CN101455006A - 用于实现无助推器光通信系统的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种光通信系统包括可操作来接收至少一个光信号和至少一个泵浦信号的传输光纤。光信号包括一个或多个光信号波长以及在近似最小阈值功率水平处的功率水平。泵浦信号在该传输光纤的至少一部分上与光信号的至少一部分同向传播。在一个特定实施例中，泵浦信号操作来在该泵浦信号和光信号穿过传输光纤的所述部分时将光信号放大到近似最大阈值功率水平。
Description
技术领域
本发明一般地涉及通信系统领域，更具体地涉及用于实现无助推器(boosterless)光通信系统的系统和方法。
背景技术
传统的光通信系统通常实现一个或多个助推放大器(boosteramplifier)，以在将光通信信号发射(lauch)到通信跨段(communicationspan)或传输光纤之前将该光信号放大到近似最大阈值功率水平。这些系统试图在准备经由传输光纤来传输时，将光通信信号的功率水平最大化，以预先补偿与传输光纤相关联的损耗。
发明内容
根据一个实施例，一种光通信系统包括可操作来接收至少一个光信号和至少一个泵浦信号(pump signal)的传输光纤。光信号包括一个或多个光信号波长以及在近似最小阈值功率水平处的功率水平。泵浦信号在该传输光纤的至少一部分上与光信号的至少一部分同向传播。在一个特定实施例中，泵浦信号操作来在该泵浦信号和光信号穿过传输光纤的所述部分时将光信号放大到近似最大阈值功率水平。
根据另一个实施例，一种无中继光通信系统包括无助推器末端终端，该无助推器末端终端可操作来生成至少一个光信号并将该光信号引入到传输光纤的第一末端。被引入到传输光纤的第一末端的光信号包括大约处于最小阈值功率水平的功率水平。该系统还包括与传输光纤耦合的泵浦源。该泵浦源可操作来生成至少一个泵浦信号并将该泵浦信号引入到传输光纤。在一个特定实施例中，泵浦信用操作来在该泵浦信号穿过传输光纤的所述部分时将光信号大约放大到最大阈值功率水平。
取决于所实现的具体特征，本发明的特定实施例可以呈现以下技术优点中的一些或全部或者不呈现这些技术优点。各个实施例能够增大光系统的总延伸范围(reach)。其它实施例可以延伸和/或延迟信号在通信跨段或光纤内达到最大功率水平的点。根据以下附图、说明和权利要求，其它技术优点对于本领域技术人员而言将是足够清楚的。此外，虽然已经列举了具体优点，但是各个实施例可以包括所列举的优点中的全部、一些或者都不包括。
附图说明
为了提供对本发明及其特征和优点的更全面的理解，将参考结合附图进行的以下描述，在附图中，相似标号表示相似部分，其中：
图1是示出可操作来辅助一个或多个多波长信号的通信的无中继光通信系统的至少一部分的框图；
图2是将从包括助推放大器的末端终端传送的第一光信号和从无助推器末端终端传送的第二光信号进行比较的曲线图；
图3是示出在光信号的发射功率变化时、光信号在穿过光通信系统的通信跨段之后的光学性能的曲线图；以及
图4是示出在无中继光通信系统的通信跨段中将光信号从近似最小阈值功率水平放大到近似最大阈值功率水平的方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
在本文档通篇中详细说明的特定示例和各个方面仅仅用于例示的目的，而并不意图限制本发明的范围。特别地，本发明不限于无中继光通信系统。本发明的教导可以用于希望扩展光学设备之间的延伸范围或距离的任何光通信系统。而且，图1到图4中的图示并不意图依比例确定。
图1是示出无中继光通信系统10的至少一部分的框图，无中继光通信系统10可操作来辅助一个或多个多波长信号16的通信。“无中继光通信系统”指的是具有下述光通信跨段的光通信系统，该光通信跨段在末端终端之间仅包括无源光学部件。即，无中继系统的通信跨段基本上没有需要电功率的部件。
在这个示例中，系统10包括可操作来生成多个光信号(或信道)15a-15n的多个发送器12a-12n，每个光信号包括光的中心波长。在一些实施例中，每个光信号15a-15n包括基本与其它信号15的中心波长不同的中心波长。在本文档通篇中使用的术语“中心波长”指的是光信号的谱分布的经时间平均的平均值。在中心波长周围的谱不必关于中心波长对称。并且，不要求中心波长表示载波波长。发送器12可以包括能够生成一个或多个光信号的任何设备。发送器12可以包括外部调制的光源，或者可以包括直接调制的光源。
在一个实施例中，发送器12包括多个独立光源，每个独立光源具有相关联的调制器，每个源可操作来生成一个或多个光信号15。或者，发送器12可以包括由多个调制器共享的一个或多个光源。例如，发送器12可以包括连续光(continuum)源发送器和连续光发生器，其中，连续光源发送器包括可操作来生成一系列光脉冲的锁模源(mode-locked source)，且连续光发生器可操作来从锁模源接收一连串的光脉冲，并在光谱上扩展这些脉冲以形成光信号的近似连续光谱。在该实施例中，信号分裂器(splitter)接收连续光并将连续光分成各自具有中心波长的独立信号。在一些实施例中，发送器12还可以包括诸如时分复用器之类的脉冲率复用器，其可操作来复用从锁模源或调制器接收的脉冲以增大系统的比特率。
