可变增益掺铒光纤放大器中VOA的控制方法与流程

可变增益掺铒光纤放大器中voa的控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种控制方法，尤其是一种可变增益掺铒光纤放大器中voa的控制方法。


背景技术：

2.掺铒光纤放大器(edfa：erbium doped fiber amplifier)用于密集型光波复用(dwdm：dense wavelength division multiplexing)系统时，由于每个波长的增益会有差别，对波长及其增益进行线性拟合，可得到增益和波长的线性拟合函数g
line
(λi)，将终止波长和起始波长带入线性拟合函数g
line
(λi)可计算出对应的增益，其增益差定义为增益斜度(gt：gain tilt)，则可用数学公式表示如下：
3.g
line
(λi)＝k*λi+c
4.gt＝g
line
(λn)-g
line
(λ0)＝k*(λ
n-λ0)
5.i＝0....n
6.其中，g
line
(λi)为增益和波长的线性拟合函数，k线性拟合时的斜度，c是线性拟合时的截距；λi表示第i个波长；λ0为起始波长，λn为终止波长，n为终止波长的序号，增益(gain：g)、增益斜度gt单位均为db；波长(λ)的单位为nm。
7.增益斜度gt拟合如图1所示，增益斜度gt是edfa的一个极其重要的参数，针对不同的传输系统、传输距离，增益斜度gt设计为不同的数值。
8.对于自动增益控制的edfa，根据增益是否可变，分为固定增益放大器(fgedfa：fixed gain edfa)及可变增益放大器(vgedfa)。某一fgedfa只能用于某一固定跨度信号放大，不同跨度信号放大时，需要不同的fgedfa。vgedfa中，保持内部有效增益不变，一般通过引入可变光衰减器(voa：variable optical attenuator)，调整voa的衰减量，间接改变外部增益。vgedfa由于增益范围可调，可应用于不同距离的传输系统，可以代替不同型号的fgedfa，故可以减少产品型号，方便管理及系统搭配。
9.由edfa基本理论可知，内部增益g
in
保持不变，则增益斜度gt保持不变。以图2为例，内部增益g
in
定义为g
in
＝g1+g2；外部增益g则定义为g＝pout-pin，g一般也叫有效增益或者直接简称增益。内部增益g
in
和外部增益g之间的关系为g
in
＝g+il
total
，il
total
为vgedfa中的损耗总值，其中，仅voa的衰减量(att：attenuation)为变量，其它损耗均为固定值，定义g
int
为归一掉固定损耗值后的g
in
值，相同增益斜度gt下，此时，g
int
和外部增益g之间的关系可以简化为：g
int
＝g+δatt1，δatt1为相同增益斜度gt下，g
int
与外部增益g的差值相对应的衰减量的变化量。
10.外部增益g不变时，att变化则意味着内部增益g
in
发生变化，进而导致增益斜度gt发生变化。定义δgt＝gt
int-gt，其中，gt
int
为基准增益斜度，δgt符合如下线性关系：δgt＝δg
in
*α2＝δatt2*α2，其中，δatt2为相同外部增益g时，不同增益斜度gt对应的voa衰减量的变化量。
11.实际vgedfa中，voa会留有一定的本底损耗base，以补偿铒纤长度较长及高温造成
的增益斜度gt变化。
12.综合上述说明，可得可变光衰减器的衰减量控制为：
[0013][0014]
其中，base表示预留的本底损耗值，g
int
表示基准外部增益，gt
int
表示基准增益斜度，α2为与目标增益斜度gt相关的校准系数。上述可变光衰减器的衰减量控制，为本行业内的常规控制方式，为本技术领域人员所熟知。
[0015]
然而，在实际产品中，增益斜度gt还和可变光衰减器的波长相关损耗、输出功率(pout)、铒纤温度(t：temperature)等因素相关，现有的voa控制方法无法保证通过调整可变光衰减器的衰减量情况下满足增益斜率gt精度的目需求。


技术实现要素：

[0016]
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可变增益掺铒光纤放大器中voa的控制方法，其可减小voa波长相关损耗、输出功率、温度对可变光衰减器的衰减量的影响，以保证vgedfa在目标增益下的目标增益斜度精度。
[0017]
按照本发明提供的技术方案，所述可变增益掺铒光纤放大器中voa的控制方法，对可变增益掺铒光纤放大器中的voa，所述voa的衰减量调整控制为：
[0018][0019]
其中，att为voa的衰减量，base为voa预留的本底损耗值，g
int
为基准增益，g为目标增益，gt
int
为基准增益斜度，gt为目标增益斜度，pout
int
为基准输出功率，pout为目标输出功率，t
int
为基准温度，t为可变增益掺铒光纤放大器的探测温度，α1为voa wdl相关的校准系数，α2为目标增益斜度gt相关的校准系数，θ为目标输出功率pout相关的校准系数，β为目标增益g相关的校准系数，γ为探测温度t相关的校准系数。
[0020]
对voa预留的本底损耗值base，将可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt达到gt
max
时voa的衰减量att值。
[0021]
对voa wdl相关的校准系数α1，则有
[0022][0023]
其中，att
αc
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
′
时voa的衰减量att值；att
αa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
′
时voa的衰减量att值；g
αa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下的增益值，g
