一种多波段信号光增益调控装置 专利技术说明

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种多波段信号光增益调控装置。背景技术：2.为了满足日益增长的信息技术需求，光纤通信技术需要大幅度的容量扩展，在单模光纤传输系统中，通过使用高阶调制格式、概率星座整形、高性能正向误差校正等最先进的频谱传输技术，可以极大提高通信系统的容量，在频谱技术接近极限能力的情况下，扩展多个波段进行光纤传输尤为重要，现有技术通过单模光纤对信号光进行光纤传输以实现信息传输，但是现有的单模光纤传输技术只能对一或两个波段的信号光进行传输和增益调控，并且传输时噪声干扰严重，从而导致通信系统的传输效率低下。技术实现要素：3.鉴于此，本发明实施例提供了一种多波段信号光增益调控装置，以解决现有技术只能对较少波段的信号光进行传输以及增益调控。4.本发明的一个方面提供了一种多波段信号光增益调控装置，所述装置包括：5.波分复用器，用于接收多路信号光，并经波分复用合并为一束中间信号光；6.滤波器，通过单模光纤连接所述波分复用器，并接收所述中间信号光，对所述中间信号光进行滤波得到分布在多个预设波段内的多个子光束；所述预设波段包括o、e、s、c以及l波段；7.掺稀土离子放大器组件，包括掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器以及掺铒光纤放大器；所述掺铋光纤放大器用于接收所述滤波器分离的o和e波段的子光束，并进行第一级信号放大；所述掺铥光纤放大器用于接收所述滤波器分离的s波段的子光束，并进行第一级信号放大；所述掺铒光纤放大器用于接收所述滤波器分离的c和l波段的子光束，并进行第一级信号放大；8.拉曼光纤放大器，通过单模光纤与所述掺稀土离子放大器组件连接，并对经第一级信号放大后的各子光束进行第二级信号放大；9.解波分复用器，通过单模光纤连接所述拉曼光纤放大器，并对经第二级信号放大后的各子光束进行解波分复用操作，以分理处多路增益后的所述信号光；10.其中，所述掺铋光纤放大器、所述掺铥光纤放大器、所述掺铒光纤放大器和所述拉曼光纤放大器还将各自的控制参数构建为鲸鱼群体的位置，并基于鲸鱼优化算法对各自的控制参数进行更新，以优化增益效果。11.在一些实施例中，所述装置还包括：光谱分析仪，用于从所述掺稀土离子放大器组件和所述拉曼放大器的输入和/或输出处收集各波段信号光的光谱并提取增益。12.在一些实施例中，所述拉曼放大器由级联多段拉曼光纤放大单元以及多泵浦源构成。13.在一些实施例中，所述级联多段拉曼光纤放大单元包括多根级联的光纤和分别连接在多根级联光纤前端的耦合器，所述耦合器前端设有分波器。14.在一些实施例中，所述掺铋光纤放大器、所述掺铥光纤放大器、所述掺铒光纤放大器和所述拉曼光纤放大器还将各自的控制参数构建为鲸鱼群体的位置，并基于鲸鱼优化算法对各自的控制参数进行更新，包括：15.构建鲸鱼种群规模，将所述掺铋光纤放大器、所述掺铥光纤放大器、所述掺铒光纤放大器和所述拉曼光纤放大器的控制参数构建为鲸鱼种群中鲸鱼的位置，作为可行解；16.随机产生鲸鱼种群中每个鲸鱼的位置，初始化最大迭代次数；17.在每一轮迭代过程中，计算每只鲸鱼所在位置对应的净增益，并找到当前最优鲸鱼个体的位置并保留，基于鲸鱼优化算法对各鲸鱼的位置进行更新，直至达到最大迭代次数并输出最优的鲸鱼个体及其位置作为最优的控制参数。18.在一些实施例中，基于鲸鱼优化算法对各鲸鱼的位置进行更新包括：19.定义最优鲸鱼个体的当前位置为：20.则每只鲸鱼个体的位置更新公式为：21.当p《0.5且|a|《1时，22.当p《0.5且|a|≥1时，23.当p≥0.5时，24.其中，25.其中，表示每只鲸鱼在下一时刻的位置，表示每只鲸鱼在当前时刻的位置；常数为摆动因子，为收敛因子，为[0,1]之间的随机数，随着迭代次数的增加从2线性递减到0；l为[-1,1]之间的随机数，b为螺旋形常数，p为[0,1]之间的随机数。