一种拉曼泵浦激光器控制装置， 包括： 波分复用器、 分光耦 合器、 光电探测器、 模拟放大处理电路、 模数转换器、 快速拉曼泵浦控制单元、 数模转换器、 拉曼泵浦激光器； 其中，
波分复用器将从分光耦合器输出的泵浦光与信号光进行耦合；
分光耦合器对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进波分复用器， 另一部分光进入光电探测器；
光电探测器对分光耦合器的输出的分光进行探测；
模拟放大处理电路对光电探测器探测到的模拟信号进行放大处理； 模数转换器将模拟放大处理电路处理后的模拟信号转换为数字信号； 快速拉曼泵浦控制单元对模数转换器所得到的数字信号进行数据处理， 产 生数字控制信号；
数模转换器将快速拉曼泵浦控制单元处理得到的数字控制信号转换成模拟 控制信号；
拉曼泵浦激光器在数模转换器输出的模拟控制信号的控制下产生泵浦光， 所产生的泵浦光进入分光耦合器进行分光。
本发明还提供了一种拉曼泵浦激光器控制装置， 包括： 波分复用器、 第一 分光耦合器、 第二分光耦合器、 波分复用器组、 光电探测器组、 模拟放大处理 电路组、 模数转换器组、 快速拉曼泵浦控制单元、 数模转换器组、 拉曼泵浦激 光器组、 泵浦合波单元； 其中，
波分复用器将从第一分光耦合器输出的泵浦光与信号光进行耦合； 第一分光耦合器对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进波分复用 器， 另一部分光进入第二分光耦合器；
第二分光耦合器对第一分光耦合器输出的一部分分光再次进行分光， 并将 分光输出到波分复用器组中的每一个波分复用器；
波分复用器组中的每一个波分复用器对第二分光耦合器输出的分光分别进 行滤波， 分别将选定的不同波长的分光信号输出到光电探测器组中的各光电探 光电探测器组中的各光电探测器分别对不同波长的分光信号的光功率进行 探测， 并将探测得到模拟信号输出到模拟放大处理电路组中对应的模拟放大处 理电路；
模拟放大处理电路组中的各模拟放大处理电路分别对输入的模拟信号进行 放大处理后输出到模数转换器组中对应的模数转换器；
模数转换器组中的各模数转换器分别将输入的经过放大处理的模拟信号转 换为数字信号， 并将代表各波长光功率的数字信号分别输出到快速拉曼泵浦控 制单元；
快速拉曼泵浦控制单元对输入的分别代表各波长光功率的数字信号进行数 据处理， 分别针对拉曼泵浦激光器组各拉曼泵浦激光器产生各波长数字控制信 号；
数模转换器组中的各数模转换器将各波长数字控制信号分别经过转换成各 波长模拟控制信号；
拉曼泵浦激光器组中的各拉曼泵浦激光器在对应的波长模拟控制信号的控 制下产生各波长泵浦光， 各波长泵浦光进入泵浦合波单元进行合波； 泵浦合波 单元将合波后的多个波长泵浦光输出到第一分光耦合器进行分光； 其中， 所述 泵浦合波单元优选为 IPBCD、 IPBC、 WDM, PBC中的一种或多种。
在上述技术方案中， 光电探测器组中的各光电探测器所探测的光功率分别 与拉曼泵浦激光器组中各拉曼泵浦激光器各自的当前实际输出功率相对应。
在上述技术方案中， 波分复用器组中的波分复用器个数、 光电探测器组中 的光电探测器个数、 模拟放大处理电路组中的模拟放大处理电路个数、 模数转 换器组中的模数转换器个数、 数模转换器组中的数模转换器个数均与拉曼泵浦 激光器组中的拉曼泵浦激光器个数相对应。
在上述技术方案中， 波分复用器组中的各波分复用器、 光电探测器组中的 各光电探测器、 模拟放大处理电路组中的各模拟放大处理电路、 模数转换器组 中的各模数转换器、 数模转换器组中的各数模转换器均与拉曼泵浦激光器组中 的各拉曼泵浦激光器一一对应。
在上述技术方案中， 拉曼泵浦激光器组中的拉曼泵浦激光器个数为 2个或 大于 2的自然数个。
