專(zhuān)利名稱(chēng)：光譜檢測(cè)裝置和方法以及喇曼放大器反饋控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸領(lǐng)域，具體涉及光譜的檢測(cè)和喇曼放大器(RAMANamplifier)的控制。
背景技術(shù)：
圖1顯示了一個(gè)光傳輸系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。如圖1所示，信號(hào)從發(fā)送端送入光纖，通過(guò)一定的距離傳輸，因光纖自身的損耗，傳輸信號(hào)會(huì)被衰減，衰減的信號(hào)通過(guò)第一個(gè)光中繼單元11被放大向下一級(jí)傳，如此循環(huán)。當(dāng)傳輸幾級(jí)后，因光信噪比的劣化，信號(hào)無(wú)法繼續(xù)向下傳，此時(shí)通過(guò)一個(gè)電中繼13單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，電中繼單元輸出的光信號(hào)有一個(gè)良好的光信噪比(OSNR)，使得信號(hào)可以繼續(xù)向下一級(jí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。
光中繼單元主要由光放大器(OA)組成，作用是對(duì)光功率進(jìn)行放大。常見(jiàn)的光放大器有摻鉺光纖放大器(EDFA)、喇曼放大器和半導(dǎo)體光放大器(SOA)等。各種光放大器在放大過(guò)程中都會(huì)引入噪聲，使光信噪比劣化。其中SOA噪聲特性最差，在光傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用較少。EDFA由于其技術(shù)成熟、成本較低、功耗較小等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于光傳輸系統(tǒng)。但EDFA的噪聲特性也不盡如人意，傳統(tǒng)的光中繼單元由單純的EDFA組成，EDFA引入的噪聲過(guò)大，信噪比的劣化比較快，限制了級(jí)聯(lián)數(shù)目的增加，從而限制了無(wú)電中繼的距離。喇曼放大器因其具有低噪聲特性被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)無(wú)電中繼長(zhǎng)距離傳輸?shù)幕A(chǔ)。采用喇曼放大器或喇曼放大器+EDFA結(jié)構(gòu)的中繼單元將大大延伸無(wú)電中繼距離。圖2是使用喇曼放大器+EDFA的光中繼站的典型結(jié)構(gòu)，其中的可調(diào)光衰減器(VOA)也可以省略。
隨著喇曼放大器在傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，喇曼放大器的控制問(wèn)題日益擺在設(shè)備供應(yīng)商面前。不加控制的喇曼放大器對(duì)線(xiàn)路情況的變化適應(yīng)能力很差，不能很好適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)要求。目前對(duì)光放大器的控制主要有兩種，一種是自動(dòng)增益控制(AGC)，即無(wú)論信號(hào)光怎么變化，都能保證信號(hào)光通過(guò)該光放大器得到的增益滿(mǎn)足要求。另一種是自動(dòng)功率控制(APC)，即無(wú)論信號(hào)光怎么變化，從該光放大器輸出的信號(hào)光功率都滿(mǎn)足要求。采用AGC還是APC根據(jù)組網(wǎng)的具體需要進(jìn)行選擇。
除了對(duì)增益和功率的控制，在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中還需要對(duì)增益譜或輸出譜進(jìn)行控制。WDM中同一根光纖中傳輸好幾束信號(hào)光，每一束信號(hào)光的波長(zhǎng)不同。光傳輸系統(tǒng)中要求每一束信號(hào)光的增益符合要求，從而對(duì)放大器的增益譜(增益隨波長(zhǎng)變化的曲線(xiàn))或輸出譜(輸出隨波長(zhǎng)變化的曲線(xiàn))提出要求。比如各波長(zhǎng)的增益必須一致，或根據(jù)實(shí)際需要各波長(zhǎng)功率略有差別。
目前，喇曼放大器的控制方式有以下幾種。
在第一種現(xiàn)有技術(shù)方案中，喇曼放大器沒(méi)有進(jìn)行自動(dòng)控制。只是在開(kāi)局過(guò)程中，設(shè)置各波長(zhǎng)泵浦的缺省功率。再根據(jù)線(xiàn)路情況，調(diào)整各波長(zhǎng)泵浦的功率，使增益譜(或輸出譜)滿(mǎn)足要求。然后鎖定泵浦功率的值，今后運(yùn)行中一直都保持這個(gè)值。這種控制方案的缺點(diǎn)是1、不加控制的喇曼放大器，當(dāng)線(xiàn)路情況發(fā)生改變時(shí)，不能自動(dòng)調(diào)整適應(yīng)鏈路變化，需要人為干預(yù)。2、如果與自動(dòng)控制的EDFA聯(lián)合使用，整個(gè)光中繼單元的控制難度很大。
在第二種現(xiàn)有技術(shù)方案中，對(duì)喇曼放大器進(jìn)行功率控制，而沒(méi)有對(duì)增益譜進(jìn)行控制。這種方案的缺點(diǎn)是在WDM系統(tǒng)中，各波長(zhǎng)的信號(hào)光功率差別大，使級(jí)聯(lián)后各波長(zhǎng)信號(hào)光的功率或OSNR特性不能滿(mǎn)足要求。
