一種光功率控制方法和採用該方法的光放大器的製作方法

2023-10-04 19:45:24 1

專利名稱：一種光功率控制方法和採用該方法的光放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光功率控制方法和採用該方法的光放大器。
背景技術：
當今光纖通信技術越來越發達，對其模塊的性能要求也越來越高。光放大器是光網絡中的一個重要的模塊。它的性能直接決定光信號的傳輸質量。而輸出光功率的穩定性和功率設置的精確度是光放大器的兩個重要評估參數。現有的光放大器，特別是摻餌光纖放大器EDFA，一般使用12位DAC對泵浦進行直接控制。在輸入光源穩定的情況下，光放大器輸出光功率穩定度取決於泵浦光輸出的穩定度。現有的這種控制方法可能導致小功率輸出功率不穩定和精確度不足，其性能甚至可能超出光放大系統的要求。 其不穩定性和低精確度的原因主要來源於以下2個方面I.光放大器的目標輸出光功率一般以dBm為單位，但數模轉換裝置DAC對應的泵浦輸出單位為mW，此決定了光放在滿足動態範圍的情況下，無法滿足小功率的精確度。2.泵浦自身在小功率輸出時，存在不穩定性，其主要原因是泵浦雷射器在在閾值附近模式不能完全鎖定，會發生跳模現象。

發明內容
為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種光功率控制方法和採用該方法的光放大器，以使光放大器的輸出光信號功率在滿足動態範圍大的情況下，還能精確度高，且全範圍功率輸出穩定。為了實現上述目的，本發明提供的光功率控制方法包括以下步驟(I)從主光路中分流出部分光信號，至分光路中；(2)測量分光路中光信號的功率；(3)根據測量所得功率值生成泵浦驅動值，以控制泵浦工作，泵浦驅動值包含在泵浦驅動信號中；(4)基於泵浦驅動值，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；(5)調製後的泵浦驅動信號驅動泵浦工作，產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光；(6)將泵浦光輸給主光路中的放大裝置，實現對主光路中光信號的放大控制。其中，步驟(4)中，所述模糊計算的計算規則是，當泵浦驅動值SC小於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC時，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦最小驅動值MIDAC，低位為0，時域佔空比值為SC/MIDAC ;當泵浦驅動值SC大於已設定的泵浦最大驅動值MADAC時，則要求泵浦光的幅度高位和低位都為泵浦最大驅動值MADAC，時域佔空比值為I ;當泵浦驅動值SC位於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC和泵浦最大驅動值MADAC之間時，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦驅動值SC的整數部分數值Ceil (SC)，低位為(泵浦驅動值SC的整數部分數值+l)Floor (SC)，時域佔空比值為泵浦驅動值SC的小數部分數值Fmode(SC)。本發明還提供了三個採用上述光功率控制方法的光放大器實施例，其中一個光放大器包括放大裝置，用於放大主光路中的光信號；分光裝置，用於從主光路中分流出部分輸入光信號，至分光路中；功率探測裝置，用於測量分光路中輸入光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號;前饋裝置，用於根據測量所得功率值，生成泵浦驅動信號， 所述泵浦驅動信號中包含有泵浦驅動值SC ；泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。另一個實施例中的光放大器包括放大裝置，用於放大主光路中的光信號；分光裝置，用於從主光路中分流出部分經放大裝置放大輸出後的輸出光信號，至分光路中；功率探測裝置，用於測量分光路中輸出光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號;反饋裝置，用於根據測量所得功率值，生成泵浦驅動信號，所述泵浦驅動信號中包含有泵浦驅動值SC ；泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。