在上述技术方案中， 快速拉曼泵浦控制单元采用数字处理芯片来实现； 模 拟放大处理电路采用跨导电路或者对数电路来实现； 光电探测器采用光电探测 二极管或其他能够探测分光信号强弱的方式来实现； 其中， 所述数字处理芯片 优选为 DSP、 FPGA或者 ASIC。
本发明还提供一种使用在上述技术方案中的拉曼泵浦激光器控制装置来实 施的具有快速功率响应的拉曼泵浦激光器控制方法， 包括步骤：
前馈控制步骤， 依据测试或者定标结果， 建立各拉曼泵浦激光器当前实际 输出光功率与输入该拉曼泵浦激光器的对应数模转换器的输入值之间的关系， 快速拉曼泵浦控制单元在已知拉曼泵浦激光器的当前预期输出功率时， 根据这 种关系， 对应产生相应的前馈输出值输出到对应的数模转换器中；
反馈控制步骤， 当光电探测器探测到对应拉曼泵浦激光器当前实际输出光 功率时，快速拉曼泵浦控制单元在得到该拉曼泵浦激光器的实际输出光功率后， 与之前所预期的该拉曼泵浦激光器的输出光功率相关联， 使用反馈控制方式， 使得该拉曼泵浦激光器的实际输出光功率精确锁定在该拉曼泵浦激光器的预期 输出光功率上。
在上述技术方案中， 所述建立各拉曼泵浦激光器当前实际输出光功率与输 入该拉曼泵浦激光器的对应数模转换器的输入值之间的关系具体为采用直线拟 合方式建立线性关系或者采用査找表方式建立一一映射关系。
在上述技术方案中，所述反馈控制方式采用位置式或者增量式 PI或 PID控 制器。
本发明取得了以下技术效果：
1、 结构简单， 易于实现；
2、 通过算法完成快速响应设计， 不增加额外成本；
3、 使用一种全新的前馈 +反馈控制方法， 实现对拉曼光纤放大器泵浦激光 器控制。 该方法易于植入拉曼光纤放大器的整体控制机制中， 使得拉曼光纤放 大器具有快速响应特性。 附图说明
图 1是快速控制拉曼光纤放大器泵浦激光器的装置结构框图；
图 2是快速控制拉曼光纤放大器泵浦激光器的装置第二实例的结构框图； 图 3是快速控制拉曼光纤放大器泵浦激光器的装置第三实例的结构框图； 图 4是拉曼泵浦激光器前馈控制数据线性曲线拟合示意图；
图 5是拉曼泵浦激光器前馈控制数据表格示意图；
图 6是使用拉曼泵浦激光器背光探测电流建立拉曼泵浦激光器前馈控制数 据示意图；
图 7是使用拉曼泵浦激光器光电探测器探测电流建立拉曼泵浦激光器前馈 控制数据表格示意图。
射：
101： 波分复用器 102： 分光耦合器
103： 光电探测器 104： 模拟放大处理电路
105： 模数转换器 106： 快速拉曼泵浦控制单元 107： 数模转换器 108： 拉曼泵浦激光器
201： 第一波分复用器 202： 第一分光耦合器
203： 第二分光耦合器 204： 第二波分复用器
205： 第三波分复用器 206、 207： 第一、 第二光电探 208、 209： 第一、 第二模拟放大处理电路
210、 211： 第一、 第二 212： 快速拉曼泵浦控制单元 213、 214： 第一、 第二
215、 216： 第一、 第二 拉曼泵浦激光器 泵浦合波单元
301： 波分复用器 第一分光耦合器
303： 第二分光耦合器 波分复用器组
305： 光电探测器组 模拟放大处理电路组 307： 模数转换器组 快速拉曼泵浦控制单元 309： 数模转换器组 拉曼泵浦激光器组
311： 泵浦合波单元 具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明， 下面结合附图及具体实 施方式对本发明作进一步的详细描述。
为解决上述技术问题， 本发明提供了具有快速功率响应的拉曼泵浦激光器 的控制装置， 以及基于上述控制装置实现的具有快速功率响应的拉曼泵浦激光 器控制方法。
本发明提供的拉曼泵浦激光器控制装置如图 1所示， 其包括： 波分复用器 101 (WDM)、 分光耦合器 102 (TAP), 光电探测器 103 (PD)、 模拟放大处理 电路 104 (AMP),模数转换器 105 (ADC)、 快速拉曼泵浦控制单元 106 (Pump Control Unit), 数模转换器 107 (DAC)、 拉曼泵浦激光器 108 (PUMP)。
