CN101232332A - 光传输系统和信号谱校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光传输系统及其信号谱校正方法。本发明的一个示范性方面是一种包括拉曼放大器的光传输系统，其中：所述拉曼放大器通过包括至少一个波长的光的激发光来校正光信号的增益，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。本发明的另一示范性方面是一种对配置有拉曼放大器的光传输系统中的信号谱进行校正的方法，其中：通过包括至少一个波长的激发光来产生拉曼放大，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。

Description

光传输系统和信号谱校正方法
本申请是基于2006年12月20日递交的日本专利申请No.2006-342027、并且要求其优先权，将其全部内容一并在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种光传输系统及其信号谱校正方法，具体地，涉及一种使用拉曼(Raman)放大器的光传输系统中的信号谱校正方法。
背景技术
为了符合根据因特网群体的迅速增加的通信需求，构成基本通信网络的光传输系统的传输容量近来以令人惊讶的速度增加。为了符合这种快速的容量增加，建立了光波分复用技术、即波分复用(WDM)技术，并且实现了所传输数据的容量的增加。
然而，在长距离传输系统中，传输容量的增加连同中继间隔的延伸是困难的目标。这样，为了确保每一个波的信噪功率比(SN比)，并且为了减小由光纤非线性效应所导致的传输波形的失真，已经提出了一种称为拉曼放大的方法，其消除了传输线损耗(例如，参考日本专利申请待审公开No.2002-344054)。参考图11，下面将描述使用拉曼放大器的现有技术。
如图11所示，将光发射机10的输出通过发射侧上的光放大器(掺饵光纤放大器(EDFA))20进行放大，并且经由光纤传输线30输入拉曼放大器40。通过接收侧上的光放大器(EDFA)50对拉曼放大器40放大的输出进行放大，并由光接收机60接收。
图12示出了光发射机10的输出点“a”处的信号谱；并且在该示例中，示出了具有1574至1610nm的信号带中的40个波的波分复用后的波。使发射机的输出入射到发射侧上的光放大器20中，并且在那里进行放大。图13示出了发射侧上的光放大器20的输出点“b”处的信号谱。因为光放大器20被配置有增益均衡功能，所以在输出点“b”处获得了平坦的信号谱。
将光放大器20的输出输入到光纤传输线30，然而，传输线30是包括35dB传输损耗的色散位移光纤(DSF)。图14中的附图标记141示出了通过拉曼放大器40放大的输出的点“c”处的信号谱，并且通过从拉曼放大器40输出的拉曼激发光将所述信号谱放大6.5dB。因为发射侧上的光放大器20的输出点“b”处的信号谱具有如图13所示的平坦特性，拉曼放大器40被配置有平坦增益特性。图14中的附图标记142示出了没有经过拉曼放大的信号谱。
将拉曼放大器的输出输入至接收侧上的光放大器50，并且在那里进行放大。图15示出了光放大器50的输出点“d”处的信号谱。因为光放大器50被配置有增益均衡功能，在输出点“d”处获得了1574至1610nm的信号带中的平坦信号谱，并且将其输入至光接收机60。光放大器50也是保持输出功率固定的自动电平控制(ALC)放大器。
图16示出了光放大器50的光学特性(增益平坦度特性和噪声系数(NF)特性)。附图标记161示出了增益特性，162示出了NF特性，这些特性是在图11中所示结构中的长距离传输情况下的特性，增益平坦度是0dB，而NF值是11.2dB。
在图11中所示并且使用根据现有技术的用于长距离传输系统的拉曼放大方法的结构中，为了去除对信号谱的波长的依赖性，要求将高价的增益均衡器用于发射侧的光放大器20和接收侧的光放大器50两者。当将增益均衡器只用于接收侧的光放大器50时，对输入到接收侧的光放大器50的信号谱的波长的依赖性增加。因此，引起了以下问题：增益均衡器的损耗增加、NF特性恶化、难以制造所述增益均衡器，并且其价格上升。