在一些情况中，发送器12可以包括光再生器的一部分。即，发送器12可以基于从其它光通信链路接收的电信号或光信号的电表示来生成光信号15。在其它情况中，发送器12可以基于从位于发送器12本地的源接收的信息来生成光信号15。发送器12还可以包括发送器应答器(transponder)组件(未显式示出)的一部分，其中，该发送器应答器组件包含多个发送器和多个接收器。
在各个实施例中，发送器12可以包括能够改善信号15的Q因数和系统10的误比特率的前向纠错(FEC)模块。例如，FEC模块可以对FEC序列进行编码，例如，Reed-Solomon编码、Turbo乘积码编码、级联Reed-Solomon编码、或者能够改善信号15的Q因数和系统10的误比特率的其它算法。在本文档通篇中使用的术语“Q因数”指的是用于确定从发送器传送的信号的质量的度量。与从发送器12传送的光信号15相关联的“Q因数”指的是与光信号相关联的高信号值的平均值(MH)和低信号值的平均值(ML)之间的差值除以多个高值的标准偏差(ΔH)和多个低值的标准偏差(ΔL)的和。Q因数的值可以用dB20来表示。以等式形式，这个关系表示为：
Q＝[MH-ML]÷[ΔH+ΔL]
在图示的实施例中，系统10还包括组合器14，组合器14可操作来接收光信号15a-15n并将那些信号组合成多波长信号16。作为一个具体示例，组合器14可以包括波分复用器(WDM)。这里所使用的术语波分复用器和波分解复用器可以包括可操作来处理经波分复用的信号的设备和/或可操作来处理经密集波分复用的信号的设备。
系统10经由光通信跨段20来传送多波长信号16。虽然这个示例包括一个光通信跨段20，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其他数目的跨段。通信跨段20可以包括例如标准单模光纤(SMF)、色散位移光纤(DSF)、非零色散位移光纤(NZDSF)、色散补偿光纤(DCF)、纯二氧化硅芯光纤(PSCF)、或者另一光纤类型或光纤类型的组合。在各个实施例中，跨段20可以包括例如下述跨段长度：大于或等于80千米、大于或等于150千米、大于或等于300千米、或者任何其它适当长度。在此具体实施例中，系统10的跨段20包括至少400千米的跨段长度。
通信跨段20例如可以包括单向跨段或双向跨段。跨段20可以包括点对点通信链路，或者可以包括诸如环形网络、网格网络、星形网络、或者任何其它网络配置之类的更大通信网络的一部分。例如，通信跨段20可以包括多链路系统的一个跨段或链路，其中，每个链路例如通过光再生器来耦合到其它链路。
在这个示例中，分离器26从在跨段20的末端处接收的多波长信号16中分离出各个光信号15a-15n。分离器26例如可以包括波分解复用器(WDM)。分离器26将各个信号波长或者多个波长范围传送到一组接收器28和/或其它光通信路径。一个或多个接收器28可以包括可操作来接收信号并在光格式和电格式之间转换信号的光收发器的一部分。
系统10还可以包括与通信跨段20相耦合的一个或多个光放大器。在这个示例中，系统10包括前置放大器24，该前置放大器24可操作来在将从光纤跨段20接收的信号16传送到分离器26之前对该信号16进行放大。虽然系统10包括前置放大器24，但是系统10可以包括任何其它放大器，并且/或者可以去除前置放大器24而不脱离本发明的范围。
放大器24例如可以包括一个或多个拉曼(Raman)放大级，诸如掺铒或掺铥级之类的稀土掺杂放大级、半导体放大级或者这些或其它放大级类型的组合。在一些实施例中，放大器24可以包括双向拉曼放大器。在本文档中，术语“放大器”表示可操作来至少部分地补偿由信号在穿过系统10的全部或一部分时引起的损耗的至少一些的设备或设备的组合。类似地，术语“进行放大”和“放大”指的是抵消将以其它方式引起的损耗的至少一部分。
放大器可以向正被放大的信号赋予或者不赋予净增益。此外，在本文档中使用的术语“增益”和“放大”不要求净增益(除非明确指出)。换而言之，在放大器级中经历“增益”或“放大”的信号不必经历足够增益以克服在该放大器级或者与该放大器级相连接的光纤中的所有损耗。作为一个具体示例，分布式拉曼放大器级通常不经历足够增益以抵消在充当增益介质的传输光纤中的所有损耗。尽管如此，这些设备还是被视为“放大器”，因为它们抵消了在传输光纤中经历的损耗的至少一部分。
取决于所选择的放大器类型，放大器24可以包括可操作来放大所接收的所有光信号15a-15n的宽带放大器。或者，放大器24可以包括较窄带放大器组件的并行组合，其中，并行组合中的每个放大器可操作来放大多波长信号16的各个波长的一部分。在该情况下，系统10可以包括放大器组件的并行组合周围的用于对传送通过系统10的波长进行分离和/或组合或重新组合的信号分离器和/或信号组合器，以辅助放大多组波长。
在图示的实施例中，发送器12、组合器14和泵浦源30a位于第一终端11内，而接收器28、分离器26、前置放大器24和泵浦源30b位于第二终端13内。虽然在这个示例中，终端11包括发送器12、组合器14和泵浦源30a，且终端13包括接收器28、分离器26、放大器24和泵浦源30b，但是终端11和13各自可以包括发送器、接收器、组合器、分离器、泵浦源和/或放大器的任何组合，而不会脱离本发明的范围。另外，终端11和13可以包括任何其它光学部件。在一些情况下，终端11和13可以被称为末端终端。短语“末端终端”指的是可操作来执行光电和/或电光信号转换和/或生成的设备。
