一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法及装置，所述调控方法通过扩展卡尔曼滤波计算当前状态光纤拉曼放大器增益谱的最优估计值，计算最优估计值与理想增益谱的第一偏移量，根据所述第一偏移量和所述第一相关矩阵计算泵浦波长偏移量和泵浦功率偏移量，以确定灵活栅格光网络的驱动电压调整量，实现动态调节，能够极大提升光纤拉曼放大器的增益谱的平坦度。基于微扰理论求解多个泵浦波长组合下泵浦功率调整量和光纤拉曼放大器增益谱变化量的关系，并构建第一相关矩阵，能够实现高效快速的反馈调节。速的反馈调节。速的反馈调节。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法及装置


[0001]本专利技术涉及光电子
，尤其涉及一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法及装置。

技术介绍

[0002]随着数据业务快速发展，光纤通信系统的速率逐渐快速提升，对光放大器等光纤通信系统中关键技术提出了更高的要求。与掺铒光纤放大器相比，拉曼放大器增益高、频谱范围宽、噪声指数低、串扰小、对温度不敏感，其增益介质为常见的传输光纤，故有优秀的兼容性，并且拉曼放大器的增益波长仅由泵浦光决定，因此只要取合适的波长，理论上可以放大所有波长的光信号，且受非线性影响较小，这些优点使其可以放大掺铒光纤放大器不能放大的波段，在1292~1660nm内均可进行放大，同时增益带宽要远比掺铒光纤宽。
[0003]通常使用多个拉曼泵浦集成于同一模块中放大来扩大拉曼放大器的增益范围，受于接收机灵敏度的局限，在放大过程中，要求在不同的波长上，待放大的信号必须有相同的功率，即对增益平坦度有着较高的要求。但是泵浦之间存在着非线性作用，因此在不同增益情况下，使增益平坦所需的泵浦功率各不相同，故拉曼放大器实现增益平坦很困难。因此，亟需一种方法能够在对FRA（光纤拉曼放大器）增益频谱调控过程中实现增益平坦度的优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，以解决在工作波段内不同波长的信号光经光纤拉曼放大器放大时增益不平坦的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法，包括：获取基于微扰理论计算得到的多个泵浦波长组合下泵浦功率调整量和光纤拉曼放大器增益谱变化量的第一相关矩阵；获取所述光纤拉曼放大器的多个状态变量测量值，基于上一状态的状态变量测量值采用扩展卡尔曼滤波计算当前状态的状态变量的最优估计值，所述状态变量至少包括泵浦波长、泵浦功率；根据当前状态泵浦波长和泵浦功率的最优估计值计算当前状态光纤拉曼放大器增益谱，并计算与理想增益谱的第一偏移量，并根据所述第一偏移量、所述第一相关矩阵以及当前状态的泵浦波长和泵浦功率的最优估计值计算泵浦波长偏移量和泵浦功率偏移量；根据所述泵浦波长偏移量和所述泵浦功率偏移量确定灵活栅格光网络的驱动电压调整量，以消除所述泵浦波长偏移量和所述泵浦功率偏移量。
[0006]在一些实施例中，获取基于微扰理论计算得到的多个泵浦波长组合下泵浦功率调整量和光纤拉曼放大器增益谱变化量的第一相关矩阵之前，还包括：
对于预设泵浦波长组合的所述光纤拉曼放大器，获取各波长泵浦光的泵浦光功率关于单位长度光纤分布情况的微分方程，以表示传输状态；在所述微分方程中通过微扰理论引入泵浦光功率变量，并构建线性齐次微分方程组，采用正向欧拉法对所述线性齐次微分方程组求解，得到各波长泵浦光在光纤内传输过程中各单位长度光纤内的泵浦光功率变量，并计算泵浦光功率在光纤内的积分变量；根据泵浦光功率在光纤内的积分变量计算微扰后的泵浦功率积分，计算微扰后得到的光纤拉曼放大器增益谱和光纤拉曼放大器增益谱变量，对多个预设泵浦波长组合进行微扰并构件第一相关矩阵。
