一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法。针对单级多泵放大器的特性，在要求高增益高功率输出的情况下，传统的控制方案无法能够兼顾光学噪声指数和瞬态特性，本发明专利技术通过采用980nm和1480nm中心波长泵浦激光器混搭的结构并结合特有的基于这种混搭机构的控制办法来实现光信号的放大，加上泵浦激光器驱动电流分配方案和特有的瞬态抑制方案来提高模块的光学噪声指数和瞬态特性，以此来保证光放大器的核心性能。本发明专利技术能够保证了光学噪声，又优化了光学瞬态性能，这是传统控制技术所不能达到的。通过大量的实验验证发现，利用本方案能够保证良好的光学噪声指数的前提下，光学瞬态性能提高达到50%，大大提升了整个模块的性能和产品竞争力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤放大器控制
，尤其涉及一种单级多栗光纤放大器的控制系统和控制方法。
技术介绍
随着光通信行业的不断发展，光纤放大器作为光传输中的一种重要部件，其相关性能也必须不断提升，对放大器模块的功率输出和增益要求也在提高。为了使光纤放大器能够有更大功率输出和更大的增益，在单栗浦能力有限的情况下，只能增加其栗浦数量，基于产品成本的考虑，这种多栗浦(>=2)光学结构的方案一般是采用980nm栗浦和1480nm栗浦混合利用的方案。理论上，980nm栗浦保证模块的噪声指数，1480nm栗浦保证模块的功率输出和增益。但是如何有效的控制这两种栗浦来保证良好的噪声指数的前提下功率输出又比较大，并且在这样的控制方法下其动态性能又能够保障甚至提升，正是需要解决的技术难题。当前传统的单级单栗一般都是采用简单的闭环控制技术，例如单纯简单的PID技术，它能够满足模块的基本功能需求，这种控制技术只能满足常规功能需求的应用，对于日益增长的性能需求形成了一定的瓶颈。例如在面对不断增大的放大器功率输出指标，放大器模块必须采用更多的栗浦激光器来实现这一目标，增加激光器数目虽然能够解决功率输出问题，但是会给模块带来其他问题，噪声指数和瞬态性能的恶化表现得最为突出。并且针对单级多栗浦的结构目前还未发现针对性的技术方案，如果只是采用传统的控制技术，那么放大器的诸多性能都无法得到保证，特别是上文提到的噪声指数和瞬态性能两点。
技术实现思路
本专利技术正是基于以上技术难题，提供一种单级多栗光纤放大器的控制系统和控制方法，本专利技术克服了传统光纤放大器在大增益和大输出光功率时的技术难题，并针对单级多栗光纤放大器结构提出了一种特有的控制方法和控制系统，通过采用980nm和1480nm中心波长栗浦激光器的混搭结构来实现光信号的放大，加上栗浦激光器驱动电流分配方案和特有的瞬态抑制方案来提高光纤放大器的光学噪声指数和瞬态特性，以此来保证光放大器的核心性能。本专利技术采用的技术方案如下: 一种单级多栗光纤放大器的控制系统，所述系统包括:用于测量光纤放大器输入端所输入的光功率的ro1、用于将测量的输入端光功率值进行快速模数转换的FADC1、用于测量光纤放大器输出端所输出的光功率的TO2、用于将测量的输出端光功率值进行快速模数转换的FADC2、用于获取前馈控制因子的前馈控制因子模块、用于快速响应输入光带来的输出光变化控制的前馈控制器、用于当瞬态发生时对反馈控制的实时调整以此保证动态性能的瞬态抑制模块、用于保证输出光功率的稳定的反馈控制器、用于合理分配驱动电流给栗浦激光器的驱动电流分配模块、栗I驱动器、栗2驱动器、栗I激光器及栗2激光器； 其中，所述前馈控制器分别与前馈控制因子模块、FADCl相连实现光纤放大器系统前馈控制功能；所述瞬态抑制模块分别与FADC1、反馈控制器相连实现了反馈控制量的修正以实现瞬态抑制功能；所述PD2通过FADC2与反馈控控制器相连完成反馈控制功能；所述前馈控制器和瞬态抑制模块通过加法器与驱动电流分配模块I相连，根据预置的多栗浦驱动电流分配方法，将总驱动电流通过驱动电流分配模块分配给栗I驱动器、栗2驱动器，从而实现栗I驱动器驱动对应的栗I激光器、栗2驱动器驱动对应的栗2激光器。其中，所述栗I激光器的中心波长为980nm，所述栗2激光器的中心波长为1480nmo采用上述所述一种单级多栗光纤放大器的控制系统的控制方法，包括: 步骤S1、测量光纤放大器输入端所输入的待放大光功率采样值X ; 步骤S2、根据预先获得的反馈控制器的输出结果PID，前馈控制因子Kp B1以及反馈控制因子K2、B2,利用核心控制公式为^KfX+B^ (K2*X+B2) *PID，获得待分配给多栗激光器的总驱动电流值Y ; 步骤S3、根据多栗浦驱动电流分配方法:将总驱动电流值Y首先分配给中心波长为980nm的栗I激光器，当其达到最大电流时再将剩余部分分配给中心波长为1480nm的栗2激光器，且栗2激光器始终保持有一个最小驱动电流。