在各个实施例中，末端终端11和13可以包括一个或多个色散补偿元件，色散补偿元件能够至少部分地补偿与信号16相关联的色度色散(chromatic dispersion)。在一些实施例中，色散补偿元件可以包括色散长度积，该色散长度积近似补偿了由光信号16在穿过系统10的跨段20时累积的色散。在其它实施例中，放大器24的增益介质的至少一部分可以包括色散补偿光纤，该色散补偿光纤能够至少部分地补偿与信号16相关联的色度色散。在那些实施例中，色散补偿光纤可以包括下述色散斜率，该色散斜率与和多波长信号16相关联的色度色散的斜率相等且反向。
在这个特定实施例中，系统10包括第一泵浦源30a和第二泵浦源30b，其中，第一泵浦源30a能够生成用于引入到跨段20的第一泵浦信号32a，第二泵浦源30b能够生成用于引入到跨段20的第二泵浦信号32b。虽然这个示例包括两个泵浦源30和两个泵浦信号32，但是可以使用任何其它数目的泵浦源和/或泵浦信号，或者可以去除泵浦源30和/或泵浦信号32中的一个或多个，而不脱离本发明的范围。泵浦信号32a和32b各自可以包括一个或多个泵浦波长，所述一个或多个泵浦波长中的每一个均包括光的中心波长。在一些实施例中，特定泵浦信号32内的一个或多个泵浦波长中的每一个可以包括基本与该特定泵浦信号32内的其它泵浦波长的中心波长不同的中心波长。泵浦源30可以包括能够以所期望的功率水平和波长来生成一个或多个泵浦信号波长的任何设备或设备的组合。例如，泵浦源30可以包括诸如Nd:YAG或Nd:YLF激光器之类的固态激光器、诸如掺镱光纤激光器之类的半导体激光器、激光二极管、包层(cladding)泵浦光纤激光器、或者这些或其它光源的任何组合。
在这个示例中，泵浦信号32a相对于信号16同向传播通过跨段20，而泵浦信号32b相对于光信号16反向传播通过跨段20。在本文档通篇中使用的术语“同向传播”指的是下述情况：其中，对于至少一段时间，泵浦信号的至少一部分在与正被放大的光信号的至少一个波长相同的方向上传播通过增益介质或光纤。另外，术语“反向传播”指的是下述情况：其中，泵浦信号的至少一部分在与正被放大的光信号的方向相反的方向上传播通过增益介质或光纤。虽然在这个示例中，系统10向跨段20引入了泵浦信号32a和泵浦信号32b，但是在其它实施例中，可以去除泵浦信号32a和32b中的一个或多个。
传统的光通信系统通常了实现一个或多个助推放大器，以在将多波长光信号发射到通信跨段或传输光纤中之前将该光信号放大到近似最大阈值功率水平。例如，传统的光通信系统通常包括一个或多个助推放大器，这些助推放大器能够接收并放大多波长光信号的各个波长，以准备将那些信号用于经由传输光纤或通信跨段来传输。在大多数情况下，所述一个或多个助推放大器操作来将多波长光信号放大到系统的最大阈值功率水平的至少百分之八十(80％)。“最大阈值功率水平”是下述光信号功率水平：在该功率水平处，通过进一步增大光信号功率水平，在通信跨段的接收端处测得的系统性能不再改善。
系统的最大阈值功率水平至少部分地基于系统配置和在传输介质或通信跨段中实现的光纤类型。在大多数情况下，通信跨段内的一个或多个非线性交互通常限制和/或决定了系统的最大阈值功率水平。换而言之，最大阈值功率水平限制了在光信号波长被通过系统的传输介质来传送时与这些光信号波长相关联的最大功率水平。这些非线性效应例如可以包括四波混频、交叉相位调制、自相位调制、受激布里渊(Brillouin)散射、或者这些或其它非线性效应的组合。
在大多数情况下，非线性交互限制了多波长光信号的最大功率，并导致了与多波长信号相关联的各个波长内的干扰。通过限制多波长光信号的最大功率，非线性交互还会限制特定系统的通信跨段长度或者传输距离。即，非线性交互会限制光信号的最大无中继传输距离。
如上所论述的，传统光通信系统通常试图在将光信号引入到通信跨段或传输介质之前将该信号的发射功率最大化。在大多数情况下，这些传统系统通常实现一个或多个助推放大器，以在将光信号引入到通信跨段或传输光纤之前将这些光信号放大到近似系统的最大阈值功率水平。通过以近似最大阈值功率水平将这种光信号引入到通信跨段中，诸如SBS之类的非线性交互可以限制传统系统中的这些光信号的最大无中继传输距离。结果，传统系统的光信号通常在通信跨段的开始或接近开始处实现达到最大阈值功率水平。
与传统系统不同的是，系统10以或接近最小阈值功率水平将多波长信号16引入到通信跨段20，并在将信号16传送通过跨段20时将信号16放大到最大阈值功率水平。系统的最小阈值功率水平至少部分地基于系统10的配置和跨段20中实现的光纤类型。在大多数情况下，多径干扰(MPI)通常限制和/或决定了系统的最小阈值功率水平。换而言之，最小阈值功率水平限制了在光信号波长通过系统的传输介质来传送时可以向这些光信号波长引入的最大增益量。在本文档通篇中使用的短语“最小阈值功率水平”指的是光信号的下述功率水平：在该功率水平处，可以向信号引入最大增益量以使得该信号的功率水平达到最大阈值功率水平。“最大增益量”是下述增益量：在该增益量处，对信号的任何可感知的增益增加都将引入比从该增益增加得到的收益大的性能代价，这主要是由于MPI。