[0007]在一些实施例中，对于预设泵浦波长组合的所述光纤拉曼放大器，获取各波长泵浦光的泵浦光功率关于单位长度光纤分布情况的微分方程，包括：对有N个泵浦波长的所述光纤拉曼放大器建立各泵浦光功率关于单位长度光纤的微分方程，如下式：；其中，为表示泵浦光功率的N
×
1向量；为表示泵浦光损耗的N
×
1向量；为表示各泵浦光波长间拉曼增益系数的N
×
N矩阵；z表示光纤长度；在所述微分方程中通过微扰理论引入泵浦光功率变量，并构建线性齐次微分方程组，包括：对输入泵浦光功率引入变，变为 ，忽略的二阶项，构建线性齐次偏微分方程组，如下：；其中，为表示光纤特性对泵浦光功率沿光纤分布影响的N
×
N矩阵；采用正向欧拉法对所述线性齐次微分方程组求解，得到各波长泵浦光在光纤内传输过程中各单位长度光纤内的泵浦光功率变量，包括：采用正向欧拉法数值求解所述线性齐次偏微分方程组，得到式：；；
……
；
……
进一步的，计算泵浦光功率在光纤内的积分变量，计算式如下：；其中，H为N
×
N矩阵,表示输入泵浦光功率变化和泵浦光功率在光纤内的积分变量
之间的线性关系；k为第k段步长，为步长，L为光纤的泵浦长度；对于M个输入信道的情况，计算微扰后得到的光纤拉曼放大器增益谱如下式：；其中，为表示微扰后的光纤拉曼放大器各信道增益谱的M
×
1向量；是各信道的损耗，为表示信号光波长与泵浦光波长间拉曼增益系数的M
×
N矩阵；是表示信道间SRS效应所致信道功率谱倾斜的M
×
1向量；为当前状态泵浦光功率在光纤内的积分，；分别对多个预设泵浦波长组合下的输入泵浦光功率进行微扰，计算微扰后的光纤拉曼放大器增益谱和光纤拉曼放大器增益谱变化量，构建所述第一相关矩阵。
[0008]在一些实施例中，基于上一状态的状态变量测量值采用扩展卡尔曼滤波计算当前状态的状态变量的最优估计值中，将当前时刻状态变量的预测处理为与上一时刻状态变量的最优估计值相等，并建立扩展卡尔曼滤波器的预测方程。
[0009]在一些实施例中，所述状态变量的预估方程如下：；其中，，为状态变量，为泵浦功率，为泵浦波长，为k
‑
1时刻状态变量的预估，为k时刻状态变量的预估矩阵的共轭矩阵；所述状态协方差的预估方程为如下：；其中，是k
‑
1时刻最优估计的协方差矩阵，Q表示状态噪声的协方差，为k时刻最优估计的协方差矩阵的共轭矩阵。
[0010]在一些实施例中，扩展卡尔曼更新方程包括：；；；其中，K为卡尔曼增益，R为测量噪声的协方差，C为测量矩阵，为k时刻最优估计的协方差矩阵，为k时刻最优估计的协方差矩阵的共轭矩阵；为k时刻状态变量的预估矩阵，为k时刻状态变量的预估矩阵的共轭矩阵；为预测值的误差，根据泵浦功率及波长矩阵求得。
[0011]在一些实施例中，测量矩阵C采用自适应算法计算得到，C用于映射各泵浦光的泵浦功率和泵浦波长与光纤拉曼放大器增益谱之间的非线性对应关系，测量矩阵C的计算式
如下：；其中，为表示信号光波长与泵浦光波长间拉曼增益系数的M
×
N矩阵，为泵浦光功率在光纤内的积分变量；H为N
×
N矩阵,表示输入泵浦光功率变化和泵浦光功率在光纤内的积分变量之间的线性关系；为对输入泵浦光功率引入的变量。
[0012]在一些实施例中，所述拉曼增益系数的计算式如下：；其中，为信号光，为泵浦波长，为信号光波数，n为介质折射率实部，为真空磁导率，为真空介电常数。