其中，对于所述核心控制公式中，前馈控制因子获得方法如下: 步骤S1、将栗2驱动电流设为0，在不同输入端功率下，改变栗I驱动电流，使得输出端功率达到期望功率，再根据roi的采样结果和输出端功率多点线性拟合得到栗I因子κρ1、Bpl ； 步骤S2、利用公式Xpciint= (Cniax-Bpl)/Kpl计算得到栗I达到最大工作电流时输入端的输入光采样值Xp_t，其中，Cniax为栗I激光器的最大工作电流； 步骤S3、设置栗I激光器电流为C_，改变栗2驱动电流使得输出端功率接近最大期望输出光功率，直到输出端功率与最大期望输出光功率两者偏差绝对值小于0.5dB，记录下此时栗2驱动电流Ctanp和输入光采样值X tenp；步骤 S4、线性拟合(Xpciint，Cnax)和(Xtenp, (Cnax+Ctenp))得到栗 2 因子 Kp2, Bp2； 步骤S5、前馈控制因子模块的判断原则为:当当前实际输入光功率采样值Xinput〈Xp_t时，K1=Kpl, B1=Bpl;否则，K1=Kp2, B1=Bp20其中，对于所述核心控制公式中，反馈控制因子K2、B2的获得方法如下: 步骤S6、根据已确定的Kp B1，设置反馈控制因子K2=0，B2=I,测试光纤放大器的光学瞬态性能，并记录测试结果； 步骤S7、改变反馈控制因子K2的大小，测试光学瞬态值，当光学瞬态性能最佳时，记录此时的K2、B2即为最佳反馈控制因子。有益效果: 本专利技术所述的一种单级多栗光纤放大器的控制系统和控制方法，针对单级多栗放大器的特性，在要求高增益高功率输出的情况下，传统的控制方案无法能够兼顾光学噪声指数和瞬态特性，而本专利技术能够解决大增益大输出光功率的光放大器带来的技术问题，即保证了光学噪声，又优化了光学瞬态性能，这是传统控制技术所不能达到的。通过大量的实验验证发现，利用本方案能够保证良好的光学噪声指数的前提下，光学瞬态性能提高达到50%，大大提升了整个模块的性能和产品竞争力。另外，本专利技术是基于现有的结构提出的技术方案，并未额外增加任何器件，无成本增加，但是又能达到理想的预期效果。【附图说明】图1是本专利技术具体实施例提供的一种单级2栗光纤放大器系统的光学结构简图。图2是本专利技术具体实施例提供的一种单级多栗光纤放大器的控制系统的结构简图。图3是本专利技术具体实施例提供的一种单级多栗光纤放大器的控制方法的流程图。图中各模块功能说明: Input:输入信号光，即放大前信号光； Output:输出信号光，即放大后信号光； PDl:输入光功率探测器； PD2:输出光功率探测器； 栗1: 一般为980nm栗浦激光器； 栗2: 一般为1480nm栗浦激光器； FADCl:输入光功率快速模数转换器； FADC2:输出光功率快速模数转换器。【具体实施方式】下面结合具体实施例和附图对专利技术技术方案进行详细说明。首先介绍光纤放大器系统，如下: 图1是本专利技术具体实施例提供的一种单级2栗光纤放大器系统的光学结构简图。如图1所示，以掺铒光纤放大器m)FA为例:PD1为输入光功率探测器，用来探测Input端光功率大小，栗1、栗2为EDFA两个栗浦源，PD2为当前第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级多泵光纤放大器的控制系统，其特征在于，所述系统包括：用于测量光纤放大器输入端所输入的光功率的PD1、用于将测量的输入端光功率值进行快速模数转换的FADC1、用于测量光纤放大器输出端所输出的光功率的PD2、用于将测量的输出端光功率值进行快速模数转换的FADC2、用于获取前馈控制因子的前馈控制因子模块、用于快速响应输入光带来的输出光变化控制的前馈控制器、用于当瞬态发生时对反馈控制的实时调整以此保证动态性能的瞬态抑制模块、用于保证输出光功率的稳定的反馈控制器、用于合理分配驱动电流给泵浦激光器的驱动电流分配模块、泵1驱动器、泵2驱动器、泵1激光器及泵2激光器；其中，所述前馈控制器分别与前馈控制因子模块、FADC1相连实现光纤放大器系统前馈控制功能；所述瞬态抑制模块分别与FADC1、反馈控制器相连实现了反馈控制量的修正以实现瞬态抑制功能；所述PD2通过FADC2与反馈控控制器相连完成反馈控制功能；所述前馈控制器和瞬态抑制模块通过加法器与驱动电流分配模块1相连，根据预置的多泵浦驱动电流分配方法，将总驱动电流通过驱动电流分配模块分配给泵1驱动器、泵2驱动器，从而实现泵1驱动器驱动对应的泵1激光器、泵2驱动器驱动对应的泵2激光器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡飞，张鹏，彭莉，马延峰，张伟，杨智，余春平，卜勤练，徐红春，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42