在这个特定实施例中，终端11包括无助推器末端终端，其使用跨段20的光纤的至少一部分作为分布式拉曼放大器，该分布式拉曼放大器在信号16穿过跨段20时，将信号16从最小阈值功率水平放大到最大阈值功率水平。术语“无助推器末端终端”指的是下述末端终端：该末端终端以近似最小阈值功率水平向传输光纤引入一个或多个光信号波长。此外，无助推器末端终端是这样的末端终端，该末端终端基本上没有在将多波长光信号引入到通信跨段或传输光纤之前将该光信号放大到通信系统的近似最大阈值功率水平的放大器。
在这个示例中，无助推器末端终端11以近似最小阈值功率水平向跨段20引入多波长光信号16。信号16的最小阈值功率水平可以包括例如近似大于或等于负十二(-12)dBm、大于或等于负十(-10)dBm、大于或等于负六(-6)dBm、或者任何其它适当值。在大多数情况下，信号16的最小阈值功率水平可以包括例如近似小于或等于零dBm、小于或等于负二(-2)dBm、小于或等于负四(-4)dBm、或者任何其它适当值。无助推器末端终端11还操作来向跨段20引入泵浦信号32a，以将信号16放大到系统10的最大阈值功率水平。在这个特定示例中，泵浦信号32a相对于信号16同向传播通过跨段20。在大多数情况下，泵浦信号32a可以包括例如下述功率水平：大于或等于二分之一
瓦特、大于或等于一(1)瓦特、大于或等于二(2)瓦特、大于或等于二又二分之一
瓦特。
本发明的一个方面认识到，通过以近似最小阈值功率水平向跨段20引入信号16并在将信号16传送通过跨段20时将信号16放大到最大阈值功率水平，可以增大跨段20的长度(例如，末端终端11和13之间的距离)。即，系统10的延伸范围和/或多波长信号16可通过跨段20传送的距离可通过下述方式来增大：通过以近似最小阈值功率水平向跨段20引入信号16，并在跨段20内使用泵浦信号32a将信号16放大到最大阈值功率水平。传统的设计方案可能尚未将这个技术视为是有利的，因为在经扩展的时间段内将泵浦信号与多波长光信号同向传播会使光信号恶化。但是，以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20并在跨段20内使用泵浦信号32a将信号16放大到最大阈值功率水平，可以通过在跨段20内延伸或延迟信号16达到最大阈值功率水平的点来有利地增大系统10的延伸范围。
在这个示例中，以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20可操作来增大泵浦信号32a在通信跨段20内有效地与信号16交互(例如，传送能量或放大)的距离。增大泵浦信号32a在通信跨段20内与信号16有效交互的距离可以通过延伸或延迟信号16在跨段20内达到最大阈值功率水平的点来有利地增大系统10的延伸范围。例如，信号16达到最大阈值功率水平的点可以近似离终端11大于或等于三十(30)km、离终端11大于或等于四十(40)km、或者离终端11大于或等于五十(50)km。在一些情况下，这可以将系统10的延伸范围延伸例如近似大于或等于三十(30)km、大于或等于四十(40)km、或者大于或等于五十(50)km。
在大多数情况下，在跨段20内将信号16从近似最小阈值功率水平放大到近似最大阈值功率水平趋于增大信号16和泵浦信号32a在跨段20内交互的时间长度。即，泵浦信号32a的一个或多个泵浦波长可操作来在增大长度的跨段20内向信号16的各个光信号波长引入增益。在增大长度的跨段20上向信号16引入增益可以有利地将信号16的光信号波长维持在比下述相当光信号(comparable optical signal)高的功率水平上：所述相当光信号在将其信号引入到通信跨段之前将那些信号放大到近似最大阈值功率水平。
以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20也可操作来将信号16的光信号波长15的功率水平维持在相对高于下述相当光信号的功率水平上：所述相当光信号在将其信号引入到通信跨段之前将那些信号放大到近似最大阈值功率水平。在大多数情况下，增大泵浦信号32a与信号16有效交互的跨段20的长度可操作来将泵浦信号32a的功率水平维持在相对较高水平。将泵浦信号32a的功率水平维持在相对较高功率水平可以在通信跨段20的至少一部分上将信号16的光信号波长15的功率水平维持在相对较高的功率水平。
本发明的另一个方面认识到：通过实现无助推器终端可以降低系统成本，并且通过实现在信号16穿过通信跨段20时将多波长光信号16放大到最大阈值功率水平的一个或多个泵浦信号32可以维持或者甚至改善系统性能。
在各个实施例中，泵浦信号32a可以包括一个或多个分数拉曼阶泵浦波长以及一个或多个整数拉曼阶泵浦波长。“分数阶拉曼泵浦波长”是拉曼增益峰值不是从正通过系统传送的任何光信号波长偏移一个斯托克斯偏移量(stokes shift)(例如，近似13.2THz)的整数倍的泵浦波长。换而言之，分数拉曼阶泵浦波长可以包括拉曼增益峰值为从所有光信号15a-15n偏移一个斯托克斯偏移量的非整数倍的任何泵浦波长。