其中， 波分复用器 101将从分光耦合器 102输出的泵浦光与信号光进行耦 合； 分光耦合器 102对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进波分复用 器 101， 另一部分光进入光电探测器 103， 其分光比例可根据需要采用任意合适 范围； 光电探测器 103对分光耦合器 102的分光进行探测； 模拟放大处理电路 104对光电探测器 103探测到的模拟信号进行放大处理； 模数转换器 105将模 拟放大处理电路 104处理后的模拟信号转换为数字信号； 快速拉曼泵浦控制单 元 106对模数转换器 105所得到的数字信号进行数据处理，产生数字控制信号; 数模转换器 107将快速拉曼泵浦控制单元 106处理得到的数字控制信号转换成 模拟控制信号； 拉曼泵浦激光器 108在数模转换器 107输出的模拟控制信号的 控制下产生泵浦光， 所产生的泵浦光进入分光耦合器 102进行分光。
其中，该快速拉曼泵浦控制单元 106采用数字处理芯片来实现，可采用 DSP、 FPGA、 ASIC或者具有类似数据处理功能的芯片； 模拟放大处理电路 104可以 是跨导电路或者对数电路等； 光电探测器 103可以采用光电探测二极管或其他 能够探测分光信号强弱的方式来实现。
图 1所示的拉曼泵浦激光器控制装置的工作过程为： 拉曼泵浦激光器 108 的产生的泵浦光能量通过分光耦合器 102分光后， 一部分分光经连接在分光耦 合器 102之后的光电探测器 103转换为模拟电流信号， 此时光电探测器 103探 测得到的模拟电流信号对应于拉曼泵浦激光器 108 当前实际输出的泵浦光功 率； 所得到的模拟电流信号经过模拟放大处理电路 104进行放大处理并转换为 电压信号， 再由模数转换器 105将模拟电压信号转换为数字电压量， 该数字电 压量反映了拉曼泵浦激光器 108实际输出的泵浦光功率； 模数转换器 105与快 速拉曼泵浦控制单元 106相连接， 快速拉曼泵浦控制单元 106中对输入的数字 电压量进行处理， 产生对拉曼泵浦激光器 108进行功率控制的数字控制信号， 并将处理结果输出给数模转换处理电路 108， 转换为模拟控制信号后以驱动拉 曼泵浦激光器 108， 产生光能量经过分光耦合器 102分光后耦合进波分复用器 101， 从而实现对拉曼光纤放大器泵浦激光器的控制功能。
快速拉曼泵浦控制单元 106实现根据探测到的拉曼泵浦激光器 108的实际 输出光功率和所期望的拉曼泵浦激光器 108的输出光功率来产生对拉曼泵浦激 光器 108的光功率控制信号， 具体数据处理流程包括： 依据测试或者定标结果， 建立拉曼泵浦激光器 108当前实际输出光功率与输入拉曼泵浦激光器 108的数 模转换器 107的输入值之间的关系。 第一种实现方式， 可以如图 4所示， 建立 起一种线性近似关系， 横轴为拉曼泵浦激光器 108当前实际输出光功率 （单位 为 mW)， 纵轴为数模转换器 107的输入值， 在这里， 数模转换器 107的输入值 为数字控制信号值， 无量纲， 通过拟合公式或者拟合直线， 快速拉曼泵浦控制 单元 106即可直接根据所期望的拉曼泵浦激光器 108输出光功率得到需要输入 到数模转换器 107的数字控制信号。 第二种实现方式， 可以如图 5所示， 建立 起一种表格式关系， 将所期望的拉曼泵浦激光器 108实际输出光功率与数模转 换器 107的输入值之间建立一一映射关系。第三种实现方式， 可以如图 6所示， 通过拉曼泵浦激光器 108 自带的背光探测器的探测电流与拉曼泵浦激光器 108 当前实际输出光功率建立关系， 再将此关系与数模转换器 107的输入值之间进 行对应， 从而建立起一种前馈关系。 