CN102404053A - 同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用同一泵浦光源同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，该系统由光通信系统的发射单元、接收单元和传输链路中的放大系统组成，其中：发射单元通过激光器和调制器产生经过编码的2.5Gbit/s信号的信号光源，承载了信号的光束进入传输链路中；该光束在传输了一段距离后通过放大系统对信号光进行放大，使放大后的信号光在接收单元能被检测到，并能够恢复出其中在发射端所加载的信息。本发明减少了通信系统中所需泵浦光源的个数，提高了泵浦效率，改善了通信质量，提高了通信系统的中继距离，增加了通信容量。

Description

同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统

技术领域

本发明涉及光通信领域的遥泵放大技术及拉曼放大技术，具体涉及一种利用同一泵浦光源实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统。 

背景技术

随着多项应用领域对光纤通信系统中继距离要求的不断提高，光纤通信超长站距的研究已成为通信部门关注的热点。拉曼放大技术与遥泵放大技术是延长中继距离，实现超长站距的两种重要的放大技术。 

遥泵放大装置通过在通信光纤的适当位置熔接一段掺铒光纤，并从终端发射高功率泵浦光激励掺铒光纤，实现对信号光的放大。 

拉曼放大是一种源于受激拉曼散射效应的放大装置，当高功率的泵浦源被注入通信光纤时，较高频率的泵浦光的能量可以通过受激拉曼散射效应传递给频率较低的信号光。 

一般的遥泵通信系统的传输距离会受到输入泵浦光功率的限制，由于泵浦光的功率不能超过自发拉曼散射的阈值，遥泵装置通常只能放置在距离终端75Km以下的位置。高阶遥泵放大技术能够打破这一限制，它选用频率更高的泵浦光，并利用高功率泵浦光拉曼散射后得到的散射光作为残儿光纤的激励源。高阶遥泵技术能够提高泵浦功率的阈值，延长中继距离。对应的，也有高阶拉曼放大技术。它选用频率更高的泵浦光，并利用泵浦光的拉曼散射光作为信号的拉曼泵浦光。由于散射光的最大功率点能深入到光纤中，能够为系统带来信噪比的改善。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，以减少光纤通信系统中的泵浦源个数，提高泵浦效率，改善通信质量，延长中继距离。 

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

本发明提供的是一种用同一泵浦光源同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，该系统由光通信系统的发射单元、接收单元和传输链路中的放大系统组成，其中：发射单元通过激光器和调制器产生经过编码的2.5Gbit/s信号的信号光源，承载了信号的光束进入传输链路中；该光束在传输了一段距离后通过放大系统对信号光进行放大，使放大后的信号光在接收单元能被检测到，并能够恢复出其中在发射端所加载的信息。

所述放大系统包括高阶泵浦光源、功率分配器、双波长滤波器、耦合器和一段插入传输链路的增益单元，所述高阶泵浦源在旁路光纤的传输过程中产生自发拉曼散射光谱，所述功率分配器将高阶泵浦源及其自发拉曼散射光谱分配为两路：第一双波长滤波器从第一路支路中取出高阶泵浦源，并从其自发拉曼散射谱中取出拉曼泵浦源，这两个波长的光通过第一耦合器耦合进通信链路，在传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给拉曼泵浦源，拉曼泵浦源将能量传递信号光，实现对信号光的放大；第二双波长滤波器从第二支路中取出高阶泵浦源，并从其自发拉曼散射谱中选出遥泵泵浦源，在旁路光纤传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源，遥泵泵浦光通过第二耦合器耦合进增益单元，激励掺铒光纤，实现对信号光的放大。 

所述高阶泵浦源可以采用可调谐固体激光器，其可调谐波长范围为1365nm~1385nm，功率≥1.2W。 

所述高阶泵浦源产生的自发拉曼散射光，其光谱的峰值频率比高阶泵浦源频率小13THz，且具有30纳米以上的光谱宽度。 

所述拉曼放大泵浦源是通过透射型光栅从自发拉曼散射光的光谱中选取1450nm的光波作为种子光，然后在传输链路传输过程中通过拉曼放大效应被放大，最终形成拉曼放大泵浦源。 

所述遥泵泵浦源采用透射型光栅从自发拉曼散射谱中选取波长在1460nm~1480nm范围内的某个波长作为的遥泵泵浦源的种子光，当高阶的泵浦源与遥泵泵浦源的种子光同时在旁路光纤的传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源的种子光，使其被放大，最终形成遥泵泵浦源。 

所述第一双波长滤波器和第二双波长滤波器均采用联级的光纤光栅滤波器。 

所述增益单元内包含一段掺铒光纤，在遥泵泵浦光的激励下实现对信号光的放大。 

  