[0026]在一些实施例中，计算所述掺铋光纤放大器中o、e波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到所述掺铋光纤放大器的输出功率，计算所述掺铥光纤放大器中s波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到所述掺铒光纤放大器的输出功率，计算所述掺铒光纤放大器中c、l波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到所述掺铒光纤放大器的输出功率，将所述掺铒光纤放大器的输出功率、所述掺铒光纤放大器的输出功率以及所述掺铋光纤放大器的输出功率通过解微分方程计算得到所述掺稀土离子放大器组件的总输出功率。[0027]在一些实施例中，经过第一级信号放大后的各子光束的增益计算式为：[0028][0029]其中，pout表示所述掺铒光纤放大器或所述掺铥光纤放大器或所述掺铋光纤放大器的输出功率，pin表示所述掺铒光纤放大器或所述掺铥光纤放大器或所述掺铋光纤放大器的输入功率。[0030]在一些实施例中，经过第二级信号放大后的所有子光束的总体增益计算式为：[0031][0032]其中，pmid表示所述掺稀土离子放大器组件的总输出功率，αs表示信号频率处的光纤损耗，αp表示泵浦频率处的光纤损耗，pb表示所述拉曼放大器的泵浦输入功率，gr表示拉曼增益系数，z表示拉曼光纤的长度。[0033]在一些实施例中，计算每只鲸鱼所在位置对应的净增益，包括：[0034]在每一次迭代中，将每只鲸鱼所在位置对应的控制参数作为所述掺稀土离子放大器组件和所述拉曼光纤放大器的参数，计算经过所述掺稀土离子放大器组件和所述拉曼光纤放大器放大后的所有子光束的所述总体增益，用所述总体增益中的最大增益值减最小增益值得到所述净增益，所述净增益的大小对应所述控制参数值的优劣。[0035]本发明的有益效果至少是：[0036]本发明所述的多波段信号光增益调控装置，对多路信号光进行波分复用操作后输入滤波器分解出多个设定频段的信号光，采用掺稀土离子放大器组件和拉曼放大器对各设定频段的信号光进行信号放大后输出至解波分复用装置分解得到多个增益平坦的信号光。采用掺稀土离子放大器组件和拉曼放大器依次对信号光进行两级信号放大，提高了各设定频段信号光的增益，并使得各设定频段信号光的增益更加平坦。采用鲸鱼优化算法对掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的参数进行优化，使得各放大器的参数最优，从而使得经过各放大器放大的信号光增益更加平坦。[0037]进一步地，采用掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器以及掺铒光纤放大器对不同波段的信号光进行第一级信号放大，使得本发明的所述多波段信号光增益调控装置能够对五个波段的信号光进行增益调控，有利于在通信系统中运用多个波段的信号光进行通信信息传输，提高了通信系统的传输效率。[0038]进一步地，本发明所述多波段信号光增益调控装置不仅具有宽带宽、增益高的特点，而且使得宽波段信号光的增益谱更加平坦，进而降低系统在利用信号光时的误码率。[0039]本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。[0040]本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。附图说明[0041]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：[0042]图1为本发明一实施例所述多波段信号光增益调控装置结构示意图。[0043]图2为本发明一实施例所述鲸鱼优化算法的流程示意图。[0044]图3为本发明一实施例所述经掺铒光纤放大器放大后的信号光的增益谱。[0045]图4为本发明一实施例所述经拉曼放大器放大后的信号光的增益谱。[0046]图5为本发明一实施例所述信号光经第一级和第二级放大后的总增益谱。具体实施方式[0047]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。