CN117650849A - 低频控制信号传输方法、装置及同步数据传输方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频控制信号传输方法，属于光通信技术领域。该方法具体如下：用低频控制信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；然后将第二光信号通过EDFA放大，并将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。本发明还公开了一种低频控制信号传输以及一种同步数据传输方法、装置。本发明通过光注入的方式使得输入到EDFA的信号幅度恒定，从而达到抑制EDFA瞬态效应的目的，瞬态效应抑制效果更好，且实现简单，无需引入新的光波长。
Description
技术领域
本发明涉及一种低频控制信号传输方法，属于光通信技术领域。
背景技术
光通信是以光波为载波对语音、数据、图像等信息数据进行传输的通信方式。光信号的远距离传输会受到光功率衰减问题的困扰，为了保证远距离光通信链路的正常运作，通常会在光通信的发射端配备光功率放大器来放大发射的光信号功率，使其可以对抗由于传输距离过长而造成的功率衰减问题。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)由于具有放大增益高、增益频谱宽、噪声指数小和增益效率高等优点，已被广泛运用于各种光通信系统中。然而，由于掺铒光纤放大器的毫秒级别的瞬态效应，使得系统传输低频控制信号时，会出现信号失真的现象。以同步数据传输系统为例，系统中同时需要频率参考信号、相位同步信号，其中频率参考信号为高频模拟信号，相位同步信号为低频(Hz至kHz量级)控制信号，往往需要同时进行远距离传输并分路至多个远端接收单元，使得各远端接收单元与本地的频率参考信号相参，并受到来自本地信号的相位同步控制；随着分布式阵列/同步系统中远端接收单元数量的快速增加，需要对本地信号进行多路功分。远距离传输以及大量的功率分配将会导致光信号功率大幅降低和信噪比的急剧恶化，因此通常会在信号发射端采用EDFA进行光功率放大，而由于EDFA的瞬态效应，低频的相位同步信号会出现严重的信号失真。
为了抑制EDFA的瞬态效应，主要的现有方法包括：通过控制泵浦功率抑制掺铒光纤放大器瞬态效应；控制EDFA的输入功率抑制掺铒光纤放大器瞬态效应以及前馈控制方法抑制EDFA瞬态效应。
现有控制泵浦功率以抑制瞬态效应的技术，是通过控制泵浦激光二极管的注入电流改变EDFA的泵浦功率水平，控制EDFA中突然的上能级粒子数的增加和减小，达到抑制EDFA的瞬态效应的目的【Srivastava AK,Sun Y,Zyskind J L,et al.EDFA transientresponse to channel loss in WDM transmission system[J].IEEE PhotonicsTechnology Letters,1997,9(3):386-388.】。控制EDFA的输入功率抑制掺铒光纤放大器瞬态效应的技术，是通过反馈提取EDFA的输出功率，引入额外的探测激光，保证输入EDFA的总功率恒定，或者在输入端通过引入的探测激光确保进入EDFA的功率保持一致，进而抑制EDFA的瞬态效应【Zyskind J L,Sun Y,Ellson J,et al.Fast-link control protectionof surviving channels in multiwavelength optical networks[J].IEEE PhotonicsTechnology Letters,1997,9(12):1667-1669.】。前馈控制方法抑制瞬态响应，则是通过添加一个新的波长用于传输待传输的互补包络，确保进入EDFA的信号包络保持恒定，从而抑制瞬态【Cho J S,Cho M J,Won Y H.Feed-forward control of transient gaindynamics of an EDFA for optical burst networks[J].ETRI journal,2007,29(5):679-681.】。
通过控制泵浦功率以及输入信号总功率的方法抑制瞬态响应，这种方案需要精确的控制技术，过程较复杂。使用额外的波长调制待传输的互补信号使EDFA输入光信号幅度恒定的方案中，额外的波长越接近原来的波长则瞬态效应的抑制越强，但是不可避免的存在相近波长的拍频信号或者信号的串扰问题，且新的波长还需要考虑波分复用中波长有限的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种低频控制信号传输方法、装置，通过光注入的方式使得输入到EDFA的信号幅度恒定，从而达到抑制EDFA瞬态效应的目的，瞬态效应抑制效果更好，且实现简单，无需引入新的光波长。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种低频控制信号传输方法，将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；该方法具体如下：
用所述低频控制信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；然后将第二光信号通过EDFA放大，并将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
一种低频控制信号传输装置，用于将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；该装置包括：
主激光器，用于产生第一光信号；
强度调制器，用于用所述低频控制信号对第一光信号进行强度调制；
从激光器，用于以强度调制器输出的调制光信号作为注入光信号激发单周期振荡态，从而输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
EDFA，用于对第二光信号进行放大；
光滤波模块，用于将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种同步数据传输方法，将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；该方法具体如下：
用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号，同时用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；然后将第二光信号与参考调制光信号合束后通过同一EDFA放大，并将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
优选地，所述第三光信号与第一光信号的波长相同；先将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