本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：

减少了通信系统中所需泵浦光源的个数，提高了泵浦效率，改善了通信质量，提高了通信系统的中继距离，增加了通信容量。

通过理论仿真可以得出，其改善了输出信号的质量。并且根据实验原理图，通过增大泵浦光的能量继续增加中继距离，以达到更远距离中继的目的。 

附图说明

图1为本发明同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统的结构示意图。 

图2为本发明系统的理论仿真的眼图。 

图3为本发明系统的理论仿真的接受的信号波形图。 

图中：1.第一支路；2.第二支路；3.第一耦合器；4.第二耦合器。 

具体实施方式

本发明为了减少通信系统中泵浦源的个数，提高泵浦效率，通过以下具体实施例进一步阐述本发明所述的一种用同一泵浦光源实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制。 

本发明利用高阶泵浦源的自发拉曼散射效应产生拉曼泵浦光和遥泵泵浦光，并利用受激拉曼散射效应，将高阶泵浦光的能量转移给拉曼泵浦光和遥泵泵浦光。 

本发明提供的同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，其结构如图1所示，由光通信系统的发射单元、接收单元和传输链路中的放大系统组成，其中：发射单元通过激光器和调制器产生经过编码的2.5Gbit/s信号的信号光源，承载了信号的光束进入传输链路；由于光波在传输过程中的损耗，信号光的能量会不断降低，为了保证通信质量，在传输了一段距离后需要通过放大系统对信号光进行放大，使其信号在接收单元能被检测到并能正确提取恢复出其中在发射端所加载的信息。 

所述发射单元由激光器、调制器、放大器以及相关的前置误码纠错设备所构成。 

所述接收单元包括前置放大器、滤波器、光接收器、调制解调器以及相关误码纠错设备。 

所述放大系统，其结构如图1所示，包括高阶泵浦光源、功率分配器、两个双波长滤波器、两个耦合器和一段插入传输链路的增益单元，其中：所述高阶泵浦源在旁路光纤的传输过程中，由于自发拉曼效应，高阶泵浦源产生自发拉曼散射光谱。所述功率分配器将高阶泵浦源及其自发拉曼散射光，分配为两路；第一双波长滤波器从第一路支路1中选取出高阶泵浦源，并从其自发拉曼散射谱中选取出拉曼泵浦源，这两个波长的光通过第一耦合器3耦合进通信链路，在传输过程中，由于拉曼效应，高阶泵浦源将能量传递给拉曼泵浦源，拉曼泵浦源将能量传递信号光，实现对信号光的放大；第二双波长滤波器从第二支路2中选取出高阶泵浦源，并从高阶泵浦源的自发拉曼散射谱中选取出遥泵泵浦源，在旁路光纤传输过程中，由于拉曼效应，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源，遥泵泵浦光通过第二耦合器4耦合进增益单元，激励掺铒光纤，实现对信号光的放大。 

第一耦合器3置于一路光汇入光信号通路的入口处，用于将高阶泵浦源和拉曼泵浦源耦合进通信链路。第二耦合器4置于另一路光汇入增益单元的入口处，用于将遥泵泵浦源耦合进增益单元。增益单元被熔接到通信链路的恰当位置（即放大单元可以获得最大增益值的链路位置），增益单元内包含一段掺铒光纤，在遥泵泵浦光的激励下可实现对信号光的放大。 

所述高阶泵浦源采用可调谐固体激光器，其可调谐波长范围为1365nm~1385nm，为确保自发拉曼散射效应的发生，工程中需要超过1.2W功率，并且需要功率分配器配合。该高阶泵浦源在通过一段5km~10km的标准单模光纤传输过程中可以产生具有30nm以上的光谱宽度的自发拉曼散射光，光谱的峰值波长为1450nm~1470nm。 

第一支路光传输过程：第一双波长滤波器从第一支路中选取出高阶泵浦源，并从自发拉曼散射光中选取出波长范围为1440nm~1460nm的拉曼放大泵浦源，高阶泵浦源及拉曼放大泵浦源通过第一耦合器3耦合进通信链路，由于受激拉曼效应，在通信链路传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给拉曼放大泵浦源，拉曼放大泵浦源又将能量传递给信号光，从而实现对信号光的放大。 

所述拉曼放大泵浦源是通过透射型光栅从自发拉曼谱中选取1450nm的光波作为种子光，然后在链路传输过程中通过拉曼放大效应被放大，最终形成拉曼放大泵浦源。 

第二支路光传输过程：第二双波长滤波器从第二支路中选取出高阶泵浦源，并通过透射光栅从自发拉曼散射光中选取出波长在1460nm~1480nm范围内的某个波长作为的遥泵泵浦源的种子光。由于受激拉曼效应，在旁路光纤的传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源。遥泵泵浦源通过第二耦合器4耦合进增益单元，并激励增益元实现对信号光的放大。 