[0048]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。[0049]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。[0050]在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。[0051]在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。[0052]近年来，随着人工智能、互联网+、大数据、云计算、第五代移动通信等多种信息技术地不断涌现，造成网络数据流量呈现爆发增长趋势。根据全新的可视化网络指数(vni)预测，2022年全球ip流量预计将从2017年的每月122eb增长到每月396eb，近5年ip流量以～26％复合年增长率增长。然而，近10年光纤通信系统传输容量年增速已经从20世纪的78％降至现在的20％，远落后于数据流量的年增速需求，为了满足日益增长的信息技术需求，光纤通信技术需要大幅度的容量扩展。在单模光纤传输系统中，通过使用高阶调制格式、概率星座整形、高性能正向误差校正等最先进的频谱传输技术，可以极大提高通信系统的容量，并且已经非常接近所使用波长带的理论极限的能力了。系统的容量极限会随着通信带宽的增大、信噪比的提升而提高，也就是通信极限与带宽和信噪比两者成正比例关系。在20世纪90年代波分多路复用(wavelength division multiplexing，简称wdm)技术的出现，使同一根光纤内能传输多路不同波长的光信号，大大提高了单根光纤的传输能力。[0053]在频谱技术非常接近极限能力的情况下，扩展多个波段进行光纤传输具有重大意义。目前普遍使用且比较成熟是c波段和l波段所构成的波分复用系统，通过一根单模光纤传输约120tbps，容量增加至单一信道传输的两倍以上。然而现有的通信传输技术只能对一或两个波段的信号光进行传输以及增益调控。因此，本发明提供一种多波段信号光增益调控装置，以解决现有技术只能对一个或两个波段的信号光进行增益调控。[0054]本发明的提供了一种多波段信号光增益调控装置，如土所示，该装置包括：[0055]波分复用器，用于接收多路信号光，并经波分复用操作合并为一束中间信号光。波分复用操作指将多种不同波长的信号光或者携带的各种信息在发送端经波分复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。波分复用操作可以充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍，提高了光纤的传输能力。[0056]滤波器，通过单模光纤连接波分复用器，并接收中间信号光，对中间信号光进行滤波得到分布在多个预设波段内的多个子光束；预设波段包括o、e、s、c以及l波段。[0057]掺稀土离子放大器组件，包括掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器以及掺铒光纤放大器；掺铋光纤放大器用于接收滤波器分离的o和e波段的子光束，并进行第一级信号放大；掺铥光纤放大器用于接收滤波器分离的s波段的子光束，并进行第一级信号放大；掺铒光纤放大器用于接收滤波器分离的c和l波段的子光束，并进行第一级信号放大。o波段指原始波长段，其波长范围为1260nm～1360nm，o波段的光色散导致的信号失真最小，损耗最低。e波段指扩展波长段，其波长范围为1360nm～1460nm，o、e波段处于光纤零色散波长附近，有利于消除光纤非线性效应和减少器件复杂性。s波段指短波长段，其波长范围为1460nm～1530nm，c波段指常规波长段，其波长范围为1480nm～1510nm，l波段指长波长段，其波长范围为1510nm～1530nm。掺稀土离子放大器组件中设有泵浦光源，掺稀土离子放大器组件是在光纤的纤芯中掺入能产生光子的稀土元素，通过稀土元素的作用将泵浦光源发出的光能量转化到信号光上，以实现各预设波段子光束的第一级信号放大。