在那些实施例中，泵浦信号32a可以包括多个第一拉曼阶泵浦波长和用于放大至少第一拉曼阶泵浦波长的多个分数拉曼阶泵浦波长。虽然泵浦信号32a可以包括多个第一和分数拉曼阶泵浦波长，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用整数和/或分数拉曼阶泵浦波长的任何其它组合。在其它实施例中，泵浦信号32b可以包括一个或多个整数拉曼阶泵浦波长以及一个或多个分数拉曼阶泵浦波长。在其它实施例中，泵浦信号32a和32b两者都可以包括一个或多个整数拉曼阶泵浦波长以及一个或多个分数拉曼阶泵浦波长。
本发明的一个方面认识到，可以通过在泵浦信号32a和/或泵浦信号32b内实现一个或多个泵浦分数拉曼泵浦波长来增大跨段20的长度(例如，末端终端11和13之间的距离)。即，可以通过使用泵浦信号32a和/或32b内的一个或多个分数拉曼阶泵浦波长来增大系统10的延伸范围和/或多波长信号16可以通过跨段20来传送的距离。传统设计方案可能尚未将这个技术视为是有利的，因为引入分数拉曼阶泵浦波长以放大整数拉曼阶泵浦波长趋于降低在泵浦波长之间的能量传送的效率。但是，在增大长度的跨段20上向整数拉曼阶泵浦波长引入相对较低的增益能够通过延伸或延迟系统10在跨段20内经历其最大增益的点来有利地增大系统10的延伸范围。
在大多数情况下，在泵浦信号32a和/或泵浦信号32b内实现一个或多个分数拉曼阶泵浦波长趋于降低第一拉曼阶泵浦波长耗尽与分数拉曼阶泵浦波长相关联的光功率的速率。即，实现一个或多个分数拉曼阶泵浦波长降低了从分数拉曼阶泵浦波长向第一拉曼阶泵浦波长的能量传送的效率。因为降低的效率，所以分数拉曼阶泵浦波长可操作来在增大长度的跨段20上向第一拉曼阶泵浦波长引入相对较低的增益。在增大长度的跨段20上向第一拉曼阶泵浦波长引入相对较低的增益可以有利地将第一拉曼阶泵浦波长维持在比下述相当泵浦信号高的功率水平处：所述相当泵浦信号仅仅实现了在跨段20的至少一部分上的内部拉曼阶(inter Raman order)泵浦波长。
在这个示例中，系统10包括无中继系统。在替代实施例中，系统10可以包括中继器系统，该中继器系统包括多个通信跨段20。在通信系统10包括多个通信跨段20的情况下，系统10还可以包括一个或多个线上放大器(in-line amplifier)。线上放大器与一个或多个跨段20相耦合，并操作来在信号16穿过系统10时对信号16进行放大。在该实施例中，两个或更多个跨段可以共同形成第一光链路。此外，这种中继器系统可以包括与第一链路耦合的任何数目的其他链路。例如，第一链路可以包括多链路系统的一个光链路，其中，每个链路例如通过光再生器与其它链路耦合。
最后，在系统10包括中继器系统的情况下，这种系统还可以包括一个或多个接入元件。例如，接入元件可以包括分插复用器(add/dropmultiplexer)、交叉连接器，或者可操作来终止、交叉连接、切换、路由、处理和/或提供到和从系统10与另一个系统或通信设备的接入的另一种设备。系统10还可以包括一个或多个损耗元件(未显式示出)和/或能够至少部分地补偿耦合在跨段20之间的损耗元件的增益元件。例如，损耗元件可以包括信号分离器、信号组合器、隔离器、色散补偿元件、循环器或增益均衡器。
图2是对第一光信号202和第二光信号进行比较的曲线图，其中，第一光信号202被从包括助推放大器的末端终端传送，而第二光信号被从系统200的无助推器末端终端传送。在各个实施例中，系统200在结构和功能上可以与图1的无中继系统10基本相似。图2所示的系统200的特定参数、分量和功率水平以及光信号202和204的功率水平仅仅用于例示目的，而不意图限制本发明的范围。应当了解，可以使用参数、分量和功率水平的其它组合，而不会脱离本发明的范围。在所图示的实施例中，系统200包括近似十三(+13)dBm的最大阈值功率水平和近似负七(-7)dBm的最小阈值功率水平。虽然在这个示例中，最大和最小阈值功率水平分别包括+13dBm和-7dBm，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以使用任何其它适当的最大和最小阈值功率水平。
在这个示例中，系统200包括含有标准单模光纤的通信跨段，标准单模光纤辅助一个或多个光信号传送通过系统200。在第一实施例中，系统200的通信跨段以系统200的近似最大阈值功率水平，从包括助推放大器的末端终端接收第一光信号202。在该实施例中，助推放大器可操作来在第一光信号202被引入到系统200的通信跨段之前，将第一光信号202放大到系统200的近似最大阈值功率水平(例如，+13dBm)。
在第二实施例中，系统200的通信跨段以系统200的近似最小阈值功率水平(例如，-7dBm)从无助推器末端终端接收第二光信号204。在该实施例中，无助推器末端终端实质上没有在将第二光信号204引入到通信跨段之前将第二光信号204放大到系统200的近似最大阈值功率水平的放大器。