第四种实现方式， 可以如图 7所示， 通过 拉曼泵浦激光器 108输出端所接的分光耦合器 102以及对应的光探测器 103建 立光探测器 103探测电流与拉曼泵浦激光器 108当前实际输出光功率之间的对 应关系， 再将此关系与数模转换器 107的输入值之间进行对应， 从而建立起一 种前馈关系。 上述这四种方式所建立的拉曼泵浦激光器 108输出光功率与控制 该泵浦激光器 108的数模转换器 107输入值的直接关联的这种关系， 可称为拉 曼泵浦激光器的前馈控制机制。 在实际实现中， 当快速拉曼泵浦控制单元 106 已知拉曼泵浦激光器 108的当前预期输出功率时， 根据这种前馈控制机制， 对 应产生一个前馈输出值， 输出到数模转换器 107中； 同时， 光电探测器 103即 探测到当前拉曼泵浦激光器 108实际输出光功率， 快速拉曼泵浦控制单元 106 得到当前拉曼泵浦激光器 108的实际输出光功率后， 与之前所预期的拉曼泵浦 激光器 108的输出光功率相关联，根据反馈控制机制，使得拉曼泵浦激光器 108 的实际输出光功率精确锁定在拉曼泵浦激光器 108的预期输出光功率上。
由于快速拉曼泵浦控制单元 106已知拉曼泵浦激光器 108预期输出光功率 后， 基于拉曼泵浦激光器 108当前预期输出光功率与控制拉曼泵浦激光器 108 的数模转换器 107所需输入数字量的直接关系， 可以使用前馈控制机制， 因此 可以使拉曼泵浦激光器 108实际输出光功率快速逼近其预期输出光功率； 再同 步结合反馈控制机制， 可以使拉曼泵浦激光器 108的实际输出光功率精确锁定 于预期输出光功率， 从而实现对拉曼泵浦激光器 108的快速而精确的控制。
所述反馈控制机制， 基于拉曼泵浦激光器 108当前预期输出光功率与测量 得到的当前实际输出光功率来实现， 优选方式为使用 PID控制器， 可使用位置 式或者增量式 PI或 PID控制器； 作为一种可选方式， 亦可使用逐步逼近方式， 其作用在于，使拉曼泵浦激光器的实际输出功率精确锁定在其预期输出功率上。
本发明提供的拉曼泵浦激光器控制装置的第二种实施方式， 如图 2所示， 可在图 1所示单拉曼泵浦控制装置上扩展而来， 可用于含两个拉曼泵浦激光器 的拉曼放大器中，其包括：第一波分复用器 201 (WDM1 )、第一分光耦合器 202 (TAP1 )、 第二分光耦合器 203 (TAP2)、 第二波分复用器 204 (WDM2)、 第三 波分复用器 205 (WDM3 )、 第一光电探测器 206 (PD1 )、 第二光电探测器 207 (PD2 )、 第一模拟放大处理电路 208 (AMP1 )、 第二模拟放大处理电路 209 (AMP2)、 第一模数转换器 210 (ADC1 )、 第二模数转换器 211 (ADC2)、 快 速拉曼泵浦控制单元 212 (Pump Control Unit), 第一数模转换器 213 (DAC1 )、 第二数模转换器 214 (DAC2)、 第一拉曼泵浦激光器 215 (PUMP1 )、 第二拉曼 泵浦激光器 216 (PUMP2)、 泵浦合波单元 217。
其中， 第一波分复用器 201将从第一分光耦合器 202输出的泵浦光与信号 光进行耦合； 第一分光耦合器 202对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦 合进第一波分复用器 201， 另一部分光进入第二分光耦合器 203， 其分光比例可 根据需要采用任意合适范围； 第二分光耦合器 203对第一分光耦合器 202输出 的一部分分光再次进行分光， 并将分光输出到第二波分复用器 204和第三波分 复用器 205， 其分光比例可根据需要采用任意合适范围。