αc
可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
max
条件下的增益值。
[0024]
对目标增益斜度gt相关的校准系数α2，则有
[0025][0026]
其中，gt
a1
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整调整voa的衰减量att至att
a1
值时的目标增益斜度；gt
a2
可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整调整voa的衰减量att至att
a2
值时的目标增益斜度。
[0027]
对目标输出功率pout相关的校准系数θ，则有
[0028][0029]
其中，pout
θa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
θa
且可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；
[0030]
pout
θb
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
、目标输出功率pout为pout
min
且目标增益斜度gt为gt
″
时，调整voa的衰减量att至att
θb
时，可变增益掺铒光纤放大器的输出功率。
[0031]
对目标增益g相关的校准系数β，则有
[0032][0033]
其中，pout
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
βa
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；g
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
βa
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的增益；
[0034]
pout
βd
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
min
条件，并将可变增益掺铒光纤放大器的增益斜度保持在voa的衰减量att为att
βa
时的增益斜度状态下，调整voa的衰减量att至att
βd
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；g
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
min
条件，并将可变增益掺铒光纤放大器的增益斜度保持在voa的衰减量att为att
βa
时的增益斜度状态下，调整voa的衰减量att至att
βd
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的增益。
[0035]
对探测温度t相关的校准系数γ，则有
[0036][0037]
其中，att
t1
为可变增益掺铒光纤放大器处于探测温度为t1、目标增益g为g
′
且目标输出功率pout为pout
′
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″′
时voa的衰减量att值；
[0038]
att
t2
为可变增益掺铒光纤放大器处于探测温度为t2、目标增益g为g
′
且目标输出功率pout为pout
′
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″′
时voa的衰减量att值。
[0039]
在可变增益掺铒光纤放大器中包括若干段掺铒光纤，voa位于掺饵光纤间，并与两侧相应的掺铒光纤适配连接。
[0040]
本发明的优点：在不更改vgedfa的现有光路结构的情况下，将voa预留的本底损耗值base、波长相关损耗的补偿量δatt
wdl
、目标输出功率以及增益的变化补偿量δatt
pout&g
，探测温度补偿量δatt
t
共同作为voa的att控制量，从而可减小voa波长相关损耗、输出功率、温度的影响，最大程度的保证vgedfa在目标增益下的目标增益斜度精度。
附图说明
[0041]
图1为增益斜度gt拟合的示意图。
[0042]
图2为可变增益掺铒光纤放大器一种具体实施示意图。
[0043]
图3为本发明在具体校准时的校准条件示意图。
具体实施方式
[0044]
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0045]
为了可减小voa波长相关损耗、输出功率、温度对可变光衰减器的衰减量的影响，以保证vgedfa在目标增益g下的目标增益斜度gt的精度，本发明对可变增益掺铒光纤放大器中voa的控制方法，具体地，对可变增益掺铒光纤放大器中的voa，所述voa的衰减量调整控制为：
[0046][0047]
其中，att为voa的衰减量，base为voa预留的本底损耗值，g
int
为基准增益，g为目标增益，gt
int
为基准增益斜度，gt为目标增益斜度，pout
int
为基准输出功率，pout为目标输出功率，t
int
为基准温度，t为可变增益掺铒光纤放大器的探测温度，α1为voa wdl相关的校准系数，α2为目标增益斜度gt相关的校准系数，θ为目标输出功率pout相关的校准系数，β为目标增益g相关的校准系数，γ为探测温度t相关的校准系数。
[0048]
具体地，可变增益掺铒光纤放大器可为现有常用的形式，具体可以根据实际需要选择。一般地，在可变增益掺铒光纤放大器中包括若干段掺铒光纤，voa位于掺饵光纤间，并与两侧相应的掺铒光纤适配连接。图2中，示出了在可变增益掺铒光纤放大器中设置两段掺铒光纤以及一个voa的实施情况，其他情况此处不再一一列举说明。
[0049]