在第三種現(xiàn)有技術(shù)方案中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜的控制，必須有探測(cè)光譜的組件。有的系統(tǒng)中采用在線(xiàn)的光譜探測(cè)模塊OPM(光性能監(jiān)視器)進(jìn)行光譜探測(cè)。根據(jù)探測(cè)結(jié)果調(diào)整光放大器，實(shí)現(xiàn)反饋過(guò)程。這種方案的缺點(diǎn)是光譜探測(cè)模塊價(jià)格昂貴，目前不適于商用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)方案提出的，用于克服其中存在的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種低成本的光譜檢測(cè)裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種低成本的喇曼放大器反饋控制裝置及其反饋控制方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種使用上述喇曼放大器反饋控制裝置的光中繼單元。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種光譜檢測(cè)方法，包括以下步驟在傳輸具有n個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的傳輸線(xiàn)路中設(shè)置至少一個(gè)第一分路和一個(gè)第二分路，其中n是大于1的整數(shù)；使所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)分別通過(guò)具有傾斜插損譜的濾波器后，分別檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；直接檢測(cè)第二分路中的光信號(hào)的功率；根據(jù)所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)的功率和所述第二分路中的光信號(hào)的功率確定在所述傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)乃龉庑盘?hào)的光譜。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供一種光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)在傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)木哂衝個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的光譜，其中n是大于1的整數(shù)，該裝置包括至少一個(gè)第一分路器和一個(gè)第二分路器，設(shè)置在所述傳輸線(xiàn)路上，用于分接出所述光信號(hào)；分別與所述至少一個(gè)第一分路器連接的具有傾斜插損譜的濾波器，用于對(duì)相應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)行濾波；分別與所述濾波器連接的第一功率檢測(cè)器，用于檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；第二功率檢測(cè)器，直接與第二分路器連接以檢測(cè)其中的光信號(hào)的功率。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)發(fā)明，提供一種喇曼放大器的反饋控制方法，包括以下步驟根據(jù)目標(biāo)輸出光譜，確定喇曼放大器的控制量目標(biāo)值；
根據(jù)控制量目標(biāo)值，確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載；檢測(cè)控制量的當(dāng)前值；判斷當(dāng)前值與目標(biāo)值之差是否在容許范圍內(nèi)；如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整泵浦功率并加載。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供一種喇曼放大器的反饋控制裝置，包括光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)喇曼放大器的輸出光信號(hào)的光譜；控制裝置，用于根據(jù)控制量目標(biāo)值確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載，并根據(jù)光譜檢測(cè)裝置檢測(cè)的光譜，判斷控制量目標(biāo)值與當(dāng)前值之差是否在容許范圍內(nèi)，如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整喇曼放大器的泵浦功率并加載。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供一種光中繼單元，包括喇曼放大器及其反饋控制裝置，其中，所述反饋控制裝置包括光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)喇曼放大器的輸出光信號(hào)的光譜；控制裝置，用于以控制量目標(biāo)值確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載，并根據(jù)光譜檢測(cè)裝置檢測(cè)的光譜，判斷控制量目標(biāo)值與當(dāng)前值之差是否在容許范圍內(nèi)，如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整喇曼放大器的泵浦功率并加載。
本發(fā)面可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的光譜檢測(cè)裝置和增益譜可控的喇曼放大器，提高光傳輸系統(tǒng)的可靠性和靈活性。通過(guò)將探測(cè)點(diǎn)放在不同位置，還可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制。