第二波分复用器 204对第二分光耦合器 203输出的分光进行滤波， 将选定 的第一波长的分光信号输出到第一光电探测器 206; 第一光电探测器 206探测 输入的光功率， 并将探测得到模拟信号输出到第一模拟放大处理电路 208; 第 一模拟放大处理电路 208对输入的模拟信号进行放大处理后输出到第一模数转 换器 210; 第一模数转换器 210将输入的经过放大处理的模拟信号转换为数字 信号， 并将代表第一波长光功率的数字信号输出到快速拉曼泵浦控制单元 212。
第三波分复用器 205对第二分光耦合器 203输出的分光进行滤波， 将选定 的第二波长的分光信号输出到第二光电探测器 207; 第二光电探测器 207探测 输入的光功率， 并将探测得到模拟信号输出到第二模拟放大处理电路 209; 第 二模拟放大处理电路 209对输入的模拟信号进行放大处理后输出到第二模数转 换器 211 ;第二模数转换器 211将输入的经过放大处理的模拟信号转换为数字信 号， 并将代表第二波长光功率的数字信号输出到快速拉曼泵浦控制单元 212。
快速拉曼泵浦控制单元 212对输入的分别代表第一和第二波长光功率的数 字信号进行数据处理， 分别针对第一拉曼泵浦激光器 215和第二拉曼泵浦激光 器 216产生第一波长数字控制信号和第二波长数字控制信号； 针对第一拉曼泵 浦激光器 215产生的第一波长数字控制信号经过第一数模转换器 213转换成第 一波长模拟控制信号， 第一拉曼泵浦激光器 215在第一数模转换器 213输出的 第一波长模拟控制信号的控制下产生第一波长泵浦光， 所产生的第一波长泵浦 光进入泵浦合波单元 217进行合波； 针对第二拉曼泵浦激光器 216产生的第二 波长数字控制信号经过第二数模转换器 214转换成第二波长模拟控制信号， 第 二拉曼泵浦激光器 216在第二数模转换器 214输出的第二波长模拟控制信号的 控制下产生第二波长泵浦光， 所产生的第二波长泵浦光进入泵浦合波单元 217 进行合波； 泵浦合波单元 217将合波后的多个波长泵浦光输出到第一分光耦合 器 202进行分光。
第一和第二光电探测器所探测的光功率分别与第一和第二拉曼泵浦激光器 各自的当前实际输出功率相对应。
本发明提供的拉曼泵浦激光器控制装置的第三种实施方式， 如图 3所示， 也可在图 2所示双拉曼泵浦控制装置上扩展而来， 可用于含有多个拉曼泵浦激 光器的拉曼放大器中， 其包括： 波分复用器 301 (WDM)、 第一分光耦合器 302 (TAP1 )、 第二分光耦合器 303 (TAP2)、 波分复用器组 304 (WDMS1 )、 光电 探测器组 305 (PDl,...,PDn)、 模拟放大处理电路组 306 (ΑΜΡ1,...,ΑΜΡη)、 模 数转换器组 307 (ADCl,...,ADCn)、 快速拉曼泵浦控制单元 308 (Pump Control Unit ) , 数模转换器组 309 ( DACl,...,DACn )、 拉曼泵浦激光器组 310 (PUMPl,...,PUMPn)、 泵浦合波单元 311。
其中， 波分复用器 301将从第一分光耦合器 302输出的泵浦光与信号光进 行耦合； 第一分光耦合器 302对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进 波分复用器 301， 另一部分光进入第二分光耦合器 303， 其分光比例可根据需要 采用任意合适范围； 第二分光耦合器 303对第一分光耦合器 302输出的一部分 分光再次进行分光， 其分光比例可根据需要采用任意合适范围， 并将分光输出 到波分复用器组 304中的每一个波分复用器； 波分复用器组 304中的每一个波 分复用器对第二分光耦合器 303输出的分光进行滤波， 分别将选定的第一至第 n波长的分光信号输出到光电探测器组 305中的第一至第 n光电探测器； 光电 探测器组 305中的第一至第 n光电探测器分别对第一至第 n波长的分光信号的 光功率进行探测， 并将探测得到模拟信号输出到模拟放大处理电路组 306中对 应的第一至第 n模拟放大处理电路； 模拟放大处理电路组 306中的第一至第 n 模拟放大处理电路分别对输入的模拟信号进行放大处理后输出到模数转换器组 307中对应的第一至第 n模数转换器； 模数转换器组 307中的第一至第 n模数 转换器分别将输入的经过放大处理的模拟信号转换为数字信号， 并将代表第一 至第 n波长光功率的数字信号分别输出到快速拉曼泵浦控制单元 308。 