還有另一個實施例中的光放大器包括放大裝置，用於放大主光路中的光信號；輸入分光裝置，用於從主光路中分流出部分輸入光信號，至第一分光路中；輸出分光裝置，用於從主光路中分流出部分經放大裝置放大輸出後的輸出光信號，至第二分光路中；輸入功率探測裝置，用於測量第一分光路中輸入光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號；輸出功率探測裝置，用於測量第二分光路中輸出光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號；功率控制裝置，所述功率控制裝置包括前饋裝置、反饋裝置和加法器裝置，所述前饋裝置用於根據測量第一分光路中所述輸入光信號的功率值，生成前饋信號，提供給所述功率控制裝置，所述反饋裝置用於根據測量第二分光路中所述輸出光信號的功率值，生成反饋信號，提供給所述功率控制裝置，所述加法器裝置用於將所述前饋信號與所述反饋信號進行加法結合，生成泵浦驅動值，所述功率控制裝置用於生成包含有泵浦驅動值SC的泵浦驅動信號，以控制泵浦工作；泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給所述主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。上述反饋裝置中包含有PID控制器裝置，所述PID控制器裝置用於將測量所得光信號的功率與目標功率進行比較計算，以控制反饋信號。上述泵浦控制裝置都包括模糊控制器裝置和數模轉換裝置，所述模糊控制器裝置 用於基於泵浦驅動值，進行模糊計算，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製，所述數模轉換裝置用於將數位訊號轉換為模擬信號，以確保輸入至泵浦前的泵浦驅動信號為模擬信號形式。上述放大裝置優選為摻餌光纖放大器，也可以為摻雜其它稀土元素的光放大器，還可以為拉曼放大器，或半導體光放大器等。通過採用本發明所提供的光功率控制方法，可以使光放大器的輸出光信號功率在滿足動態範圍大的情況下，還能精確度高，且全範圍功率輸出穩定，本發明所提供的光放大器均有上述穩定度和精確度高的性能。


圖I為採用本發明的功率控制方法的一個光放大器實施例的方框圖；圖2為有關圖I實施例的|吳糊計算算法的不意圖；圖3為有關圖I實施例中光放大器的調整後的泵浦光的波形圖；圖4為有關圖I實施例中光放大器與現有技術中光放大器的輸出功率對比曲線圖；圖5為採用本發明的功率控制方法的另一個光放大器實施例的方框圖；圖6為採用本發明的功率控制方法的又一個光放大器實施例的方框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細說明。如圖I所示為本發明所提供的一個光放大器實施例，該光放大器採用本發明所提供的功率控制方法實現對輸出光信號的功率控制，該光放大器具體包括摻餌光纖放大器I，輸入分光裝置2，輸出分光裝置3，輸入功率探測裝置4，輸出功率探測裝置5，泵浦6，功率控制裝置7，前饋裝置8，加法器裝置9，反饋裝置10，PID控制器裝置11，泵浦控制裝置12，模糊控制器裝置13，數模轉換裝置14。放大裝置I、輸入分光裝置2和輸出分光裝置3位於光放大器的主光路上。向光放大器的主光路中輸入光信號，輸入分光裝置2將該光信號分流,其中一部分光信號輸入分光路中的輸入功率探測裝置4，該輸入功率探測裝置4測量出輸入光信號的功率，並將光信號轉換為電信號，輸出給功率控制裝置7中的前饋裝置8，該電信號中包含有所測功率信息，前饋裝置經放大計算，得到前饋信號FF，前述經輸入分光裝置2分流出的另一部分光信號經摻餌光纖放大器I放大輸出，輸出分光裝置3將該放大後的光信號分流出一部分至輸出功率探測裝置5，該輸出功率探測裝置5測量出該輸出光信號的功率，並將光信號轉換為電信號，輸出給功率控制裝置7中的反饋裝置10，該反饋裝置10中包含有PID控制器裝置11，輸入反饋裝置10的測量所得功率與目標功率進行計算，得到反饋信號FB,前饋信號FF和反饋信號FB都被提供給加法器裝置9，經加法器裝置9進行加法計算後，得到泵浦驅動值SC，所述泵浦驅動值SC包含在泵浦驅動信號中，並隨泵浦驅動信號輸至泵浦控制裝置12中的模糊控制器裝置13，模糊控制器裝置13將泵浦驅動值SC與泵浦最小驅動值MIDAC和泵浦最大驅動值MADAC進行模糊比較計算，並依照計算結果對泵浦光的幅度和時域佔空比進行調定，井隨泵浦驅動信號輸至數模轉換裝置14，數模轉換裝置14將數位訊號形式的泵浦驅動信號轉換成模擬信號形式的泵浦驅動信號之後，輸出給泵浦。所述泵浦最小驅動值MIDAC指的是泵浦輸出功率達到穩定時,所對應的最小驅動DAC值，所述泵浦最大驅動值MADAC指的是泵浦最大功率輸出時,所對應的驅動DAC值。