从o、s和u波段的宽带近红外发光特性表明，铋是一种很有前途的超宽带光放大器的掺杂剂，利用掺铋光纤放大器可以提高o、e波段信号光的增益以及增益平坦度。[0058]拉曼光纤放大器，通过单模光纤与掺稀土离子放大器组件连接，并对经第一级信号放大后的各子光束进行第二级信号放大。拉曼光纤放大器利用受激拉曼散射效应，以单模光纤作为增益介质实现各预设波段子光束的放大。只要有合适功率的高功率泵浦光源，它就可以放大任意波长的信号。拉曼光纤放大器具有低噪声、可利用传输光纤做在线放大等优点，可以对各预设波段子光束进行低损耗信号放大。由于各预设波段子光束经过第一级信号放大后性能不均衡，所以需要拉曼光纤放大器对各预设波段子光束再次进行信号第二级信号放大是的增益更加平坦。[0059]其中，掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器、掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器还将各自的控制参数构建为鲸鱼群体的位置，并基于鲸鱼优化算法对各自的控制参数进行更新，以优化增益效果。[0060]在一些实施例中，掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器、掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器还将各自的控制参数构建为鲸鱼群体的位置，并基于鲸鱼优化算法对各自的控制参数进行更新，包括：[0061]构建鲸鱼种群规模，将掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器、掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器的控制参数构建为鲸鱼种群中鲸鱼的位置，作为可行解；其中，控制参数包括：拉曼光纤长度、掺铒光纤放大器光纤长度、掺铥光纤放大器光纤长度、掺铋光纤放大器光纤长度以及各放大器内泵浦光功率。[0062]随机产生鲸鱼种群中每个鲸鱼的位置，初始化最大迭代次数。[0063]在每一轮迭代过程中，计算每只鲸鱼所在位置对应的净增益，并找到当前最优鲸鱼个体的位置并保留，基于鲸鱼优化算法对各鲸鱼的位置进行更新，直至达到最大迭代次数并输出最优的鲸鱼个体及其位置作为最优的控制参数。[0064]在一些实施例中，基于鲸鱼优化算法对各鲸鱼的位置进行更新包括：[0065]定义最优鲸鱼个体的当前位置为：[0066]则每只鲸鱼个体的位置更新公式为：[0067]当p《0.5且|a|《1时，[0068]当p《0.5且|a|≥1时，[0069]当p≥0.5时，[0070]其中，[0071]其中，表示每只鲸鱼在下一时刻的位置，表示每只鲸鱼在当前时刻的位置；常数为摆动因子，为收敛因子，为[0,1]之间的随机数，随着迭代次数的增加从2线性递减到0；l为[-1,1]之间的随机数，b为螺旋形常数，p为[0,1]之间的随机数。[0072]由于要使得掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的整体参数都最佳，所以需要首先计算出每个参数值的最优值，在后续利用鲸鱼优化算法计算参数值时，多次计算每个参数值并保存，直到计算的迭代次数达到最大迭代次数，从整体角度出发，并结合每个参数值的最优值，找到一个既本身符合参数要求又使得整体性能最好的最优值，在本发明中整体性能最好即净增益最大。鲸鱼优化算法最终输出的最优控制参数包括掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器里所有参数的最优值。通过鲸鱼优化算法不仅可以更新各放大器的参数，而且可以使得各预设波段子光束获得最大增益，实现增益的最大平坦化，同时最大限度地降低各放大器的噪声。[0073]解波分复用器，通过单模光纤拉曼光纤放大器，并对经第二级信号放大后的各子光束进行解波分复用操作，以分理处多路增益后的信号光。