快速拉 曼泵浦控制单元 308对输入的分别代表第一至第 n波长光功率的数字信号进行 数据处理， 分别针对拉曼泵浦激光器组 310中的第一至第 n拉曼泵浦激光器产 生第一至第 n波长数字控制信号； 针对拉曼泵浦激光器组 310中的第一至第 n 拉曼泵浦激光器产生的第一至第 n 波长数字控制信号分别经过数模转换器组 309中对应的第一至第 n数模转换器转换成第一至第 n波长模拟控制信号； 拉 曼泵浦激光器组 310中对应的第一至第 n拉曼泵浦激光器在数模转换器组 309 中的第一至第 n数模转换器输出的第一至第 n波长模拟控制信号的控制下产生 第一至第 n波长泵浦光，所产生的第一至第 n波长泵浦光进入泵浦合波单元 311 进行合波； 泵浦合波单元 311将合波后的多个波长泵浦光输出到第一分光耦合 器 302进行分光。
在快速拉曼泵浦控制单元 308中， 具体数据处理流程包括： 首先， 依据测 试或者定标结果， 建立拉曼泵浦激光器当前实际输出功率与当前泵浦激光器 DAC设置值的关系。 第一种实现方式， 可以如图 4所示， 建立起一种线性近似 关系， 横轴为每路 /每波长拉曼泵浦激光器当前实际输出光功率 （单位为 mW)， 纵轴为每路 /每波长数模转换器的输入值， 通过拟合公式或者拟合直线， 快速拉 曼泵浦控制单元 308即可直接根据所期望的拉曼泵浦激光器输出光功率得到需 要输入到对应数模转换器的数字控制信号。第二种实现方式， 可以如图 5所示， 建立起一种表格式关系， 将所期望的每路 /每波长拉曼泵浦激光器输出光功率与 对应的数模转换器的输入值之间建立一一映射关系。 第三种实现方式， 可以如 图 6所示， 通过拉曼泵浦激光器自带的背光探测器的探测电流与拉曼泵浦激光 器当前实际输出光功率建立关系， 再将此关系与数模转换器的输入值之间进行 对应， 从而建立起一种前馈关系。 第四种实现方式， 可以如图 7所示， 通过拉 曼泵浦激光器输出端所接的分光耦合器以及对应的光探测器建立光探测器探测 电流与拉曼泵浦激光器当前实际输出光功率之间的对应关系， 再将此关系与数 模转换器的输入值之间进行对应， 从而建立起一种前馈关系。 上述这四种方式 所建立的每路 /每波长拉曼泵浦激光器输出光功率与控制该泵浦激光器的相应 数模转换器输入值的直接关联的这种关系， 可称为拉曼泵浦激光器的前馈控制 机制。 在实际实现中， 当快速拉曼泵浦控制单元已知每路 /每波长或者任意路 / 任意波长拉曼泵浦激光器的当前预期输出功率时， 根据这种前馈控制机制， 对 应产生一个前馈输出值， 输出到对应数模转换器中； 同时， 每路 /每波长或者任 意路 /任意波长光电探测器探测到对应拉曼泵浦激光器实际输出光功率， 快速拉 曼泵浦控制单元 308得到当前相应拉曼泵浦激光器的实际输出光功率后， 与之 前所预期的相应拉曼泵浦激光器的输出光功率相关联， 根据反馈控制机制， 使 得相应拉曼泵浦激光器的实际输出光功率精确锁定在该拉曼泵浦激光器的预期 输出光功率上。