圖1顯示了光傳輸系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)；圖2顯示了包括喇曼放大器和EDFA的光中繼站的典型結(jié)構(gòu)；圖3是喇曼增益因子分布圖；圖4顯示了喇曼放大器在不同泵浦功率下獲得的不同增益譜；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一種光譜檢測(cè)裝置的示意性結(jié)構(gòu)；
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二種光譜檢測(cè)裝置的示意性結(jié)構(gòu)；圖7顯示了直接控制喇曼放大器的輸出光譜的控制結(jié)構(gòu)；圖8顯示了控制喇曼放大器+EDFA級(jí)聯(lián)光譜特性的控制結(jié)構(gòu)；圖9顯示了本發(fā)明第一種光譜檢測(cè)裝置中的兩個(gè)PIN管(PIN結(jié)光電二極管)的損耗譜；圖10顯示了本發(fā)明第一種光譜檢測(cè)裝置中的傾斜濾波器對(duì)不同光譜的濾波效果；圖11顯示了本發(fā)明第一種光譜檢測(cè)裝置中的泵浦功率與PIN1功率的關(guān)系；圖12顯示了本發(fā)明第一種光譜檢測(cè)裝置中的泵浦功率與PIN2功率的關(guān)系；圖13是本發(fā)明的喇曼放大器的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
在對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，首先介紹喇曼放大器的增益譜控制的原理。
對(duì)喇曼放大器的控制是基于喇曼放大器的工作原理。喇曼放大器是根據(jù)光纖中的受激喇曼散射(SRS)效應(yīng)工作的。單一波長(zhǎng)的泵浦光只能對(duì)有限波長(zhǎng)范圍(大約40nm)內(nèi)的信號(hào)光進(jìn)行有效的放大，在信號(hào)光與泵浦光的頻率差為13.2THz(即波長(zhǎng)相隔100nm左右)的地方實(shí)現(xiàn)最大的增益。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)傳輸帶寬內(nèi)的增益，必須使用多個(gè)波長(zhǎng)的泵浦光。比如C BAND至少兩個(gè)，C+L BAND至少3個(gè)。我們通過(guò)調(diào)整不同波長(zhǎng)的泵浦功率，可以調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)的信號(hào)光的增益，這就是增益可調(diào)的原因。也是喇曼放大器固有的優(yōu)點(diǎn)。以?xún)蓚€(gè)泵浦波長(zhǎng)的喇曼放大器為例，第j波長(zhǎng)信號(hào)光經(jīng)過(guò)喇曼放大后光功率可以表示如下Pj1=Pj(0)+4.343g1jA1eff(a1P1+b1)+4.343g2jA2eff(a2P2+b2)+G12+G±---(1)]]>這里，泵浦功率P1、P2取線(xiàn)性單位(W)，信號(hào)功率Pj取對(duì)數(shù)單位(dB)。等號(hào)右邊第二、三項(xiàng)分別為泵浦源1、2對(duì)信號(hào)光的小信號(hào)增益；G12為由泵浦源相互作用、泵浦消耗(放大信號(hào)光引起)導(dǎo)致的增益；G±是由于信號(hào)光間的喇曼相互作用導(dǎo)致的增益。a1、b1和a2、b2是表征RAMAN增益與泵浦功率線(xiàn)性關(guān)系的參數(shù)，其取值與光纖的衰減和長(zhǎng)度有關(guān)。Aeff是光纖的有效截面積，Aeff越小則模場(chǎng)內(nèi)功率密度越大，非線(xiàn)性效應(yīng)約明顯。不同泵浦波長(zhǎng)的有效截面積略有不同。這里泵浦光P1、P2對(duì)信號(hào)光的增益系數(shù)g1和g2是強(qiáng)烈依賴(lài)于j的量，正是這個(gè)原因我們可以對(duì)輸出譜進(jìn)行控制。圖3顯示了喇曼增益因子的分布情況。縱坐標(biāo)是增益因子，與增益量成正比。橫坐標(biāo)是泵浦光與信號(hào)光之間的頻率差。
以上僅是喇曼放大器具有兩個(gè)泵浦波長(zhǎng)的情況下的關(guān)系式，經(jīng)喇曼放大后的光功率與喇曼放大器的泵浦功率之間的關(guān)系(即喇曼放大器的輸入與輸出之間的關(guān)系)完全可以根據(jù)放大器自身性質(zhì)推導(dǎo)出來(lái)，在此不一一列舉。
基于以上分析，控制各波長(zhǎng)的泵浦，即可得到不同的增益和增益譜。圖4是控制泵浦功率得到不同增益譜的實(shí)例，其中橫坐標(biāo)為信號(hào)光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為各波長(zhǎng)信號(hào)光的增益。圖4是通過(guò)測(cè)試兩個(gè)泵浦波長(zhǎng)(1427nm、1457nm)的喇曼放大器得到的。每條曲線(xiàn)都是某種泵浦功率的設(shè)置情況下的增益譜。1427nm泵浦功率越大，短波信號(hào)光增益越高，1457nm泵浦功率越大，長(zhǎng)波信號(hào)光增益越高。圖4的結(jié)果是在控制總增益一定的條件下得到的，如果同時(shí)增加1427nm和1457nm泵浦的功率，則曲線(xiàn)整體向上移，反之則下移。如果將增益譜改為輸出譜，得到的結(jié)果也類(lèi)似。