所述模糊比較計算的算法如圖2所示，具體為 當泵浦驅動值SC小於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC吋，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦最小驅動值MIDAC，低位為0，時域佔空比值為SC/MIDAC ；當泵浦驅動值SC大於已設定的泵浦最大驅動值MADAC吋，則要求泵浦光的幅度高位和低位都為泵浦最大驅動值MADAC，時域佔空比值為I ;當泵浦驅動值SC位於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC和泵浦最大驅動值MADAC之間時，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦驅動值SC的整數部分數值Ceil (SC)，低位為(泵浦驅動值SC的整數部分數值+l)Floor (SC)，時域佔空比值為泵浦驅動值SC的小數部分數值 Fmode (SC)。圖3即為按上述3種模糊計算結果，調整後的泵浦光的波形圖。泵浦驅動信號經過泵浦控制裝置12的調製後，被輸出給泵浦，泵浦根據該信號，對輸給摻館光纖放大器I的泵浦光進行調整，從而控制了摻館光纖放大器I的放大功率。上述本發明所提供的光放大器具有較高的穩定性和精確度，具體如圖4所示，圖4包括上述本發明中光放大器與現有技術中光放大器的輸出功率對比曲線，15為現有技術中光放大器的輸出光信號的功率曲線，16為本發明中的光放大器的輸出光信號的功率曲線，從圖4中可以看出，現有技術中的光放大器的輸出光信號有明顯的跳模現象，而本發明中的光放大器的輸出光信號無明顯的跳模現象，可見，穩定性較高。至於精確度提高，則可以通過以下推理所知，如上述光放大器的數模轉換裝置14採用的是12位的，調製使用256分頻，重複頻率為300KHz，如不通過模糊控制器裝置13對泵浦驅動信號進行調製，則泵浦控制裝置12控制泵浦驅動電流的精度為E0L/4095，所述EOL為泵浦最大驅動電流，4095為泵浦驅動值SC的最大值；如採用本發明中的模糊控制器裝置13對泵浦驅動信號進行調製，則當泵浦驅動值SC小於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC吋，泵浦控制裝置12控制泵浦驅動電流的精度為IS/256，IS為泵浦輸出光信號功率達到穩定時，所需的最小電流值，當泵浦驅動值SC大於已設定的泵浦最大驅動值MADAC吋，泵浦控制裝置12控制泵浦驅動電流的精度為E0L/256*4095。由此可見，泵浦驅動電流的控制精度在輸出光信號功率穩定區間，提高了 256倍。如圖4所示的另ー個光放大器的實施例，與圖I所示光放大器的實施例相比較，其區別在於泵浦驅動值SC只與輸入主光路中的輸入光信號功率有關，且是由前饋裝置計算所得，包含在前饋信號FF中，該前饋信號FF直接輸給泵浦控制裝置，以控制泵浦光。如圖5所示的又一個光放大器的實施例，與圖I所示光放大器的實施例相比較，其區別在於泵浦驅動值SC只與從主光路放大裝置中輸出光信號功率有關，且是由反饋裝置經PID計算所得，包含在反饋信號FB中，該反饋信號FB直接輸給泵浦控制裝置，以控制泵浦光。 以上所述，僅為本發明最佳實施例而已，並非用於限制本發明的範圍，凡依本發明申請專利範圍所作的等效變化或修飾，皆為本發明所涵蓋。
權利要求
1.ー種光功率控制方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)從主光路中分流出部分光信號，至分光路中； (2)測量分光路中光信號的功率； (3)根據測量所得功率值生成泵浦驅動值，以控制泵浦工作，泵浦驅動值包含在泵浦驅動信號中； (4)基於泵浦驅動值，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製； (5)調製後的泵浦驅動信號驅動泵浦工作，產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光; (6)將泵浦光輸給主光路中的放大裝置，實現對主光路中光信號的放大控制。
2.如權利要求I所述的功率控制方法，其特徵在於，步驟(4)中，所述模糊計算方式是，當泵浦驅動值SC小於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC吋，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦最小驅動值MIDAC，低位為O，時域佔空比值為SC/MIDAC ;當泵浦驅動值SC大於已設定的泵浦最大驅動值MADAC吋，則要求泵浦光的幅度高位和低位都為泵浦最大驅動值MADAC，時域佔空比值為I ;當泵浦驅動值SC位於已設定的泵浦最小驅動值MIDAC和泵浦最大驅動值MADAC之間時，則要求泵浦光的幅度高位為泵浦驅動值SC的整數部分數值Ceil (SC)，低位為(泵浦驅動值SC的整數部分數值+l)Floor (SC)，時域佔空比值為泵浦驅動值SC的小數部分數值Fmode (SC)。