光电探测器组中的第一至第 n光电探测器所探测的光功率分别与拉曼泵浦 激光器组中的第一至第 n拉曼泵浦激光器各自的当前实际输出功率相对应。 同 理可知， 波分复用器组 304中的波分复用器个数、 光电探测器组 305中的光电 探测器个数、 模拟放大处理电路组 306中的模拟放大处理电路个数、 模数转换 器组 307中的模数转换器个数、 数模转换器组 309中的数模转换器个数均与拉 曼泵浦激光器组 310 中的拉曼泵浦激光器个数相对应， 其个数可以是 2个、 4 个、 8个、 16个、 32个、 64个、 128个、 256个、 512个、 1024个、 或者其他 任意自然数个， 相当于多个图 1所示第一实施方式的并联而仅使用一个快速拉 曼泵浦控制单元来实现对多路 /多波长光信号功率的快速控制， 拉曼泵浦控制单 元对每路 /每个波长分别进行控制。
图 2-3所示出第二和第三实施方式中所使用的部件可以与图 1所示的第一 实施方式所使用的器件相同， 快速拉曼泵浦控制单元中对每一路或者说每一个 波长泵浦光功率的控制方式也与图 1所示的第一实施方式所使用的方式相同， 由此可将图 1所示的适合单拉曼泵浦控制装置上的控制方法应用于多拉曼泵浦 控制装置， 其中的泵浦合波单元可以使用 IPBCD、 IPBC、 WDM, PBC等器件 来实现。
以上实施例仅为本发明的一种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制。 其具体结构和尺寸可根据实际需要进 行相应的调整。 应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本 发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范 围。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于包括： 波分复用器、 分光耦 合器、 光电探测器、模拟放大处理电路、 模数转换器、 快速拉曼泵浦控制单元、 数模转换器、 拉曼泵浦激光器； 其中，
波分复用器将从分光耦合器输出的泵浦光与信号光进行耦合；
分光耦合器对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进波分复用器， 另一部分光进入光电探测器；
光电探测器对分光耦合器的输出的分光进行探测；
模拟放大处理电路对光电探测器探测到的模拟信号进行放大处理； 模数转换器将模拟放大处理电路处理后的模拟信号转换为数字信号； 快速拉曼泵浦控制单元对模数转换器所得到的数字信号进行数据处理， 产 生数字控制信号；
数模转换器将快速拉曼泵浦控制单元处理得到的数字控制信号转换成模拟 控制信号；
拉曼泵浦激光器在数模转换器输出的模拟控制信号的控制下产生泵浦光， 所产生的泵浦光进入分光耦合器进行分光。
2、 一种拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于包括： 波分复用器、 第一分 光耦合器、 第二分光耦合器、 波分复用器组、 光电探测器组、 模拟放大处理电 路组、 模数转换器组、 快速拉曼泵浦控制单元、 数模转换器组、 拉曼泵浦激光 器组、 泵浦合波单元； 其中，
波分复用器将从第一分光耦合器输出的泵浦光与信号光进行耦合； 第一分光耦合器对泵浦光进行分光， 一部分分光的光能量耦合进波分复用 器， 另一部分光进入第二分光耦合器；
第二分光耦合器对第一分光耦合器输出的一部分分光再次进行分光， 并将 分光输出到波分复用器组中的每一个波分复用器；
波分复用器组中的每一个波分复用器对第二分光耦合器输出的分光分别进 行滤波， 分别将选定的不同波长的分光信号输出到光电探测器组中的各光电探 光电探测器组中的各光电探测器分别对不同波长的分光信号的光功率进行 探测， 并将探测得到模拟信号输出到模拟放大处理电路组中对应的模拟放大处 理电路；
模拟放大处理电路组中的各模拟放大处理电路分别对输入的模拟信号进行 放大处理后输出到模数转换器组中对应的模数转换器；
模数转换器组中的各模数转换器分别将输入的经过放大处理的模拟信号转 换为数字信号， 并将代表各波长光功率的数字信号分别输出到快速拉曼泵浦控 制单元；