所述遥泵泵浦源采用透射型光栅从自发拉曼散射谱中选取波长在1460nm~1480nm范围内的某个波长作为的遥泵泵浦源的种子光，当高阶的泵浦源与遥泵泵浦源的种子光同时在旁路光纤的传输过程中，由于受激拉曼放大效应，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源的种子光，使其被放大，最终形成遥泵泵浦源。 

所述双波长滤波器可以采用联级的光纤光栅滤波器。 

本实施例通过从高阶泵浦源的自发拉曼散射光中选取拉曼放大泵浦源和遥泵泵浦源的方式，实现了利用同一泵浦源完成通信系统的拉曼放大与遥泵放大，从而减少了系统所需的泵浦源个数，提高了泵浦效率，改善了输出信号的质量。并且根据实验原理图3，通过增大泵浦光的能量继续增加中继距离，以达到更远距离中继的目的。 

由图3可知：其Q因子为16.9，其表明信号的消光比较一般的增益系统有了较明显的改善，有利于后端信号的接受处理。 

本发明的核心是从高阶泵浦源的自发拉曼散射光谱中选取拉曼放大泵浦源和遥泵泵浦源。凡是利用泵浦源的自发拉曼散射效应获取拉曼放大泵浦源和遥泵泵浦源，均属于本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种光纤通信系统，其特征是一种用同一泵浦光源同时实现遥泵放大与拉曼放大的光纤通信系统，该系统由光通信系统的发射单元、接收单元和传输链路中的放大系统组成，其中：发射单元通过激光器和调制器产生经过编码的2.5Gbit/s信号的信号光源，承载了信号的光束进入传输链路中；该光束在传输了一段距离后通过放大系统对信号光进行放大，使放大后的信号光在接收单元能被检测到，并能够恢复出其中在发射端所加载的信息。

2.如权利要求1所述的光纤通信系统，其特征在于所述放大系统包括高阶泵浦光源、功率分配器、双波长滤波器、耦合器和一段插入传输链路的增益单元，所述高阶泵浦源在旁路光纤的传输过程中产生自发拉曼散射光谱，所述功率分配器将高阶泵浦源及其自发拉曼散射光谱分配为两路：第一双波长滤波器从第一路支路中取出高阶泵浦源，并从其自发拉曼散射谱中取出拉曼泵浦源，这两个波长的光通过第一耦合器耦合进通信链路，在传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给拉曼泵浦源，拉曼泵浦源将能量传递信号光，实现对信号光的放大；第二双波长滤波器从第二支路中取出高阶泵浦源，并从其自发拉曼散射谱中选出遥泵泵浦源，在旁路光纤传输过程中，高阶泵浦源将能量传递给遥泵泵浦源，遥泵泵浦光通过第二耦合器耦合进增益单元，激励掺铒光纤，实现对信号光的放大。

3.如权利要求2所述的光纤通信系统，其特征在于所述高阶泵浦源采用可调谐固体激光器，其可调谐波长范围为1365nm~1385nm，功率≥1.2W。

4.如权利要求3所述的光纤通信系统，其特征在于所述高阶泵浦源产生的自发拉曼散射光，该自发拉曼散射光的光谱的峰值频率比高阶泵浦源频率小13THz，且具有30纳米以上的光谱宽度。

5.如权利要求2所述的光纤通信系统，其特征在于所述拉曼放大泵浦源是通过透射型光栅从自发拉曼散射光的光谱中选取1450nm的光波作为种子光，然后在传输链路传输过程中通过受激拉曼效应被放大，最终形成拉曼放大泵浦源。

6.如权利要求2所述的光纤通信系统，其特征在于所述遥泵泵浦源采用透射型光栅从自发拉曼散射谱中选取波长在1460nm~1480nm范围内的某个波长作为的遥泵泵浦源的种子光，当高阶的泵浦源与遥泵泵浦源的种子光同时在旁路光纤的传输过程中，高阶泵浦源通过受激拉曼效应将能量传递给遥泵泵浦源的种子光，使其被放大，最终形成遥泵泵浦源。

7.如权利要求2所述的光纤通信系统，其特征在于所述第一双波长滤波器和第二双波长滤波器均采用联级的光纤光栅滤波器。

8.如权利要求2所述的光纤通信系统，其特征在于所述增益单元内包含一段掺铒光纤，在遥泵泵浦光的激励下实现对信号光的放大。

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