专利名称：光纤通信放大器增益谱调整方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信技术。
背景技术：
在DWDM光纤通信系统中，各路信号光增益的平坦度对光信噪比(OSNR)有重要影响，另外，各路信号光之间较大的功率差异会增加DWDM信道解复用器输出端的串话。目前广泛采用多个泵浦配置来实现对光放大器增益谱平坦化。由于泵浦与泵浦之间、泵浦与信号光之间、信号光与信号光之间的受激拉曼散射(SRS)相互作用、放大的自发辐射(ASE)噪声、瑞利及双瑞利散射(DRS)、光纤衰减等因素，使得放大器中的光波环境非常复杂。例如，一个比较完整的稳态下正向泵浦RFA的数学模可由下式来表达dPf(z,v)dz=-α(v)Pf(z,v)+γ(v)Pb(z,v)]]>+∫ζ>v{grAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)]Pf(z,v)+2hvgrAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)][1+1eh(ζ-v)kT-1]}dζ]]>-∫ζ<v{grAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)]Pf(z,v)+2hvgrAeff(v-ζ)[Pf(z,ζ)+Pb(z,ζ)][1+1eh(ζ-v)kT-1]}dζ]]>其中Pf(z，v)和Pb(z，v)分别是频率为v的光路前向和反向传播的光功率，α(v)、γ(v)、Aeff和gr(v-ζ)分别为光纤的损耗系数、瑞利散射系数、有效纤芯面积和光纤的拉曼增益系数，ζ、k、h、T、和dz分别是光频率、波耳兹曼常数、普朗克常数、温度和光纤的微分长度元。
从上式可见，当只考虑到上述提及的RFA中的主要效应时，用在DWDM系统中的RFA就已经构成了非常复杂的高维非线性系统，如果泵浦和信号都具有功率和波长二维调节自由度，则整个系统的变量维数就等于信号光和泵浦光总数的二倍，如果再加上光纤各种属性所产生的自由度，则系统的维数就更高。在实际的设计和应用中，一般调节的只是泵浦的功率，尽管如此，由于系统的高度非线性，尤其是在反向和双向泵浦的条件下，由于同时存在正向和反向传输的光路，求解上式时就要求有很高的空间复杂度和时间复杂度，使取得满足在一定带宽内增益谱平坦所对应的泵浦功率也是一件非常困难的事情。同时，系统参数经常的变化，同样导致调整的困难。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种光纤通信放大器增益谱的调整方法，能够自适应调整放大器的增益谱，特别是系统运行中因为各种各样的情况造成参数改变而引起的增益谱变化，维持光纤放大器良好的输出效果。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，光纤通信放大器增益谱调整方法，检测放大器输出信号的增益谱，根据检测到的信号按照微粒群算法处理，并根据处理结果控制各个泵浦光功率。具体的说，采用的微粒群算法为Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤VdmaxXdmax≤xid(k)≤Xdmax
所述光纤通信放大器可以为正向泵浦光放大器、反向泵浦光放大器或双向泵浦光放大器。
本发明的有益效果是，对光通信系统中放大器增益谱的控制具有自适应性和智能性，不依赖于放大器的具体结构和参数信息，有一定普适性。解决了由于网络维护等原因造成的光纤链路物理特性改变而必须对增益谱进行在线调整的问题，还能解决实际使用过程中要求的增益谱改变的问题，甚至进一步提供了由于在设计阶段没有考虑到的各种因素所导致的必须对系统增益谱在线重新设计问题的高效的、智能化的解决方案。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的方法流程示意图。
图2是反向泵浦的放大系统示意图。
图3是正向泵浦的放大系统示意图。
图4是双向泵浦的放大系统示意图。
图5是本发明的算法流程图。
图6是本发明的增益谱示意图。
图中C1、C2为环形器，23、33、43为光纤，PC、PC1、PC2为泵浦合波器，21、22、31、32、41、42为ISO，即光隔离器，34、44、45为光耦合器。
具体实施例方式
在光纤通信环境中，由于各种因素的作用，光放大器的实际应用环境信息参量和设计时的预设参数——如光纤的损耗谱、有效面积、长度、信号光的功率和波长分布等有所不同。为了让设计好的光放大器能在工作环境发生改变后仍然可以按照要求的性能指标工作，就必须对各泵浦参数重新进行调整，这种调整由于上述的RFA系统的复杂性，泵浦参数的调整不是相互独立的，彼此的相互影响是一个复杂的非线性过程。例如下面的诸多种情况(1)泵浦激光器的不确定性制造工艺、选/稳频装置(如布喇格光纤光栅，FBG)等各种因素都会对泵浦激光器的波长、功率和谱形造成不同影响，甚至同一生产厂家的同一型号的产品都会出现上述的境况。