探測(cè)光譜特性的原理至此我們知道可以通過(guò)控制泵浦功率得到不同的增益譜或輸出譜，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制我們必須構(gòu)造一個(gè)自反饋系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)過(guò)程?；贠PM的反饋系統(tǒng)成本太高，本發(fā)明提出了另一種反饋機(jī)制用兩個(gè)(或兩個(gè)以上)光探測(cè)器(PIN)來(lái)感知光譜。一個(gè)典型的光譜檢測(cè)光路如圖5所示。應(yīng)注意的是，本發(fā)明實(shí)施例中使用PIN管作為探測(cè)光功率的器件，其感應(yīng)電流與輸入的光功率成正比。但是也可以用APD(雪崩效應(yīng)二極管)等替代，后者多用于小功率情況，功耗和噪聲都較大。
在圖5中，所針對(duì)的喇曼放大器具有兩個(gè)泵浦波長(zhǎng)，也可以在多個(gè)泵浦波長(zhǎng)的RAMAN放大器中使用此探測(cè)結(jié)構(gòu)。探測(cè)方法，反饋方法和控制流程都不變，只是在具體計(jì)算泵浦功率改變量時(shí)考慮長(zhǎng)短波長(zhǎng)的總功率配比，而不是文中直接的長(zhǎng)短波長(zhǎng)單一波長(zhǎng)功率配比。由于目前業(yè)界普遍采用兩個(gè)波長(zhǎng)的RAMAN放大器，所以本發(fā)明中以?xún)刹ㄩL(zhǎng)放大器為例。
在圖5中，反饋系統(tǒng)由兩個(gè)分路器，兩個(gè)PIN管和一個(gè)濾波器實(shí)現(xiàn)。這部分光路可以方便地做在喇曼放大器模塊和EDFA模塊中，直接應(yīng)用于當(dāng)前的系統(tǒng)。也可以單獨(dú)做成簡(jiǎn)單的小模塊，置于任何需要探測(cè)光譜特性的地方。我們叫這種小模塊為SDM(Spectrum Detect Module)。SDM也可以是純粹的無(wú)源模塊，只包括分路器和濾波器，將PIN管設(shè)在須控制的模塊中。這樣可以簡(jiǎn)化電路通信。
反饋系統(tǒng)也可以是圖6所示的形式這里有多個(gè)濾波器，每個(gè)濾波器只通過(guò)部分波長(zhǎng)(一個(gè)波段)的光，綜合所有PIN管的功率即可得到各波段的功率情況進(jìn)而得知光譜情況。
根據(jù)控制目標(biāo)的不同，可以有不同的控制結(jié)構(gòu)。圖7顯示了直接控制喇曼放大器的輸出光譜的控制結(jié)構(gòu)，其中將SDM置于喇曼放大器后，用來(lái)探測(cè)喇曼放大器的輸出光譜，從而控制喇曼放大器的光譜性能。
圖8顯示了控制喇曼放大器+EDFA級(jí)聯(lián)光譜特性的控制結(jié)構(gòu)，其中將SDM置于EDFA后，探測(cè)EDFA輸出光譜的性能，探測(cè)結(jié)果反饋給喇曼放大器，控制喇曼放大器以影響喇曼放大器+EDFA的級(jí)聯(lián)性能，從而實(shí)現(xiàn)控制喇曼放大器+EDFA光譜特性的目的。
當(dāng)然，SDM的輸出也可以反饋給EDFA，通過(guò)控制EDFA實(shí)現(xiàn)光譜控制的目的。但如何調(diào)整EDFA改變光譜特性的方法不在本專(zhuān)利申請(qǐng)的討論范圍之內(nèi)。
圖6所示的反饋系統(tǒng)較易于理解，通過(guò)探測(cè)各波段功率得到光譜特性，該結(jié)構(gòu)比較直觀(guān)可靠，但成本高且數(shù)據(jù)量大算法復(fù)雜。圖5所示的反饋系統(tǒng)是一個(gè)更好的低成本的方案。圖5中的濾波器不是通道截止濾波器，而是傾斜插損譜的濾波器。該濾波器不是選擇讓一部分波長(zhǎng)的光通過(guò)，而是使各波長(zhǎng)的光通過(guò)它以后受到的損耗各不相同。經(jīng)濾波器損耗后的光進(jìn)入PIN1，而另一路探測(cè)光未經(jīng)濾波器直接進(jìn)入PIN2，其各波長(zhǎng)的損耗相同。
圖9是進(jìn)入兩個(gè)PIN管的光相對(duì)于輸出端口的光的損耗譜，橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)是損耗。由圖9可知，進(jìn)入PIN1的光功率隨波長(zhǎng)而變化，進(jìn)入PIN2的則不隨波長(zhǎng)變化。
采用以上兩個(gè)PIN管如何實(shí)現(xiàn)光譜探測(cè)功能呢，為了便于理解，參考圖10的例子進(jìn)行說(shuō)明。所謂光譜就是各波長(zhǎng)信號(hào)光的功率差別，光譜整體的長(zhǎng)波與短波之間的功率差別稱(chēng)為光譜的傾斜。在通信系統(tǒng)中，由于信號(hào)光之間的喇曼效應(yīng)以及EDFA工作點(diǎn)選取等因素會(huì)影響光譜的傾斜，控制光譜的傾斜程度是光放大器控制的主要目的。簡(jiǎn)單地，如圖10所示，僅考慮兩波的情況，三種情況下總功率都是2mW。第一種情況下，平坦光經(jīng)過(guò)濾波器以后，總功率為0.6mW。第二種情況下，與濾波器衰減譜傾斜方向相反的光譜經(jīng)過(guò)濾波器以后，總功率為0.8mW。第三種情況下，傾斜方向相同的光譜經(jīng)過(guò)濾波器以后總功率為0.4mW。由此可見(jiàn)，對(duì)于相同總功率的光，經(jīng)過(guò)傾斜譜濾波器以后，可以由衰減后的總功率來(lái)判斷原光譜的傾斜程度。
使用傾斜譜濾波器實(shí)際上是對(duì)不同波長(zhǎng)的信號(hào)光功率加權(quán)，透過(guò)濾波器后的總功率是各信號(hào)光功率的加權(quán)和，衰減越大的地方權(quán)重越小。