由于各预设波段子光束经过第一级和第二级放大后汇合到单模光纤上进行传输，因此需要通过解波分复用器将耦合在一起的信号光分解为与输入的多路信号光相应的增益平坦的信号光。解波分复用器将单模光纤传输的信号光解波分复用后形成与输入的多路信号光相对应的增益平坦的信号光。[0074]在一些实施例中，装置还包括：光谱分析仪，用于从掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的输入和/或输出处收集各波段信号光的光谱并提取增益。通过光谱分析仪可以形成信号光的光谱图直观的看到信号光的变化，并可以得到经过两级放大后的所有子光束的增益谱更加平坦。将光谱分析仪放在掺稀土离子放大器组件的输入和输出口，可以得到经掺稀土离子放大器组件第一级信号放大后的所有子光束的增益谱，将光谱分析仪放在拉曼光纤放大器的输入和输出口，可以得到经拉曼光纤放大器第二级放大后的所有子光束的增益谱，从而进行比较可以看出经过第一级和第二级信号放大的子光束比经过第一级信号放大的子光束增益更平坦，经过第一级信号放大的子光束比没有经过信号放大的子光束增益更平坦。[0075]在一些实施例中，拉曼光纤放大器由级联多段拉曼光纤放大单元以及多泵浦源构成。泵浦源用于刺激各预设波段子光束进行第二级信号放大。[0076]在一些实施例中，级联多段拉曼光纤放大单元包括多根级联的光纤和分别连接在多根级联光纤前端的耦合器，耦合器前端设有分波器。由于各预设波段子光束是通过单模光纤传输至拉曼放大器的，所以需要分波器分离出各预设波段子光束，以便泵浦光对相应波段子光束进行信号放大。拉曼光纤放大器中的分波器将经过第一级放大的各预设波段子光束分离后，经耦合器传输至级联光纤，拉曼光纤放大器中的泵浦源对级联光纤中相应设定波段的信号光进行第二级信号放大，并通过单模光纤汇合后传输至解波分复用器。由于各预设波段子光束是通过单模光纤传输至拉曼光纤放大器的，所以需要分波器分离出各预设波段子光束。如图4所示，经拉曼光纤放大器第二级信号放大后的所有子光束的增益谱更加平坦。[0077]在另一些实施例中，对掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器放大后的各预设波段子光束进行泵浦光分离后，采用光谱分析仪在掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器输入和/或输出处收集各波段信号光的光谱并提取增益。由于掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器都是通过泵浦光刺激来对各预设波段子光束进行的放大，所以计算各预设波段子光束的增益时需要将泵浦光分离出来，同时为了避免泵浦光影响放大后的信号光的性能。[0078]在一些实施例中，在matlab中建模，计算掺铋光纤放大器中o、e波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到掺铋光纤放大器的输出功率，计算掺铥光纤放大器中s波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到掺铥光纤放大器的输出功率，计算掺铒光纤放大器中c、l波段子光束和泵浦光的功率和速率，得到掺铒光纤放大器的输出功率，将掺铋光纤放大器的输出功率、掺铥光纤放大器的输出功率以及掺铒光纤放大器的输出功率通过解微分方程计算得到掺稀土离子放大器组件的总输出功率。[0079]在另一些实施例中，掺铒光纤放大器的功率传输计算式为：[0080][0081][0082]其中，σ31、σ13、σ21、σ12表示掺铒光纤放大器中泵浦光和信号光的辐射和吸收截面面积，γp和γs表示重叠因子。[0083]掺铒光纤放大器的速率计算式为：[0084][0085][0086][0087]νet＝νe1+νe2+νe3；[0088]其中，w13和w31分别为泵浦光在基态能级e1和激发态能级e3之间的受激吸收几率和受激辐射几率，w12和w21为信号光在基态能级e1和亚稳态能级e2之间的受激吸收几率和受激辐射几率，a21和a32分别代表辐射跃迁和非辐射跃迁。