在日本专利申请待审公开No.2002-344054中公开的现有技术具有只在拉曼放大器中具有平坦的信号谱的缺陷，因此需要针对拉曼放大器的高性能特性，并且其价格上升。
发明内容
本发明的典型目的是提供一种光传输系统及其信号谱校正方法，所述光传输系统是低价的并且可以避免NF特性的恶化。
本发明的典型方面是一种包括拉曼放大器的光传输系统，其中，所述拉曼放大器通过包括至少一个波长的光的激发光来校正光信号的增益，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。
附图说明
图1是示出了本发明的第一示范性实施例的方框图；
图2示出了点A处的信号谱；
图3示出了点B处的信号谱；
图4示出了点C处的信号谱；
图5示出了与现有技术相比的拉曼放大器的增益特性；
图6是示出了点D处的信号谱的序列图；
图7示出了与现有技术相比的接收光放大器5的增益特性；
图8示出了与现有技术相比的接收光放大器5的NF特性；
图9是示出了本发明第二示范性实施例的方框图；
图10是示出了集成光放大器的方框图；
图11是用于解释现有技术的方框图；
图12示出了点a处的信号谱；
图13示出了点b处的信号谱；
图14示出了点c处的信号谱；
图15示出了点d处的信号谱；以及
图16示出了接收侧的光放大器50的增益特性和NF特性。
具体实施方式
1.第一示范性实施例
下面将参考附图解释本发明的示范性实施例。图1示出了使用拉曼放大的光传输系统，作为本发明的第一示范性实施例。如图1所示，将发射侧上的光放大器2(功率(booster)放大器)设置在光发射机1的后面，并且用于对所发射的光功率进行放大。拉曼放大器4通过使强的激发光入射到作为传输线3的光纤中，引起波长带中的信号增益，并使用传输线光纤自身作为放大介质。
将接收侧上的光放大器5(前置放大器)设置在光接收机6的前面，并且用于改善接收灵敏度。光放大器2和5使信号光和激发光入射到掺杂有稀土元素的光纤中，并且对信号光进行放大。然而，光放大器2没有被配置有增益均衡器(该增益均衡器包括与该光放大器的增益的波长依赖性相反的轮廓(profile))，而放大器5被配置有增益均衡器。
因为光放大器2和5对于本领域普通技术人员是众所周知的，并且不直接涉及本发明，所以省略了它们的详细结构。另外，因为拉曼放大器4对于本领域普通技术人员是众所周知的，并且除了随后所述的激发波长的选择之外不直接涉及本发明，所以省略了其详细结构。
在第一示范性实施例的结构中，一般的是，光放大器2和5通过使信号光和激发光入射到包括稀土元素的光纤的核心中以放大信号光；然而光放大器2和5也可以具有这样的结构：通过多模激发来对光进行放大，通过使用针对包括稀土元素的光纤的双包层(double-clad)光纤，并且使激发光入射到第二包层部分中，从而对信号光进行放大。
接下来将详细描述本发明的第一示范性实施例的操作。在该示范性实施例中，如现有技术的情况那样，同样将1574至1610nm的信号带中的40个波复用为WDM波。
在没有增益均衡器的光放大器2中，对光发射机1输出的波分复用后的信号光进行放大，并将其输出至传输线3，其中所述信号光包括几个dB的波长依赖性。在传输线3上，在比激发光的波长约长100nm(13THz)的波段中获得放大，所述激发光是由拉曼放大器4输出的拉曼激发光引起的基于拉曼散射的受激发射，并且对包括几个dB的波长依赖性的输出谱的增益进行校正。随后，在配置有增益均衡器的光放大器5中对信号再次进行放大，并且在平坦信号谱的情况下将所述信号输入到光接收机6。
图2示出了光发射机1的输出点A处的信号谱。将包括图2所示信号谱的输入信号入射到光放大器2中。图3示出了发射侧上的光放大器2的输出点B处的信号谱。在没有增益均衡器的光放大器2中把图2中所示的信号谱放大为包括如图3所示的4.0dB的波长依赖性的信号谱，并将其输出。
从点B至点C来估计包括35dB的传输线损耗的DSF光纤3。图4示出了点C处的信号谱。对于从拉曼放大器4输出的拉曼激发光的波长，选择1462nm和1505nm，并且图4中所示的信号谱41是当在拉曼放大器中校正增益时获得的对于光放大器5的输入信号谱。此时在传输线3上获得的拉曼增益谱由图5中的附图标记51所示。图5中的附图标记52示出了参考图11所述的现有技术中的拉曼增益谱。