PIN1＝∑wiPi(2)PIN2＝∑Pi(3)這里Pi是第i波的信號(hào)光功率，wi＝1-mw(ATTi)，ATTi是濾波器對(duì)第i波的衰減，取對(duì)數(shù)單位，即dB。mw()是對(duì)數(shù)量換算成線(xiàn)性量的函數(shù)，mw(x)＝10^(x/10)。其反函數(shù)是dB()，將線(xiàn)性量換算成對(duì)數(shù)量dB(x)＝log(x)/10。一般光傳輸中關(guān)心mW(毫瓦)與dBm(毫分貝)之間的換算，就是采用以上的公式，比如1mW＝0dBm，1000mW＝30dBm。在上例中短波衰減大，長(zhǎng)波衰減小，所以短波權(quán)重小，長(zhǎng)波權(quán)重大。
對(duì)于總功率一定即PIN2為定值的多波信號(hào)光，如果短波功率偏高，長(zhǎng)波功率偏低，經(jīng)過(guò)傾斜濾波器以后，短波功率增加的部分對(duì)PIN1的正貢獻(xiàn)不如長(zhǎng)波功率減小的部分對(duì)PIN1的負(fù)貢獻(xiàn)，所以PIN1將減小。反之，PIN1將增大。至此，通過(guò)兩個(gè)PIN管的探測(cè)值，我們可以知道當(dāng)前光譜的傾斜情況。
濾波器傾斜譜的形狀要綜合考慮PIN管性能、器件成本以及控制過(guò)程的簡(jiǎn)便性。插損的線(xiàn)性值隨波長(zhǎng)變化最好是線(xiàn)性的，這樣控制過(guò)程中采用的控制參數(shù)才是線(xiàn)性的。反映在對(duì)數(shù)單位上，插損與波長(zhǎng)的關(guān)系應(yīng)是一條對(duì)數(shù)曲線(xiàn)。另一方面，插損量不能太大也不能太小，插損太大則PIN接收的功率太小，影響靈敏度。插損太小則長(zhǎng)短波長(zhǎng)的功率相差不大，降低探測(cè)結(jié)果的精度。本例中采用的插損譜(見(jiàn)圖9)，經(jīng)驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)較好的控制結(jié)果。
我們?cè)倥e一個(gè)三個(gè)波長(zhǎng)情況下的更具體的例子。有三個(gè)波長(zhǎng)，功率是1，1，2，調(diào)整RAMAN放大器，維持總功率，使三個(gè)波長(zhǎng)功率成為1.5，1，1.5，就是調(diào)整成功了。這時(shí)PIN1和PIN2的功率與三個(gè)波長(zhǎng)都是1.33時(shí)(理想目標(biāo))的功率是相同的。
具體一點(diǎn)，比如三波信號(hào)光衰減后剩余10％30％50％，目標(biāo)功率是每波1.33，則PIN1的目標(biāo)功率是1.33*0.1+1.33*0.3+1.33*0.5＝1.2，PIN2的目標(biāo)功率是1.33+1.33+1.33＝4。一開(kāi)始PIN1功率是1*0.1+1*0.3+2*0.5＝1.4，不符合目標(biāo)功率，則在保持PIN2的基礎(chǔ)上調(diào)整泵浦功率，最終得到1.5 1 1.5的三波信號(hào)光，這時(shí)PIN1功率是1.5*0.1+1*0.3+1.5*0.5＝1.2，調(diào)整成功。
本發(fā)明的上述實(shí)施例中使光信號(hào)的一路經(jīng)過(guò)傾斜譜濾波器，另一路直接探測(cè)。也有一個(gè)可能的方案是探測(cè)光分為3路，兩路都經(jīng)過(guò)傾斜譜濾波器，兩個(gè)濾波器的傾斜方向是相反的。第三路不經(jīng)過(guò)濾波器。這樣的好處是當(dāng)信號(hào)波長(zhǎng)集中在長(zhǎng)波或者短波時(shí)，精確度更高。也可以把第三路不經(jīng)過(guò)濾波器的去掉，直接通過(guò)兩路濾波后的光控制光譜。在此方案中，只需將公式(3)PIN2＝∑Pi更改為PIN2＝∑w2iPi，其中w2i是1減去第二個(gè)濾波器對(duì)第i波的衰減。其過(guò)程和方法與上述實(shí)施例中的完全相同。
這里必須指出的是，要用這種方法實(shí)現(xiàn)輸出譜控制，必須知道系統(tǒng)的上波情況。不但要知道上多少波，還要知道上哪幾波。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要網(wǎng)管軟件和主控軟件提供接口。網(wǎng)管軟件獲知當(dāng)前的上波情況，通過(guò)主控軟件下發(fā)給RAMAN放大器的控制軟件，讓該軟件擁有當(dāng)前上波情況的信息。如圖10所示的例子，如果兩波信號(hào)光的波長(zhǎng)改變，最終的總功率也會(huì)隨著改變，因?yàn)樗p器對(duì)于每波信號(hào)光的衰減量就不同了。但是一旦確定了信號(hào)光的波長(zhǎng)，根據(jù)衰減器的插損譜，就可以確定輸出平坦的情況下，衰減后的目標(biāo)總功率。
喇曼放大器的輸出譜的控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程采用圖7(或圖8)所示的光路形成反饋系統(tǒng)以后，可以對(duì)喇曼輸出譜進(jìn)行閉環(huán)控制了。圖13是本發(fā)明的喇曼放大器的控制流程圖?？刂七^(guò)程分兩步1、控制量目標(biāo)值的確定對(duì)于給定的目標(biāo)輸出光譜，PIN1和PIN2的探測(cè)功率達(dá)到什么值時(shí)認(rèn)為目標(biāo)達(dá)到。2、如何調(diào)整系統(tǒng)參量使控制量達(dá)到目標(biāo)值通過(guò)調(diào)整各泵浦的功率以影響PIN1和PIN2的探測(cè)功率，最終使之充分接近目標(biāo)值。以下分別討論這兩步的實(shí)現(xiàn)。
控制量目標(biāo)值的確定放大器的輸出光是信號(hào)光與放大的自發(fā)輻射噪聲光(ASE)的總合，一般ASE功率遠(yuǎn)小于信號(hào)光。在忽略ASE的情況下，計(jì)算目標(biāo)光譜中每波信號(hào)光對(duì)探測(cè)總功率的貢獻(xiàn)，然后加起來(lái)，就可以得到PIN1、PIN2探測(cè)功率的期望值。如果考慮ASE，則要把ASE功率再加上去。