(2)光纤链路性能的改变很多因素都会导致光纤的链路性能发生改变，常见的有网络维护、升级等造成的光纤长度改变、类型的更换、断裂后的重新熔接、压强等因素造成光纤形状的改变等。
(3)光无源器件的性能改变包括线路维护、维修时更换各种光无源器件后插入损耗、反射损耗、波长相关性能等指标的改变。
(4)使用要求不同当分立式RFA应用到具有不同链路损耗和不同跨距长度的光纤通信网络中时，要求RFA提供的增益与设计时的指标可能很不相同。
(5)其它因素例如高阶SRS产生的高阶斯托克斯(Stokes)光、受激布里渊散射(SBS)效应、多径干涉(MPI)效应等。
上述的这些因素，都会导致设计指标和实际能达到(或实际要求)的指标之间的不同。公式已经表明，每一路光沿着光纤的演化与自身的强度和频率、所有其它路光[表现在(1)式中的两个积分项上]的强度和频率、光纤的损耗系数α(v)、瑞利散射系数γ(v)、有效纤芯面积Aeff、温度T、拉曼增益系数gr(v-ζ)和光纤长度有关，所以，任何导致上述参数变化的行为都会改变整个RFA系统的性能。
本发明提供的调整方法，能够脱离前述各参数的影响，仅根据放大器增益谱状态进行在线调整。本发明可用于调整反向泵浦、正向泵浦和双向泵浦的光放大器，如图2-4。
具体的说，参见图1。本发明首先检测放大器输出信号的增益谱，计算ΔGmax，并判断增益谱状态，如果需要调整，则按照公式(1)进行处理，并根据处理结果控制各泵浦光功率P1，P2…Pn。调整后，继续对输出信号监测，如果达到预定目标则停止对泵浦源的调整，如果未达到预定目标，则继续调整。
Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤Vdmax(1)Xdmax≤xid(k)≤Xdmax本发明采用的算法为微粒群算法，图1中称为智能优化算法，流程图见图5。假设在一个D维的目标搜索空间中，有m个微粒组成一个群落，其中第i个微粒的位置可以表示为一个D维的向量，xi＝(xi1，xi2，…，xiD)，i＝1，2，…，m，xi就是所求问题的一个潜在解。将xi带入一个目标函数就可以计算出其适应值，根据适应值的大小来衡量xi的优劣。第i个微粒的“飞翔”速度也是一个D维向量，记为vi(vi1，vi2，…viD)。记第i个微粒迄今为止搜索到的最优位置为pi＝(pi1，pi2…，piD)，整个微粒群迄今为止搜索到的最优位置为pg＝(pg1，pg2…，pgD)，其中，d＝1，2，…D，w是非负的常数，称为惯性因子，c1，c2是非负的常数，称为学习因子，Random是随机函数，k是迭代次数。pid为单一微粒取得最小ΔGmax时的xid，qgd为所有微粒取得最小ΔGmax时的xid。v为功率变化量矢量，x为功率矢量。ΔGmax为增益谱中与目标增益之间的最大差异。如图6中，目标增益谱曲线为a，实际增益谱曲线为b，最大的差值即为ΔGmax。
本发明中(1)式只是微粒群算法的一个具体实例，其它微粒群算法的各种变体，可能在表达方法和形式上都有所不同，但依然属于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.光纤通信放大器增益谱调整方法，检测放大器输出信号的增益谱，根据检测到的信号按照微粒群算法进行处理，并根据处理结果控制泵浦光功率。
2.如权利要求1所述的光纤通信放大器增益谱调整方法，其特征在于，微粒群算法为依据下式Tpid(k)＝Random(0，c1)[pid(k)-xid(k)]Tqid(k)＝Random(0，c2)[qgd(k)-xid(k)]vid(k+1)＝wvid(k)+Tpid(k)+Tqid(k)xid(k+1)＝xid(k)+vid(k+1)Vdmin≤vid(k)≤VdmaxXdmax≤xid(k)≤Xdmax。
3.如权利要求1所述的光纤通信放大器增益谱调整方法，其特征在于，所述光纤通信放大器为正向泵浦光放大器。
4.如权利要求1所述的光纤通信放大器增益谱调整方法，其特征在于，所述光纤通信放大器为反向泵浦光放大器。
5.如权利要求1所述的光纤通信放大器增益谱调整方法，其特征在于，所述光纤通信放大器为双向泵浦光放大器。
全文摘要
光纤通信放大器增益谱调整方法，涉及光纤通信技术。本发明检测放大器输出信号的增益谱，根据检测到的信号按照微粒群算法进行处理，并根据处理结果控制泵浦光功率。本发明的有益效果是，对光通信系统中放大器增益谱的控制具有自适应性和智能性，不依赖于放大器的具体结构和参数信息，有一定普适性。
文档编号H04B10/08GK101018091SQ20071004845
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者姜海明, 谢康, 王亚非 申请人:电子科技大学