[0089]掺铥光纤放大器的功率传输计算式为：[0090][0091][0092]其中σse、σsa分别表示掺铥光纤放大器中信号光的辐射和吸收截面面积，σp1a、σp2a、σp3a表示受激吸收截面积，γp和γs表示重叠因子。[0093]掺铥光纤放大器的速率计算式为：[0094][0095][0096][0097][0098]νt＝ν0+ν1+ν3+ν5；[0099]其中，γij表示从第i能级到第j能级的自发辐射或多声子驰豫几率，wp1、wp2、wp3表示受激跃迁几率，ws表示信号光的受激几率和受激吸收几率。[0100]掺铋光纤放大器的功率传输计算式为：[0101][0102][0103]其中,σpe、σpa、σse、σsa分别表示掺铋光纤放大器中泵浦光和信号光的辐射和吸收截面面积，γp和γs表示重叠因子。[0104]掺铋光纤放大器的速率计算式为：[0105][0106][0107][0108]νt＝ν1+ν2+ν3；[0109]其中，ν1、ν2、ν3分别是基态、亚稳态和激发态的粒子数密度，n是总的粒子数密度，a21是自发辐射跃迁几率，w32是从激发态到亚稳态的无辐射跃迁几率。r表示泵浦光、信号光和自发辐射的受激吸收系数。[0110]进一步地，经过第一级信号放大后的子光束的增益计算式为：[0111][0112]其中，pout表示掺铋光纤放大器或掺铥光纤放大器或掺铒光纤放大器的输出功率，pin表示掺铋光纤放大器或掺铥光纤放大器或掺铒光纤放大器的输入功率。如图3所示，经过掺铒光纤放大器放大后的子光束增益谱更加平坦，且噪声影响小。[0113]在另一些实施例中，拉曼光纤放大器的耦合功率计算式为：[0114][0115]其中，vi表示信号频率，pi表示频率为vi的信号的光功率，αi表示第i个光波的光纤损耗系数，keff表示极化因子，aeff表示光纤在不同频率处的有效芯径，gji表示光纤中频率为vi的高频光对频率为vj的低频光的拉曼增益系数。可以根据拉曼光纤放大器的耦合功率计算出所有信号光经过二级信号放大后的所有子光束的第二级信号放大后的增益和经过两次放大后的总体增益。如图4所示，经过第二级信号放大后的信号光增益相比于第一级信号放大后的子光束的增益更加平坦。[0116]在一些实施例中，经过第二级信号放大后的所有子光束的总体增益计算式为：[0117][0118]其中，pmid表示掺稀土离子放大器组件的总输出功率，与拉曼光纤放大器的输入功率相等，αs表示信号频率处的光纤损耗，αp表示泵浦频率处的光纤损耗，pb表示拉曼光纤放大器的泵浦输入功率，gr表示拉曼增益系数，z表示拉曼光纤的长度。如图5所示，经过两次信号放大的信号光总增益平坦，便于后于运用各预设波段的子光束传输信息，降低误码率。[0119]在一些实施例中，计算每只鲸鱼所在位置对应的净增益，包括：[0120]在每一次迭代中，将每只鲸鱼所在位置对应的控制参数作为掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的参数，计算经过掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器放大后的所有子光束的总体增益，用总体增益中的最大增益值减最小增益值得到净增益。根据净增益可以看出鲸鱼优化算法调整后的掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的控制参数是否是最优，净增益越大即表示鲸鱼个体的位置越优，即控制参数值最优。[0121]本发明所述多波段信号光增益调控装置，可以对多个波段的信号光进行放大以使得信号光的增益平坦，从而可以在通信传输利用本发明增益调控后的信号光进行信息传输，提高了通信系统信息传输的效率。[0122]下面结合一具体实施例进行说明[0123]本发明一方面提供一种多波段信号光增益调控方法，包括[0124]接收多路信号光，对接收的多路信号光进行波分复用操作；[0125]复用后的信号经过一段标准单模光纤传输；[0126]将光纤传输后的信号经过整体增益调控装置进行优化；[0127]通过解波分复用分离出优化后的信号光。