無(wú)論是控制增益譜還是輸出譜，每波信號(hào)光的目標(biāo)輸出功率都是已經(jīng)確定的。設(shè)第i波信號(hào)光的目標(biāo)輸出功率是Pi_tag，ASE對(duì)PIN1的貢獻(xiàn)是ASE1，ASE對(duì)PIN2的貢獻(xiàn)是ASE2，則PIN1和PIN2的目標(biāo)功率為PIN1_tag＝∑(w1i*Pi_tag)+ASE1(4)PIN2_tag＝∑(w2i*Pi_tag)+ASE2(5)其中w1i和w2i是第i波信號(hào)光在PIN1和PIN2處探測(cè)到的功率與輸出口處的功率之比，即w1i＝Pi_pin1/Pi_out(6)w2i＝Pi_pin2/Pi_out(7)實(shí)際上w1i和w2i是由TAP的插損量和濾波器的插損譜決定的量。
調(diào)整放大器工作參數(shù)使控制量達(dá)到目標(biāo)值具體地說(shuō)，就是調(diào)整喇曼放大器的各泵浦功率使PIN1和PIN2的功率達(dá)到目標(biāo)值。首先是根據(jù)控制量的目標(biāo)值確定各泵浦的初始功率，依據(jù)此初始功率給各泵浦上電。探測(cè)控制量的當(dāng)前值，計(jì)算與目標(biāo)值的差別，根據(jù)其差別調(diào)整各泵浦功率，使之最終與目標(biāo)值一致。
通過(guò)對(duì)上述公式(1)的分析，泵浦功率(單位mW)與增益(單位dB)的關(guān)系是線(xiàn)性的。我們以?xún)蓚€(gè)泵浦波長(zhǎng)的喇曼放大器為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，泵浦功率與PIN1和PIN2的功率關(guān)系也是線(xiàn)性的，如圖11和12所示。
由以上結(jié)果可以總結(jié)出以下線(xiàn)性公式α27α57β27β57P27P57+C1C2=dBPIN1dBPIN2---(8)]]>則其差量公式為α27α57β27β57ΔP27ΔP57=ΔdBPIN1ΔdBPIN2---(9)]]>由實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到的系數(shù)矩陣α27α57β27β57=0.018940.020890.016850.02350---(10)]]>其中，dBPIN1與dBPIN2分別是兩個(gè)探測(cè)器PIN1與PIN2探測(cè)到的光功率，取對(duì)數(shù)單位(dBm)。上文提到這兩個(gè)量與泵浦功率是成線(xiàn)性關(guān)系的，α27，β27，α57，β57，C1，C2，就是此線(xiàn)性關(guān)系的系數(shù)。其取值由業(yè)務(wù)配置情況和光纖鏈路情況決定。通過(guò)以上公式，即可通過(guò)當(dāng)前控制量與目標(biāo)量的差值 計(jì)算得到泵浦功率的改變量 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不斷地探測(cè)PIN1和PIN2的值，不斷調(diào)整各泵浦的功率，使系統(tǒng)性能始終滿(mǎn)足要求。
由于喇曼放大器采用線(xiàn)路光纖作為增益介質(zhì)，所以系數(shù)矩陣 的取值隨線(xiàn)路情況而改變。線(xiàn)路光纖種類(lèi)，線(xiàn)路插損分布甚至光纖的緩慢變化都會(huì)影響系數(shù)矩陣的取值。所以實(shí)際應(yīng)用中需要實(shí)時(shí)采集該控制參數(shù)。方法是剛開(kāi)始工作的時(shí)候，采集幾組泵浦功率對(duì)應(yīng)的PIN功率變化的值，類(lèi)似上文中的實(shí)驗(yàn)，但采樣點(diǎn)不用那么多，以?xún)蓚€(gè)泵浦波長(zhǎng)為例，取4個(gè)點(diǎn)即可計(jì)算出系數(shù)矩陣。將來(lái)根據(jù)實(shí)測(cè)的系數(shù)矩陣進(jìn)行工作。為了避免光纖狀態(tài)緩變對(duì)控制結(jié)果的影響，根據(jù)控制過(guò)程中泵浦功率對(duì)應(yīng)的PIN功率的實(shí)際結(jié)果，可以實(shí)時(shí)地修正控制參數(shù)。也可以一開(kāi)始采用缺省的控制參數(shù)，省略專(zhuān)門(mén)的探測(cè)過(guò)程，直接根據(jù)控制過(guò)程的中間結(jié)果實(shí)時(shí)修正控制參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種光譜檢測(cè)方法，包括以下步驟在傳輸具有n個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的傳輸線(xiàn)路中設(shè)置至少一個(gè)第一分路和一個(gè)第二分路，其中n是大于1的整數(shù)；使所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)分別通過(guò)具有傾斜插損譜的濾波器后，分別檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；直接檢測(cè)第二分路中的光信號(hào)的功率；根據(jù)所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)的功率和所述第二分路中的光信號(hào)的功率確定在所述傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)乃龉庑盘?hào)的光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜檢測(cè)方法，其中所述濾波器的傾斜譜是線(xiàn)性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜檢測(cè)方法，其中所述至少一個(gè)第一分路包括兩個(gè)第一分路，兩個(gè)第一分路中的濾波器的傾斜譜的傾斜方向相反。