在该第二实施例中，系统200还包括泵浦源，该泵浦源能够生成一个或多个泵浦信号以用于引入到系统200的通信跨段。在一些情况下，泵浦源和泵浦信号的结构和功能可以分别与图1的泵浦源30和泵浦信号32a基本相似。在该实施例中，泵浦源操作来引入泵浦信号，该泵浦信号在光信号204穿过系统200的通信跨段的一部分时与光信号204同向传播。虽然在这个示例中，泵浦信号与光信号204同向传播，但是该泵浦信号的至少一部分可以与光信号204反向传播，而不会脱离本发明的范围。在这个特定实施例中，在第二光信号204穿过通信跨段时，泵浦信号将第二光信号204放大到系统200的最大阈值功率水平。在各个实施例中，泵浦源可能能够生成具有例如下述总功率的泵浦信号：0.5瓦特、1瓦特、2.5瓦特、或者任何其它适当的功率水平。
在这个示例中，线202表示在第一光信号通过系统200的通信跨段传送时第一光信号的功率水平，而线204表示在第二光信号通过系统200的通信跨段传送时第二光信号的功率水平。在这个示例中，横轴表示光信号202和204已经穿过系统200的通信跨段的距离，而纵轴表示光信号的功率水平。
这个曲线图示出：在光信号204穿过通信跨段时将第二光信号204从最小阈值功率水平放大到最大阈值功率水平可以有利地将第二光信号204维持在下述功率水平，该功率水平在通信跨段的至少一部分上高于与第一光信号202相关联的功率水平。特别地，在光信号202和204的每一个穿过通信跨段的近似三十千米之后，第二光信号204的功率水平变得高于第一光信号202的功率水平。此外，在光信号202和204的每一个穿过跨段的近似三十千米之后，第二光信号204的功率水平被维持在比第一光信号202的功率水平高的功率水平上。因为第二光信号204处在比第一光信号202高的功率水平上，所以系统200的延伸范围和/或第二光信号204可以传送通过该通信跨段的距离可以有利地得以增大。
这个曲线图还示出：当与第一光信号202相比时，在光信号204穿过通信跨段时将第二光信号204从最小阈值功率水平放大到最大阈值功率水平有利地延伸或延迟了第二光信号204在通信跨段内达到其最大功率水平的点。特别地，第一光信号202的最大信号功率水平发生在光信号202被引入到通信跨段时，而第二光信号204的最大信号功率水平发生在第二光信号204穿过通信跨段的近似四十五千米之后。
图3是示出在光信号302的发射功率变化时，光信号302在穿过光通信系统300的通信跨段之后的光学性能的曲线图。在各个实施例中，系统300在结构和功能上与图1的系统10基本相似。图3所示的系统300的特定参数、分量和功率水平以及光信号302的发射功率水平仅仅用于例示的目的，而并不意图限制本发明的范围。应当了解，可以使用参数、分量和功率水平的其它组合，而不会脱离本发明的范围。在所图示的实施例中，系统300包括近似十三(+13)dBm的最大阈值功率水平。虽然在这个示例中，最大阈值功率水平包括+13dBm，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其它适当的最大阈值功率水平。
在这个示例中，系统300包括含有标准单模光纤的通信跨段，该标准单模光纤辅助一个或多个光信号传送通过系统300。系统300的通信跨段以变化的功率水平从无助推器的末端终端接收光信号302。在该实施例中，无助推器末端终端基本上没有在将光信号302引入到通信跨段之前将光信号302放大到系统300的近似最大阈值功率水平的放大器。在这个特定实施例中，通信跨段所接收的光信号302的功率水平在-12dBm和2dBm之间变化。虽然在这个示例中，光信号302的功率水平在-12dBm和2dBm之间变化，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其它适当的范围。
在一个特定实施例中，系统300还包括泵浦源，该泵浦源能够生成一个或多个泵浦信号以用于引入到系统300的通信跨段。在一些情况下，该泵浦源的结构和功能以及泵浦信号可以分别与图1的泵浦源30a和泵浦信号32a基本相似。在该特定实施例中，泵浦源操作来引入下述泵浦信号，该泵浦信号在光信号302穿过系统300的通信跨段的一部分时与光信号302同向传播。虽然在这个示例中，泵浦信号与光信号302同向传播，但是该泵浦信号的至少一部分可以与光信号302反向传播，而不会脱离本发明的范围。在这个特定实施例中，泵浦信号在光信号302穿过通信跨段时将光信号302放大到系统300的最大阈值功率水平。在各个实施例中，泵浦源能够生成具有例如下述总功率的泵浦信号：0.5瓦特、1瓦特、2.5瓦特、或者任何其它适当的功率水平。
在这个示例中，线302表示光信号在穿过系统300的通信跨段之后的性能。横轴表示系统300的通信跨段所接收的光信号的功率水平，而纵轴表示光信号302的性能。