3.一種米用如權利要求I所述光功率控制方法的光放大器，其特徵在於，所述光放大器包括 放大裝置，用於放大主光路中的光信號； 分光裝置，用於從主光路中分流出部分輸入光信號，至分光路中； 功率探測裝置，用於測量分光路中輸入光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號； 前饋裝置，用於根據測量所得功率值，生成泵浦驅動信號，所述泵浦驅動信號中包含有泵浦驅動值SC ； 泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製； 泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。
4.一種米用如權利要求I所述光功率控制方法的光放大器，其特徵在於，所述光放大器包括 放大裝置，用於放大主光路中的光信號； 分光裝置，用於從主光路中分流出部分經放大裝置放大輸出後的輸出光信號，至分光路中； 功率探測裝置，用於測量分光路中輸出光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號； 反饋裝置，用於根據測量所得功率值，生成泵浦驅動信號，所述泵浦驅動信號中包含有泵浦驅動值SC ； 泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。
5.一種米用如權利要求I所述光功率控制方法的光放大器，其特徵在於，所述光放大器包括 放大裝置，用於放大主光路中的光信號； 輸入分光裝置，用於從主光路中分流出部分輸入光信號，至第一分光路中； 輸出分光裝置，用於從主光路中分流出部分經放大裝置放大輸出後的輸出光信號，至第二分光路中； 輸入功率探測裝置，用於測量第一分光路中輸入光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號； 輸出功率探測裝置，用於測量第二分光路中輸出光信號的功率，並將該光信號轉換為電信號； 功率控制裝置，用於生成包含有泵浦驅動值SC的泵浦驅動信號，以控制泵浦工作，所述功率控制裝置包括前饋裝置、反饋裝置和加法器裝置，所述前饋裝置用於根據測量第一分光路中所述輸入光信號的功率值，生成前饋信號，提供給所述功率控制裝置，所述反饋裝置用於根據測量第二分光路中所述輸出光信號的功率值，生成反饋信號，提供給所述功率控制裝置，所述加法器裝置用於將所述前饋信號與所述反饋信號進行加法結合，生成泵浦驅動值SC ； 泵浦控制裝置，用於基於泵浦驅動值SC，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製； 泵浦，用於產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光，並輸給所述主光路中的放大裝置，從而實現對主光路中光信號的放大控制。
6.如權利要求4或5所述的光放大器，其特徵在幹，所述反饋裝置包括PID控制器裝置，所述PID控制器裝置用於將測量所得光信號的功率與目標功率進行比較計算，以控制反饋信號。
7.如權利要求3或4或5所述的光放大器，其特徵在於，所述泵浦控制裝置包括模糊控制器裝置和數模轉換裝置，所述模糊控制器裝置用於基於泵浦驅動值，進行模糊計算，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製，所述數模轉換裝置用於將數位訊號轉換為模擬信號，以確保輸入至泵浦前的泵浦驅動信號為模擬信號形式。
8.如權利要求3或4或5所述的光放大器，其特徵在於，所述放大裝置為摻餌光纖放大器。
全文摘要
本發明公開了一種光功率控制方法和採用該方法的光放大器，所述方法包括從主光路中分流出部分光信號，至分光路中；測量分光路中光信號的功率；根據測量所得功率值生成泵浦驅動值，泵浦驅動值包含在泵浦驅動信號中；基於泵浦驅動值，採用模糊計算方式，對泵浦驅動信號的幅度或/和時域佔空比進行調製；調製後的泵浦驅動信號驅動泵浦工作，產生滿足幅度和時域佔空比要求的泵浦光；將泵浦光輸給主光路中的放大裝置，實現對主光路中光信號的放大控制。通過本發明，能夠使光放大器的輸出光信號功率在滿足動態範圍大的情況下，還能精確度高，且全範圍功率輸出穩定。
文檔編號H04B10/296GK102857301SQ201110220820
公開日2013年1月2日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年6月30日
發明者黃必昌, 虞愛華 申請人:昂納信息技術(深圳)有限公司