[0128]多个波段的信号光为五个波段的信号光，五个波段为o波段、e波段、s波段、c波段和l波段；[0129]在本实施例中，方法还包括：泵浦光分离步骤，用于从经各光纤放大器放大后的信号光中分离出泵浦光；以及利用光谱分析仪从各光纤放大器的输入和/或输出处收集光谱并提取增益。[0130]在本实施例中，使用鲸鱼优化算法能够很好的优化掺稀土离子放大器组件的参数以及拉曼放大器的参数，从而使得多波段的增益达到平坦最优。如图2所示，鲸鱼优化算法的步骤包括步骤201～207：[0131]步骤201：确定鲸鱼的种群规模n，随机产生n只鲸鱼的位置，初始化最大迭代次数；[0132]步骤202：初始化鲸鱼群体的位置，即初始化算法参数(如拉曼光纤长度、掺稀土离子放大器组件(bdfa、tdfa、edfa)光纤长度及其泵浦功率)，参数的数目则为求解问题空间的维度d，则第i只鲸鱼在d维空间对应的位置为的维度d，则第i只鲸鱼在d维空间对应的位置为代表了一个可行解，最优鲸鱼的位置对应全局的最优解。在这一阶段，定义了参数的范围(比如泵浦波长和泵浦功率的范围)，即搜索空间的极限。[0133]步骤203：计算每只鲸鱼的适应度，即通过每只鲸鱼的位置(d个参数)求解得到的增益谱的净增益，找到当前最优鲸鱼个体的位置并保留。[0134]步骤204：进入算法主循环，如果p《0.5且a|《1，每只鲸鱼个体按照公式步骤204：进入算法主循环，如果p《0.5且a|《1，每只鲸鱼个体按照公式更新当前位置，否则按照公式更新鲸鱼个体位置。若p≥0.5，则每只鲸鱼个体依据公式更新位置。其中，表示第t代中最好的鲸鱼个体位置，为第t代中鲸鱼个体的位置，常数为摆动因子，收敛因子为[0,1]之间的随机数，随着迭代次数的增加从2线性递减到0；为第i只鲸鱼到食物的距离，l为[-1,1]之间的随机数，b为螺旋形常数，p为[0,1]之间的随机数。[0135]步骤205：再次对鲸鱼种群进行评价，找到全局最优的鲸鱼个体及其位置。[0136]步骤206：若算法满足算法的终止条件(最大迭代次数)，则结束；否则跳转到步骤202继续进行算法迭代。[0137]步骤207：输出最优解x'。[0138]本发明的另一方面提供一种多波段信号光增益调控装置，包括：[0139]波分复用器、滤波器、bdfa、tdfa、edfa、rfa。[0140]波分复用器用于接收多路信号光，对接收的多路信号光进行波分复用耦合，将宽波段信号耦合在一起，输出一束宽波段信号光；[0141]滤波器用于从波分复用的信号光中分别滤出多个波段的信号光。[0142]bdfa(掺铋光纤放大器)用于将滤出的o、e波段的信号光进行放大。[0143]tdfa(掺铥光纤放大器)用于将滤出的s波段的信号光进行放大。[0144]edfa(掺铒光纤放大器)用于将滤出的c、l波段的信号光进行放大。[0145]rfa(拉曼放大器)，由级联多段拉曼光纤放大单元以及多泵浦源构成，用于对掺稀土离子光纤放大器一级放大之后地二级放大，并进行增益平坦。[0146]由于各个波段的信号光在经由各个波段的放大器进行放大后的性能不均衡，因此在本实施例中进一步经过进行二级放大和增益平坦。发明人发现，使用鲸鱼优化算法能够很好的优化掺稀土离子放大器组件的参数以及拉曼放大器的参数，从而使得多波段的增益达到平坦最优。[0147]解波分复用器用于对经rfa放大输出的多波段光信号进行解波分复用操作，以分离出所述多路信号光。[0148]在本实施例中，级联多段拉曼光纤放大单元包括：级联的多根光纤和分部连接在多根光纤前端的耦合器，所述耦合器前端还设置有分波器；在本实施例中，多波段信号光增益调控装置还包括：光谱分析仪，用于从各光纤放大器的输入和/或输出处收集光谱并提取增益。[0149]在本实施例中，为了计算掺稀土离子放大器组件一级放大与拉曼放大器二级放大之后的的净增益，首先计算掺稀土离子放大器组件的输出功率pmid，将此功率带入，将此功率带入计算最终增益。