4.一種光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)在傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)木哂衝個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的光譜，其中n是大于1的整數(shù)，該裝置包括至少一個(gè)第一分路器和一個(gè)第二分路器，設(shè)置在所述傳輸線(xiàn)路上，用于分接出所述光信號(hào)；分別與所述至少一個(gè)第一分路器連接的具有傾斜插損譜的濾波器，用于對(duì)相應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)行濾波；分別與所述濾波器連接的第一功率檢測(cè)器，用于檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；第二功率檢測(cè)器，直接與第二分路器連接以檢測(cè)其中的光信號(hào)的功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜檢測(cè)裝置，其中所述濾波器的傾斜譜是線(xiàn)性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜檢測(cè)裝置，其中所述至少一個(gè)第一分路器包括兩個(gè)第一分路器，兩個(gè)第一分路器中的濾波器的傾斜譜的傾斜方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜檢測(cè)裝置，其中所述分路器和所述濾波器設(shè)置在一個(gè)獨(dú)立的無(wú)源模塊中，所述功率檢測(cè)器設(shè)置在要使用其檢測(cè)結(jié)果的裝置內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜檢測(cè)裝置，其中所述功率檢測(cè)器是PIN結(jié)光電二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜檢測(cè)裝置，其中所述光譜檢測(cè)裝置設(shè)置在喇曼放大器內(nèi)。
10.一種喇曼放大器的反饋控制方法，包括以下步驟根據(jù)目標(biāo)輸出光譜，確定喇曼放大器的控制量目標(biāo)值；根據(jù)控制量目標(biāo)值，確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載；檢測(cè)控制量的當(dāng)前值；判斷當(dāng)前值與目標(biāo)值之差是否在容許范圍內(nèi)；如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整泵浦功率并加載。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反饋控制方法，其中在所述調(diào)整泵浦功率的步驟中使用的依賴(lài)于線(xiàn)路的控制參數(shù)被實(shí)時(shí)修正。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的反饋控制方法，其中在所述確定控制量目標(biāo)值的步驟之前執(zhí)行校準(zhǔn)所述控制參數(shù)的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反饋控制方法，其中設(shè)喇曼放大器放大的光信號(hào)具有n個(gè)波長(zhǎng)，n是大于1的整數(shù)，所述檢測(cè)控制量的當(dāng)前值的步驟包括以下步驟在傳輸具有n個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的傳輸線(xiàn)路中設(shè)置至少一個(gè)第一分路和一個(gè)第二分路；使所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)分別通過(guò)具有傾斜插損譜的濾波器后，分別檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；直接檢測(cè)第二分路中的光信號(hào)的功率；根據(jù)所述至少一個(gè)第一分路中的光信號(hào)的功率和所述第二分路中的光信號(hào)的功率確定在所述傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)乃龉庑盘?hào)的光譜，其中所述各功率值即為所述控制量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反饋控制方法，其中所述濾波器的傾斜譜是線(xiàn)性的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反饋控制方法，其中所述至少一個(gè)第一分路包括兩個(gè)第一分路，兩個(gè)第一分路中的濾波器的傾斜譜的傾斜方向相反。