图4中所示的信号谱42是当对信号进行放大以使拉曼放大器4中的拉曼增益为平坦时(当在拉曼放大器中没有校正增益时)对于光放大器5的输入信号谱。通过拉曼放大器4获得的拉曼增益平均是6.5dB。另外，当没有进行拉曼放大时对于光放大器5的输入信号谱被示出为信号谱43，作为参考数据。
图6示出了接收侧的光放大器5的输出点D处的信号谱。图6中所示的信号谱是在通过光放大器5对图4中所示的信号谱41进行放大后的输出信号谱。光放大器5是保持输出功率固定的ALC控制放大器，而且1574至1610nm的信号带中的平坦信号谱被输入光接收机6。
在图7和图8中上示出了与图11中所示的现有技术相比的光放大器5中的光学特性(增益平坦度特性和NF特性)。增益谱72和NF特性82是当在图11中所示的现有技术的长距离传输中没有通过拉曼放大器校正增益时接收侧上的光放大器中的光学特性，增益平坦度是4.0dB，并且NF值是13.6dB。
同时，增益谱71和NF81是当在图1所示的根据本发明的构造的长距离传输中在根据本发明的拉曼放大器4中校正增益时接收侧上的光放大器5中的光学特性，增益平坦度是2.5dB，并且NF值是11.8dB。根据该结果可知：通过在拉曼放大器中校正增益，输入到传输线之后的接收侧上的光放大器5的信号谱的平坦度得以改善，减小了接收侧上的光放大器5中的增益均衡器的最大损耗特性，并且光放大器5的NF特性改善了1.8dB。
2.第二示范性实施例
本发明的第二示范性实施例的基本结构与第一示范性实施例的结构类似，然而另外地设计了接收侧上的光放大器的结构。图9示出了所述结构。在图9中，将相同的附图标记分配给与图1中所示的类似部分。如图9所示，将图1中分别所示的拉曼放大器4和接收侧上的光放大器5集成为集成光放大器7，并且使拉曼放大器中的信号光输入监测器和接收侧上的光放大器中的信号光输入监测器成为共有的。由此，可以进一步减小接收侧上的光放大器的价格。
参考图10，下面将描述集成光放大器7的细节。激发激光二极管(LD)73是拉曼泵浦源，并且在传输线3上使用拉曼效应对信号光进行放大。激发WDM耦合器71对信号光和激发光进行复用，将激发光在与信号光相反的方向上进行复用，并且将其输出至传输线3。
解复用耦合器72以特定比率对输入信号光进行解复用，而光电二极管(PD)74接收光信号并将其转换为电信号。因为光放大器5对于本领域普通技术人员是众所周知的，因而省略其详细结构。通过PD 74接收输入到集成光放大器7的信号功率，并且根据所接收的输出，通过控制器75来控制作为拉曼泵浦源的激发LD 73以及光放大器5中的泵浦源。因为上文对图9中的波分复用后的信号的传输状态做了描述，所以省略对该状态的描述。
如上所述，因为在第二示范性实施例中使拉曼放大器中的信号光输入监测器和接收侧上的光放大器中的信号光输入监测器成为共有的，所以能够减小接收侧上的光放大器的价格。
如上所述，在本发明中，通过如下方面减小了接收侧上的光放大器中使用的增益均衡器的损耗：不向发射侧上的光放大器提供增益均衡功能，使用拉曼放大器对由不向发射侧上的光放大器提供增益均衡功能情况下的信号谱的增益特性进行校正，将信号谱以尽可能平坦的特性输入接收侧上的光放大器，并且最后与使用常规拉曼放大器把信号谱输入接收侧上的光放大器相比同样地对接收侧上的光放大器的增益进行校正；而且NF特性也得以改善。
因为在拉曼放大器和接收侧上的光放大器两者中对由不向发射侧上的光放大器提供增益均衡功能情况下的信号谱的增益特性进行了校正，因而该两者所需的增益特性的性能可以是适中的。
在上述示范性实施例中，在光发射机1之后使用发射侧上的光放大器2；然而，不是必须使用这个光放大器。发射侧上的光放大器2被设置在光发射机1之后，而且接收侧上的光放大器5被设置在光接收机6之前，然而，本发明的设置不限于此，例如，也可以将光复用器设置在光发射机1之后，而将光解复用器设置在光接收机6之前。
另外，控制光放大器2和5的方法也不局限于此，例如，也可以通过包括放大元件的一级(EDFA部分)来配置光放大器(因此，其NF特性恶化)，然而在本发明中，光放大器中的放大元件的个数没有限制(通过在两个放大元件之间设置增益均衡器进一步改善了NF特性)。