其中αs和αp分别表示信号频率ωs和泵浦频率ωp处的光纤损耗，pmid表示拉曼放大器的信号功率，gr表示拉曼增益系数，pin表示拉曼放大器的泵浦输入功率；[0150]拉曼放大器的耦合功率方程为：[0151][0152]其中，vi表示信号频率，pi表示频率为vi的信号的光功率，αi表示第i个光波的光纤损耗系数，keff表示极化因子，aeff表示光纤在不同频率处的有效芯径，gji表示光纤中频率为vi的高频光对频率为vj的低频光的拉曼增益系数；[0153]edfa的功率传输方程为：[0154][0155][0156]其中σ31、σ13、σ21、σ12分别表示泵浦光和信号光的辐射和吸收截面面积，γp和γs表示重叠因子。[0157]edfa的速率方程为：[0158][0159][0160][0161]νet＝νe1+νe2+νe3；[0162]其中，w13和w31分别为泵浦光在基态能级e1和激发态能级e3之间的受激吸收几率和受激辐射几率，w12和w21为信号光在基态能级e1和亚稳态能级e2之间的受激吸收几率和受激辐射几率，a21和a32分别代表辐射跃迁和非辐射跃迁。[0163]tdfa的功率传输方程为：[0164][0165][0166]其中σse、σsa分别表示信号光的辐射和吸收截面面积，σp1a、σp2a、σp3a表示受激吸收截面积，γp和γs表示重叠因子。[0167]tdfa的速率方程为：[0168][0169][0170][0171][0172]νt＝ν0+ν1+ν3+ν5；[0173]其中，γij表示从第i能级到第j能级的自发辐射或多声子驰豫几率，wp1、wp2、wp3表示受激跃迁几率，ws表示信号光的受激几率和受激吸收几率。[0174]bdfa的功率传输方程为：[0175][0176][0177]其中，σpe、σpa、σse、σsa分别表示泵浦光和信号光的辐射和吸收截面面积，γp和γs表示重叠因子。[0178]bdfa的速率方程为：[0179][0180][0181][0182]νt＝ν1+ν2+ν3；[0183]其中，ν1、ν2、ν3分别是基态、亚稳态和激发态的粒子数密度，n是总的粒子数密度，a21是自发辐射跃迁几率，w32是从激发态到亚稳态的无辐射跃迁几率。r表示泵浦光、信号光和自发辐射的受激吸收系数。[0184]综上所述，本发明所述的多波段信号光增益调控装置，对多路信号光进行波分复用操作后输入滤波器分解出多个设定频段的信号光，采用掺稀土离子放大器组件和拉曼放大器对各设定频段的信号光进行信号放大后输出至解波分复用装置分解得到多个增益平坦的信号光。采用掺稀土离子放大器组件和拉曼放大器依次对信号光进行两级信号放大，提高了各设定频段信号光的增益，并使得各设定频段信号光的增益更加平坦。采用鲸鱼优化算法对掺稀土离子放大器组件和拉曼光纤放大器的参数进行优化，使得各放大器的参数最优，从而使得经过各放大器放大的信号光增益更加平坦。[0185]进一步地，采用掺铋光纤放大器、掺铥光纤放大器以及掺铒光纤放大器对不同波段的信号光进行第一级信号放大，使得本发明的所述多波段信号光增益调控装置能够对五个波段的信号光进行增益调控，有利于在通信系统中运用多个波段的信号光进行通信信息传输，提高了通信系统的传输效率。[0186]进一步地，本发明所述多波段信号光增益调控装置不仅具有宽带宽、增益高的特点，而且使得宽波段信号光的增益谱更加平坦，进而降低系统在利用信号光时的误码率。[0187]本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。[0188]需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。[0189]本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。[0190]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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