这个曲线图示出了系统300的通信跨段所接收的光信号的功率水平的期望或最佳范围。短语“功率水平的期望范围”或“功率水平的最佳范围”指的是维持和/或实现了系统300的令人满意的Q因数的一个或多个功率水平。在这个特定实施例中，系统300具有在-10dBm和-6dBm之间的期望或最佳功率水平范围。即，当光信号302被以-10dBm和-6dBm之间的功率水平来引入到系统300的通信跨段时，系统300的Q因数被维持在可接受范围内。虽然在这个示例中，通信跨段所接收的光信号的期望或最佳功率水平范围介于-10dBm和-6dBm之间，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其它适当的最小阈值功率水平。对最佳或期望功率水平范围的选择至少部分地基于与光信号302相关联的信道或波长的数目、与光信号302相关联的各个波长之间的间隔、光信号302的比特率、通信跨段的光纤的非线性系数、光纤的有效面积以及色度色散。
图4是示出在无中继光通信系统的通信跨段中将光信号从近似最小阈值功率水平放大到近似最大阈值功率水平的方法400的一个示例的流程图。在一个特定实施例中，可以在图1的无中继系统10内放大光信号。在各个实施例中，系统10可以包括能够生成多个光信号波长15的一个或多个发送器12a-12n，该多个光信号波长15各自包括一个光中心波长。在一些实施例中，发送器12可以包括能够改善信号15的Q因数和系统10的误比特率的前向纠错(FEC)模块。在其它实施例中，系统10还可以包括组合器14，该组合器14能够将多个光信号波长15中的各个组合成多波长信号16以用于传送通过通信跨段20。
在这个示例中，方法400从步骤410开始，在该步骤中，在通信跨段20的第一末端处接收包括多个光信号波长15的光信号16。在这个示例中，无助推器末端终端11以近似最小阈值功率水平将多波长光信号16引入到跨段20。信号16的最小阈值功率水平例如可以包括近似大于或等于负12(-12)dBm、大于或等于负十(-10)dBm、大于或等于负六(-6)dBm、或者任何其它适当值。
无助推器末端终端11还包括第一泵浦源30a，该第一泵浦源30a能够生成第一泵浦信号32a以用于引入到跨段20。泵浦信号32a可以包括一个或多个泵浦波长，这一个或多个泵浦波长中的每一个都包括光的一个中心波长。在一些实施例中，泵浦信号32a内的一个或多个泵浦波长的每一个可以包括基本上与泵浦信号32a内的其它泵浦波长的中心波长不同的中心波长。
在这个示例中，在步骤420，泵浦源30a生成至少一个泵浦信号32a并将泵浦信号32a引入到通信跨段20。在这个特定示例中，泵浦信号32a相对于信号16同向传播通过跨段20。在大多数情况下，泵浦信号32a可以包括例如下述功率水平：大于或等于二分之一瓦特、大于或等于一(1)瓦特、大于或等于二(2)瓦特、大于或等于二又二分之一瓦特。
在这个示例中，在步骤430，系统10操作来在跨段20内将信号16从近似最小阈值功率水平放大到近似最大阈值功率水平。在这个示例中，泵浦信号32a相对于信号16同向传播通过跨段20，并操作来在通信跨段20内放大信号16。虽然在这个示例中，泵浦信号32a与光信号16同向传播，但是泵浦信号32a的至少一部分可以与光信号16反向传播，而不会脱离本发明的范围。
在各个实施例中，以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20并在将信号16传送通过跨段20时将信号16放大到最大阈值功率水平可以增大系统10的延伸范围。即，通过以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20并使用泵浦信号32a在跨段20内将信号16放大到近似最大阈值功率水平，可以增大系统10的延伸范围和/或多波长信号16可以传送通过跨段20的距离。例如，信号16达到最大阈值功率水平的点可以近似为：离终端11大于或等于三十(30)千米、离终端11大于或等于四十(40)千米、或者离终端11大于或等于五十(50)千米。在一些情况下，这可以将系统10的延伸范围例如延伸近似大于或等于三十(30)千米、大于或等于四十(40)千米、或者大于或等于五十(50)千米。
在其它实施例中，以近似最小阈值功率水平将信号16引入到跨段20可以操作来将信号16的功率水平维持在相对地比下述相当光信号高的功率水平处：所述相当光信号在将其信号引入到通信跨段之前将那些信号放大到近似最大阈值功率水平。在大多数情况下，增大泵浦信号32a与信号16有效交互的跨段20的长度可操作来将泵浦信号32a的功率水平维持在相对较高的水平。将泵浦信号32a的功率水平维持在相对较高的功率水平可以在通信跨段20的至少一部分上将信号16的各个光信号波长15的功率水平维持在相对较高功率水平。
虽然已经在若干实施例中描述了本发明，但是可以启示本领域技术人员进行无数的改变、变化、变更、变换和修改，并且本发明意欲包含落在所附权利要求的精神和范围内的这些改变、变化、变更、变换和修改。
Claims (21)
1.一种光通信系统，包括：
传输光纤，该传输光纤可操作来接收至少一个光信号和至少一个泵浦信号，所述光信号包括一个或多个光信号波长以及在近似最小阈值功率水平处的功率水平，所述泵浦信号在所述传输光纤的至少一部分上与所述光信号的至少一部分同向传输；