16.一種喇曼放大器的反饋控制裝置，包括光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)喇曼放大器的輸出光信號(hào)的光譜；控制裝置，用于根據(jù)控制量目標(biāo)值確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載，并根據(jù)光譜檢測(cè)裝置檢測(cè)的光譜，判斷控制量目標(biāo)值與當(dāng)前值之差是否在容許范圍內(nèi)，如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整喇曼放大器的泵浦功率并加載。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的反饋控制裝置，還包括控制參數(shù)修正裝置，用于實(shí)時(shí)修正在調(diào)整泵浦功率時(shí)使用的依賴(lài)于線(xiàn)路的控制參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的反饋控制裝置，還包括控制參數(shù)校準(zhǔn)裝置，用于在確定泵浦功率初始值之前校準(zhǔn)所述控制參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的反饋控制裝置，其中設(shè)喇曼放大器放大的光信號(hào)具有n個(gè)波長(zhǎng)，n是大于1的整數(shù)，所述光譜檢測(cè)裝置包括至少一個(gè)第一分路器和一個(gè)第二分路器，設(shè)置在所述傳輸線(xiàn)路上，用于分接出所述光信號(hào)；分別與所述至少一個(gè)第一分路器連接的具有傾斜插損譜的濾波器，用于對(duì)相應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)行濾波；分別與所述濾波器連接的第一功率檢測(cè)器，用于檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；第二功率檢測(cè)器，直接與第二分路器連接以檢測(cè)其中的光信號(hào)的功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的反饋控制裝置，其中所述濾波器的傾斜譜是線(xiàn)性的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的反饋控制裝置，其中所述至少一個(gè)第一分路器包括兩個(gè)第一分路器，兩個(gè)第一分路器中的濾波器的傾斜譜的傾斜方向相反。
22.一種光中繼單元，包括喇曼放大器及其反饋控制裝置，其中，所述反饋控制裝置包括光譜檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)喇曼放大器的輸出光信號(hào)的光譜；控制裝置，用于以控制量目標(biāo)值確定喇曼放大器的泵浦功率初始值并加載，并根據(jù)光譜檢測(cè)裝置檢測(cè)的光譜，判斷控制量目標(biāo)值與當(dāng)前值之差是否在容許范圍內(nèi)，如果不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)該差值調(diào)整喇曼放大器的泵浦功率并加載。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光中繼單元，其中在喇曼放大器和光譜檢測(cè)裝置之間連接有摻鉺光纖放大器，所述控制裝置對(duì)喇曼放大器和摻鉺光纖放大器的級(jí)聯(lián)光譜特性進(jìn)行控制。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的光中繼單元，其中設(shè)喇曼放大器放大的光信號(hào)具有n個(gè)波長(zhǎng)，n是大于1的整數(shù)，所述光譜檢測(cè)裝置包括至少一個(gè)第一分路器和一個(gè)第二分路器，設(shè)置在所述傳輸線(xiàn)路上，用于分接出所述光信號(hào)；分別與所述至少一個(gè)第一分路器連接的具有傾斜插損譜的濾波器，用于對(duì)相應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)行濾波；分別與所述濾波器連接的第一功率檢測(cè)器，用于檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；第二功率檢測(cè)器，直接與第二分路器連接以檢測(cè)其中的光信號(hào)的功率。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光中繼單元，其中所述至少一個(gè)第一分路器包括兩個(gè)第一分路器，兩個(gè)第一分路器中的濾波器的傾斜譜的傾斜方向相反。
全文摘要
光譜檢測(cè)裝置和方法以及喇曼放大器反饋控制裝置和方法。本發(fā)明的光譜檢測(cè)裝置用于檢測(cè)在傳輸線(xiàn)路中傳輸?shù)木哂衝個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的光譜，其中n是大于1的整數(shù)，該裝置包括至少一個(gè)第一分路器和一個(gè)第二分路器，設(shè)置在所述傳輸線(xiàn)路上，用于分接出所述光信號(hào)；分別與所述至少一個(gè)第一分路器連接的具有傾斜插損譜的濾波器，用于對(duì)相應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)行濾波；分別與所述濾波器連接的第一功率檢測(cè)器，用于檢測(cè)濾波后的光信號(hào)的功率；第二功率檢測(cè)器，直接與第二分路器連接以檢測(cè)其中的光信號(hào)的功率。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的光譜檢測(cè)裝置和增益譜可控的喇曼放大器，提高光傳輸系統(tǒng)的可靠性和靈活性。通過(guò)將探測(cè)點(diǎn)放在不同位置，還可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1743936SQ20041007416
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者林東 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司