快速拉曼泵浦控制单元对输入的分别代表各波长光功率的数字信号进行数 据处理， 分别针对拉曼泵浦激光器组各拉曼泵浦激光器产生各波长数字控制信 号；
数模转换器组中的各数模转换器将各波长数字控制信号分别经过转换成各 波长模拟控制信号；
拉曼泵浦激光器组中的各拉曼泵浦激光器在对应的波长模拟控制信号的控 制下产生各波长泵浦光， 各波长泵浦光进入泵浦合波单元进行合波； 泵浦合波 单元将合波后的多个波长泵浦光输出到第一分光耦合器进行分光； 其中， 所述 泵浦合波单元优选为 IPBCD、 IPBC、 WDM, PBC中的一种或多种。
3、 根据权利要求 2所述的拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于： 光电探 测器组中的各光电探测器所探测的光功率分别与拉曼泵浦激光器组中各拉曼泵 浦激光器各自的当前实际输出功率相对应。
4、 根据权利要求 3所述的拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于： 波分复 用器组中的波分复用器个数、 光电探测器组中的光电探测器个数、 模拟放大处 理电路组中的模拟放大处理电路个数、 模数转换器组中的模数转换器个数、 数 模转换器组中的数模转换器个数均与拉曼泵浦激光器组中的拉曼泵浦激光器个 数相对应。
5、 根据权利要求 4所述的拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于： 波分复 用器组中的各波分复用器、 光电探测器组中的各光电探测器、 模拟放大处理电 路组中的各模拟放大处理电路、 模数转换器组中的各模数转换器、 数模转换器 组中的各数模转换器均与拉曼泵浦激光器组中的各拉曼泵浦激光器一一对应。
6、 根据权利要求 5所述的拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征在于： 拉曼泵 浦激光器组中的拉曼泵浦激光器个数为 2个或大于 2的自然数个。
7、 根据权利要求 1-6中任意一项所述的拉曼泵浦激光器控制装置， 其特征 在于： 快速拉曼泵浦控制单元采用数字处理芯片来实现； 模拟放大处理电路采 用跨导电路或者对数电路来实现； 光电探测器采用光电探测二极管或其他能够 探测分光信号强弱的方式来实现； 其中， 所述数字处理芯片优选为 DSP、 FPGA 或者 ASIC。
8、 一种使用如权利要求 1-6中任意一项所述的拉曼泵浦激光器控制装置来 实施的具有快速功率响应的拉曼泵浦激光器控制方法， 其特征在于包括：
前馈控制步骤， 依据测试或者定标结果， 建立各拉曼泵浦激光器当前实际 输出光功率与输入该拉曼泵浦激光器的对应数模转换器的输入值之间的关系， 快速拉曼泵浦控制单元在已知拉曼泵浦激光器的当前预期输出功率时， 根据这 种关系， 对应产生相应的前馈输出值输出到对应的数模转换器中；
反馈控制步骤， 当光电探测器探测到对应拉曼泵浦激光器当前实际输出光 功率时，快速拉曼泵浦控制单元在得到该拉曼泵浦激光器的实际输出光功率后， 与之前所预期的该拉曼泵浦激光器的输出光功率相关联， 使用反馈控制方式， 使得该拉曼泵浦激光器的实际输出光功率精确锁定在该拉曼泵浦激光器的预期 输出光功率上。
9、 根据权利要求 8所述的拉曼泵浦激光器控制方法， 其特征在于： 所述建 立各拉曼泵浦激光器当前实际输出光功率与输入该拉曼泵浦激光器的对应数模 转换器的输入值之间的关系具体为采用直线拟合方式建立线性关系或者采用査 找表方式建立一一映射关系。
10、 根据权利要求 8所述的拉曼泵浦激光器控制方法， 其特征在于： 所述 反馈控制方式采用位置式或者增量式 PI或 PID控制器。
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