其中，所述泵浦信号操作来在所述泵浦信号和所述光信号穿过所述传输光纤的所述部分时将所述光信号放大到近似最大阈值功率水平。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤基本没有需要电功率的光学部件。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤的至少一部分包括分布式拉曼放大器，该分布式拉曼放大器通过拉曼增益来放大所述光信号。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤可以在所述传输光纤的拉曼增益部分中包括光隔离器。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤接收另一泵浦信号，该另一泵浦信号在所述传输光纤内与所述光信号的至少一部分反向传播，并且其中，所述另一泵浦信号在该另一泵浦信号穿过所述传输光纤的至少一部分时与所述光信号交互。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤所接收的光信号在所述最小阈值功率水平的百分之二十以内。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述传输光纤所接收的光信号包括小于或等于-2dBm的功率水平。
8.如权利要求1所述的系统，还包括：
与所述传输光纤的第一末端耦合的无助推器末端终端，该无助推器末端终端可操作来生成由所述传输光纤接收的所述至少一个光信号；以及
与所述传输光纤的第二末端耦合的接收终端，所述第二末端终端可操作来在所述至少一个光信号穿过所述传输光纤时接收该至少一个光信号。
9.如权利要求8所述的系统，还包括：
与所述传输光纤的所述第一末端耦合的第一泵浦源，该第一泵浦源能够生成由所述传输光纤接收的所述至少一个泵浦信号；以及
与所述传输光纤的所述第二末端耦合的第二泵浦源，该第二泵浦源能够生成另一泵浦信号，该另一泵浦信号在所述传输光纤内与所述光信号的至少一部分反向传播。
10.如权利要求1所述的系统，还包括前向纠错模块，该前向纠错模块可操作来将前向纠错序列编码到所述光信号波长的一个或多个上。
11.一种无中继光通信系统，包括：
无助推器末端终端，该无助推器末端终端可操作来生成至少一个光信号并将所述光信号引入到传输光纤的第一末端，被引入到所述传输光纤的第一末端的所述光信号包括在近似最小阈值功率水平处的功率水平；以及
与所述传输光纤耦合的泵浦源，所述泵浦源可操作来生成至少一个泵浦信号并将所述泵浦信号引入到所述传输光纤，其中，所述泵浦信号操作来在所述泵浦信号穿过所述传输光纤的一部分时将所述光信号放大到近似最大阈值功率水平。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述泵浦源与所述传输光纤的第一末端耦合，并且其中，所述泵浦信号在所述传输光纤的至少一部分上与所述光信号的至少一部分同向传播。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述传输光纤所接收的所述至少一个光信号在所述最小阈值功率水平的百分之二十以内。
14.如权利要求11所述的系统，其中，所述传输光纤所接收的所述光信号包括小于或等于-2dBm的功率水平。
15.如权利要求11所述的系统，其中，所述无助推器末端终端基本上没有在将所述光信号引入到所述传输光纤之前将所述光信号放大到所述通信系统的近似最大阈值功率水平的放大器。
16.如权利要求11所述的系统，还包括：
与所述传输光纤的第二末端耦合的接收终端，所述第二末端终端可操作来在所述至少一个光信号穿过所述传输光纤之后接收该至少一个光信号；以及
与所述传输光纤的所述第二末端耦合的另一泵浦源，该另一泵浦源能够生成另一泵浦信号，所述另一泵浦信号在所述传输光纤内与所述光信号的至少一部分反向传播。
17.如权利要求11所述的系统，还包括所述传输光纤的拉曼增益部分中的一个或多个光隔离器。
18.一种在无中继光通信系统中传送光信号的方法，所述方法包括：
在传输光纤的第一末端处接收至少一个光信号，所述光信号包括一个或多个光信号波长并且包括在近似最小阈值功率水平处的功率水平；
生成包括一个或多个泵浦波长的至少一个泵浦信号；以及
将所述至少一个泵浦信号引入到所述传输光纤，所述泵浦信号在所述传输光纤的至少一部分上与所述光信号的至少一部分同向传播，所述泵浦信号在所述泵浦信号与所述光信号穿过所述传输光纤的所述部分时将所述光信号放大到近似最大阈值功率水平。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述传输光纤所接收的所述光信号在所述最小阈值功率水平的百分之二十以内。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述传输光纤所接收的所述光信号包括小于或等于-2dBm的功率水平。
21.如权利要求18所述的方法，还包括：
在所述传输光纤的第二末端处接收所述至少一个光信号；以及
将另一泵浦信号引入到所述传输光纤，所述另一泵浦信号在所述传输光纤内与所述至少一个光信号的至少一部分反向传播。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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