对于vgedfa，目标增益斜度gt和目标增益g、目标输出功率pout、铒纤温度t、voa波长相关损耗wdl相关，使用现有常用方式计算att时，由于voa wdl、目标输出功率pout、可变增益掺铒光纤放大器的探测温度t的影响，目标增益斜度gt精度无法保证。
[0050]
具体实施时，voa att变化时，由于voa波长相关损耗(wdl：wavelength dependent loss)的影响，一般来说随着voa att的增加，对每个波长衰减量偏差就会越大。voa wdl会直接影响目标增益斜度gt。对voa wdl进行线性补偿，转换到voa上，得到波长相关损耗的补偿量δatt
wdl
，具体为：δatt
wdl
＝(g
int-g)*(1+α1)，即通过波长相关损耗的补偿量δatt
wdl
可减小或消除voa波长相关损耗对目标增益斜度gt的影响。
[0051]
目标输出功率pout变化时，目标增益斜度gt值会发生变化，目标输出功率pout为mw单位时，对目标输出功率pout进行线性补偿，转换到voa上，得到目标输出功率的补偿量
δatt
pout
，具体为：δatt
pout
＝(pout
int-pout)*θ。目标输出功率的补偿量δatt
pout
和目标增益g无关，但在实际产品中则更为复杂。一般地，当目标增益g变化范围小于10db时，可认为目标输出功率pout的补偿量δatt
pout
和目标增益g相关性较小，可忽略目标增益g的影响；当目标增益g变化范围大于10db，比如15db时，目标输出功率的补偿量δatt
pout
和目标增益g也存在一定相关性，因此，可得目标输出功率以及增益的变化补偿量δatt
pout&g
，具体为：
[0052]
δatt
pout&g
＝δatt
pout
+δatt
pout
*β*(g
int-g)
[0053]
＝(pout
int-pout)*θ*[1+β*(g
int-g)]
[0054]
通过上述补偿可减少或消除目标输出功率pout变化以及目标增益g变化对目标增益斜度gt的影响。
[0055]
由掺铒光纤的物理温度特性可知，当掺铒光纤温度变化时，增益谱形状会发生变化，进而导致目标增益斜度gt发生变化。因此，需要对铒纤温度进行线性补偿，转换到voa上，得到探测温度补偿量δatt
t
，探测温度补偿量δatt
t
具体为：δatt
t
＝(t
int-t)*γ，通过探测温度补偿量δatt
t
可减小或消除探测温度对目标增益斜度gt的影响。
[0056]
因此，由上述说明可知，通过增加波长相关损耗的补偿量δatt
wdl
、目标输出功率以及增益的变化补偿量δatt
pout&g
以及探测温度补偿量δatt
t
，能够减小voa波长相关损耗、输出功率、温度对目标增益斜度gt的影响，结合现有对voa的att控制，可以得到本发明的控制方法，从而可保证vgedfa在目标增益g下的目标增益斜度精度gt。
[0057]
为了能确定voa的衰减量调整控制中的voa wdl相关的校准系数α1、目标增益斜度gt相关的校准系数α2、目标输出功率pout相关的校准系数θ、目标增益g相关的校准系数β以及探测温度t相关的校准系数γ，对于一可变增益掺铒光纤放大器定义四个常温条件，如图3所示，图3中横坐标为可变增益掺铒光纤放大器目标增益g，纵坐标为目标输出功率pout，其中，四个常温条件a、b、c、d的具体情况为：
[0058][0059]
具体实施时，对于一个确定的可变增益掺铒光纤放大器，可以采用本技术领域常用的技术手段确定得到g
max
、g
min
、pout
min
以及pout
max
的具体值，具体确定方式以及过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0060]
具体实施时，对voa预留的本底损耗值base，将可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt达到gt
max
且预留高温补偿余量(0.3～0.5db左右)时voa的衰减量att值。
[0061]
具体实施时，预留高温补偿余量及其作用的具体情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。具体地，一般需要先确定voa预留的本底损耗值base，若voa预留的本底损耗值base《0.3，则可变增益掺铒光纤放大器无法满足要求，需返修处理。
[0062]
进一步地，对voa wdl相关的校准系数α1，则有
[0063]
[0064]
其中，att
αc
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
′
时voa的衰减量att值；att
αa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
′
时voa的衰减量att值；g
αa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下的增益值，g
αc
可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
max
条件下的增益值。
[0065]
具体地，目标增益斜度gt为gt
′
的具体情况可以根据需要选择，具体取值情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0066]
对目标增益斜度gt相关的校准系数α2，则有
[0067][0068]
其中，gt
a1
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整调整voa的衰减量att至att
a1
值时的目标增益斜度；gt
a2
可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整调整voa的衰减量att至att
a2