[0013]另一方面，本专利技术还提供一种光纤拉曼放大器，包括：多波长泵浦源，所述多波长泵浦源通过灵活栅格光网络调节各泵浦光的泵浦波长和泵浦功率；波分复用器，用于将待放大的输入信号与所述多波长泵浦源产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤拉曼放大器增益谱调控方法，其特征在于，包括：获取基于微扰理论计算得到的多个泵浦波长组合下泵浦功率调整量和光纤拉曼放大器增益谱变化量的第一相关矩阵；获取所述光纤拉曼放大器的多个状态变量测量值，基于上一状态的状态变量测量值采用扩展卡尔曼滤波计算当前状态的状态变量的最优估计值，所述状态变量至少包括泵浦波长、泵浦功率；根据当前状态泵浦波长和泵浦功率的最优估计值计算当前状态光纤拉曼放大器增益谱，并计算与理想增益谱的第一偏移量，并根据所述第一偏移量、所述第一相关矩阵以及当前状态的泵浦波长和泵浦功率的最优估计值计算泵浦波长偏移量和泵浦功率偏移量；根据所述泵浦波长偏移量和所述泵浦功率偏移量确定灵活栅格光网络的驱动电压调整量，以消除所述泵浦波长偏移量和所述泵浦功率偏移量。2.根据权利要求1所述的光纤拉曼放大器增益谱调控方法，其特征在于，获取基于微扰理论计算得到的多个泵浦波长组合下泵浦功率调整量和光纤拉曼放大器增益谱变化量的第一相关矩阵之前，还包括：对于预设泵浦波长组合的所述光纤拉曼放大器，获取各波长泵浦光的泵浦光功率关于单位长度光纤分布情况的微分方程，以表示传输状态；在所述微分方程中通过微扰理论引入泵浦光功率变量，并构建线性齐次微分方程组，采用正向欧拉法对所述线性齐次微分方程组求解，得到各波长泵浦光在光纤内传输过程中各单位长度光纤内的泵浦光功率变量，并计算泵浦光功率在光纤内的积分变量；根据泵浦光功率在光纤内的积分变量计算微扰后的泵浦功率积分，计算微扰后得到的光纤拉曼放大器增益谱和光纤拉曼放大器增益谱变量，对多个预设泵浦波长组合进行微扰并构件第一相关矩阵。3.根据权利要求2所述的光纤拉曼放大器增益谱调控方法，其特征在于，对于预设泵浦波长组合的所述光纤拉曼放大器，获取各波长泵浦光的泵浦光功率关于单位长度光纤分布情况的微分方程，包括：对有N个泵浦波长的所述光纤拉曼放大器建立各泵浦光功率关于单位长度光纤的微分方程，如下式：；其中，为表示泵浦光功率的N
×
1向量；为表示泵浦光损耗的N
×
1向量；为表示各泵浦光波长间拉曼增益系数的N
×
N矩阵；z表示光纤长度；在所述微分方程中通过微扰理论引入泵浦光功率变量，并构建线性齐次微分方程组，包括：对输入泵浦光功率引入变量，变为，忽略的二阶项，构建线性齐次偏微分方程组，如下：；其中，为表示光纤特性对泵浦光功率沿光纤分布影响的N
×
N矩阵；
采用正向欧拉法对所述线性齐次微分方程组求解，得到各波长泵浦光在光纤内传输过程中各单位长度光纤内的泵浦光功率变量，包括：采用正向欧拉法数值求解所述线性齐次偏微分方程组，得到式：；；
……
；
……
进一步的，计算泵浦光功率在光纤内的积分变量，计算式如下：；其中，H为N
×
N矩阵,表示输入泵浦光功率变化和泵浦光功率在光纤内的积分变量之间的线性关系；k为第k段步长，步长，L为光纤的泵浦长度；对于M个输入信道的情况，计算微扰后得到的光纤拉曼放大器增益谱如下式：；其中，为表示微扰后的光纤拉曼放大器各信道增益谱的M
×
1向量；是各信道的损耗，为表...

【专利技术属性】
技术研发人员：忻向军，常天海，李良川，田凤，张琦，王光全，刘博，姚海鹏，高然，王浩哲，田清华，王拥军，王富，李志沛，郭栋，
申请(专利权)人：中国联合网络通信有限公司研究院，
类型：发明
国别省市：