此外，在上述示范性实施例中，将L波段中40个信号中的信号光输入至光放大器中；然而，信号波段和信号(信道)的个数没有限制。另外，在示范性实施例中，DSF作为传输线光纤；然而，传输线光纤的类型没有限制。
此外，在示范性实施例中，将1462和1505nm的两个波用于拉曼放大器的激发光，然而，拉曼放大的激发波长和激发波长的个数没有限制，而且可以根据系统的频段以及对省略发射侧上的光放大器中的增益均衡功能而引起的每一个波长的信号谱的增益特性变化的校正程度来适当地选择所述激发波长和激发波长的个数。即，选择拉曼放大的激发波长和激发波长的个数，使得通过拉曼放大器4和接收侧上的光放大器5校正增益特征，入射到光接收机6中的光的信号谱最终是平坦的。
根据本发明，由于通过拉曼放大校正了输出至传输线并包括几个dB的波长特性的信号谱的增益，获得了如下效果：接收侧上的光放大器中使用的增益均衡器的损耗得以减小，NF特性得以改善。此外，可以去除发射侧上的光放大器中的增益均衡器，另外，由于减小了接收侧上的光放大器中使用的增益均衡器的损耗，因而其便于制造，且可以减小光放大器的价格。
这些实施例的在前描述被提供用于使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明。此外，对于本领域的普通技术人员而言，所述实施例的各种修改是显而易见的，并且在不使用本发明的能力的情况下可以将这里限定的一般原理和特定示例应用于其他实施例。因此，本发明不倾向于被限制为这里所述的实施例，而是与通过权利要求及其等同物的限制所限定的最宽范围相一致。

Claims (14)

1.一种包括拉曼放大器的光传输系统，其中：
所述拉曼放大器通过包括至少一个波长的光的激发光来校正光信号的增益，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。
2.根据权利要求1所述的光传输系统，其中：
激发光的波长包括预定个数的波长，所述波长与输入光信号的功率谱分布的局部最小点附近相对应，而且所述波长的拉曼放大的每一个增益处于所述局部最小点附近。
3.根据权利要求1所述的光传输系统，其中：
根据光信号的功率来选择激发光的增益。
4.根据权利要求1所述的光传输系统，包括：
增益均衡器，对光接收机之前的光信号的增益进行均衡。
5.根据权利要求1所述的光传输系统，包括：
前置放大器，被配置有增益均衡功能；以及
控制器，监测光信号并根据监测结果来控制所述拉曼放大器或所述前置放大器。
6.根据权利要求1所述的光传输系统，包括：
发射光信号的光发射机；以及
接收光信号的光接收机。
7.一种对输入光信号进行放大的拉曼放大器，其中：
所述拉曼放大器通过包括至少一个波长的光的激发光来校正光信号的增益，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。
8.根据权利要求7所述的拉曼放大器，其中：
激发光的波长包括预定个数的波长，所述波长与输入光信号的功率谱分布的局部最小点附近相对应，而且所述波长的拉曼放大的每一个增益处于所述局部最小点附近。
9.根据权利要求7所述的拉曼放大器，其中：
根据光信号的功率来选择激发光的增益。
10.一种对配置有拉曼放大器的光传输系统中的信号谱进行校正的方法，其中：
通过包括至少一个波长的激发光来产生拉曼放大，其减小了输入光信号的功率谱分布的最小值和最大值之间的差。
11.根据权利要求10所述的校正方法，其中：
激发光的波长包括预定个数的波长，所述波长与输入光信号的功率谱分布的局部最小点附近相对应，而且所述波长的拉曼放大的每一个增益处于所述局部最小点附近。
12.根据权利要求10所述的校正方法，其中：
根据光信号的功率来选择激发光的增益。
13.根据权利要求10所述的校正方法，其中：
在输入到光接收机之前对光信号的增益进行均衡。
14.根据权利要求10所述的校正方法，其中：
前置放大器对输入光信号的增益进行均衡；以及
对光信号进行监测，并根据监测结果来控制所述拉曼放大器或所述前置放大器。
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