值时的目标增益斜度。一般地，衰减量att
a2
、衰减量att
a1
的具体大小可以根据实际需要选择，一般优选|att
a2-att
a1
|大于1db，以便能提高校准精度。
[0069]
对目标输出功率pout相关的校准系数θ，则有
[0070][0071]
其中，pout
θa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
θa
且可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；
[0072]
pout
θb
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
、目标输出功率pout为pout
min
且目标增益斜度gt为gt
″
时，调整voa的衰减量att至att
θb
时，可变增益掺铒光纤放大器的输出功率。
[0073]
具体地，目标增益斜度gt为gt
″
的具体情况可以根据需要选择，具体取值情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0074]
对目标增益g相关的校准系数β，则有
[0075][0076]
其中，pout
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
βa
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；g
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
max
且目标输出功率pout为pout
max
条件下，调整voa的衰减量att至att
βa
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的增益；
[0077]
pout
βd
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
min
条件，并将可变增益掺铒光纤放大器的增益斜度保持在voa的衰减量att为att
βa
时的
增益斜度状态下，调整voa的衰减量att至att
βd
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的输出功率；g
βa
为可变增益掺铒光纤放大器处于目标增益g为g
min
且目标输出功率pout为pout
min
条件，并将可变增益掺铒光纤放大器的增益斜度保持在voa的衰减量att为att
βa
时的增益斜度状态下，调整voa的衰减量att至att
βd
时，所述可变增益掺铒光纤放大器的增益。
[0078]
具体地，衰减量att
βa
、衰减量att
βd
的大小具体可以根据实际需要选择，具体取值情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0079]
对探测温度t相关的校准系数γ，则有
[0080][0081]
其中，att
t1
为可变增益掺铒光纤放大器处于探测温度为t1、目标增益g为g
′
且目标输出功率pout为pout
′
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″′
时voa的衰减量att值；
[0082]
att
t1
为可变增益掺铒光纤放大器处于探测温度为t2、目标增益g为g
′
且目标输出功率pout为pout
′
条件下，调整voa的衰减量att，以使得可变增益掺铒光纤放大器的目标增益斜度gt为gt
″′
时voa的衰减量att值。
[0083]
一般地，对于探测温度t1、探测温度t2可选取典型的温度即可，比如高温、低温两个温度点，但探测温度t1、探测温度t2间差值的选取，以能方便得到探测温度t相关的校准系数γ为准，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0084]
对于上述所规定的条件a、b、c、d，仅是为了详细介绍校准过程所定义的典型条件。在其他类似条件下也可采用相同方法进行相关系数校准，此处不在详细说明。
[0085]
下面用一个具体的可变增益掺铒光纤放大器进行详细说明，所述可变增益掺铒光纤放大器的参数设置如下：
[0086]
波长的范围为1529～1568nm，目标增益g的范围为13～28db，目标输出功率pout的范围为100～2mw(20～3dbm)，目标增益斜度gt的范围为-4～1db。
[0087]
根据可变增益掺铒光纤放大器的上述参数，利用本技术领域常用的技术手段确定得到：g
max
＝28、g
min
＝13；pout
max
＝100，pout
min
＝2，gt
max
＝1，gt
min
＝-4。
[0088]
从而可以确定上述校准的条件，具体为：
[0089][0090]
根据校准方式，分别得到：voa预留的本底损耗值base＝0.5db。对voa wdl相关的校准系数α1，则有att
αa
＝0.5、att
αc
＝16.3，对目标增益斜度gt相关的校准系数α2，则有att
a1
＝0.5、att
a2
＝4.4、gt
a1
＝1、gt
a2
＝-2.1，可得：对目标输出功率pout相关的校准系数θ，在条件a、条件b下进行校准，则有att
θa
＝0.5，att
θb
＝0.9，可得：
[0091]
对目标增益g相关的校准系数β，在条件a、条件d下校准，则有att
βa
＝0.5，att
βd
＝16.95，可得：对探测温度t相关的校准系数γ，则有t1＝25和t2＝60，att
t1
＝0.5和att
t2
＝0.1，可得：
[0092]
当可变增益掺铒光纤放大器取其他参数时，具体情况可以参考上述说明，此处不再一一列举说明。
[0093]
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。