一种同步数据传输系统，用于将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；所述同步数据传输系统包括：相位同步信号调制模块，用于用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
参考信号调制模块，用于用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；
光耦合模块，用于将第二光信号与参考调制光信号合束；
EDFA，用于将光耦合模块输出的合束光信号放大；
光滤波模块，用于将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
优选地，所述第三光信号与第一光信号的波长相同；所述相位同步信号调制模块还包括第二滤波模块，用于将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明使用光注入技术，利用半导体激光器对于不同的注入光强度，有着不同的非线性动力学状态的机理，使得半导体激光器红移后的谐振波长不同，此时半导体激光器产生的光信号波长不断地变化而幅度恒定，经过EDFA放大时不会发生瞬态效应，能够有效解决低频控制信号在经过EDFA放大传输时由于瞬态效应导致的信号失真问题；本发明无需采用复杂的反馈控制系统，也无需引入新的波长的光信号，可广泛应用于各类低频控制信号的EDFA放大传输。
附图说明
图1为本发明同步数据传输系统第一个实施例的结构原理示意图；
图2为本发明同步数据传输系统第二个实施例的结构原理示意图；
图3为本发明同步数据传输系统第三个实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
为了实现EDFA瞬态效应抑制，本发明的解决思路是使用光注入技术，当半导体激光器处于单周期振荡状态时，利用半导体激光器对于不同的注入光强度，引起激光器红移后的谐振波长不同的现象，使得此时半导体激光器产生的光信号波长不断地变化而幅度恒定，经过EDFA放大时不会发生瞬态效应，能够有效解决低频控制信号在经过EDFA放大传输时由于瞬态效应导致的信号失真问题。
本发明具体采用以下技术方案：
一种低频控制信号传输方法，将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；该方法具体如下：
用所述低频控制信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；然后将第二光信号通过EDFA放大，并将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
一种低频控制信号传输装置，用于将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；该装置包括：
主激光器，用于产生第一光信号；
强度调制器，用于用所述低频控制信号对第一光信号进行强度调制；
从激光器，用于以强度调制器输出的调制光信号作为注入光信号激发单周期振荡态，从而输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
EDFA，用于对第二光信号进行放大；
光滤波模块，用于将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种同步数据传输方法，将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；该方法具体如下：
用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号，同时用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；然后将第二光信号与参考调制光信号合束后通过同一EDFA放大，并将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
在同步数据传输系统中经常使用同一光载波的两路分束信号分别对相位同步信号和参考信号进行调制；为此，本发明进一步提出以下优选方案：所述第三光信号与第一光信号的波长相同；先将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
一种同步数据传输系统，用于将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；所述同步数据传输系统包括：相位同步信号调制模块，用于用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
参考信号调制模块，用于用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；
光耦合模块，用于将第二光信号与参考调制光信号合束；
EDFA，用于将光耦合模块输出的合束光信号放大；
光滤波模块，用于将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
在同步数据传输系统中经常使用同一光载波的两路分束信号分别对相位同步信号和参考信号进行调制；为此，本发明进一步提出以下优选方案：所述第三光信号与第一光信号的波长相同；所述相位同步信号调制模块还包括第二滤波模块，用于将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
为了便于公众理解，下面以多通道同步数据传输系统为例，并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
图1显示了本发明同步数据传输系统第一个实施例的基本结构及原理，如图1所示，在发射端，主激光器ML发出的波长为λ3的光信号被分为两路，分别被强度调制器AM1、AM2调制上相位同步信号、参考信号；相位同步信号的调制光信号被作为注入光信号注入到从激光器SL并激发出从激光器的单周期振荡状态，注入光强度受到相位同步信号的控制，进而在相位同步信号的不同电平情况下使从激光器产生不同的波长信号，此时从激光器的谐振波长在λ1与λ2之间随着相位同步信号电平的变化而进行不断的变化，具体而言，从激光器输出的光信号中包含波长为λ3的波长分量以及分别对应于相位同步信号的低、高电平的两个波长分量λ1、λ2，由于从激光器产生的波长会随着注入强度的增加而增加，因此波长λ1与λ2的关系是λ2>λ1，其中λ2波长的波长分量是在相位同步信号的高电平的情况下产生，λ1波长的波长分量是在相位同步信号的低电平的情况下产生；为了避免从激光器输出的λ3波长分量与载波为λ3的参考调制光信号相互干扰，先使用光滤波器OF1将从激光器所输出光信号中的λ3波长分量滤除，然后将其与参考调制光信号合为一路后通过EDFA放大，合束后的光信号包含调制了参考信号的λ3波长分量以及从激光器产生的λ1和λ2波长分量，输入到EDFA的光信号的部分波长发生变化，但是幅度是保持恒定的，因此EDFA的瞬态效应不会发生；用光滤波器OF2将EDFA放大后光信号中的λ1波长分量滤除，然后通过长光纤传输至接收端。在接收端，传输来的光信号被分为多路后分别输入到光电探测器中进行包络检测，检测到的电信号输入到信号提取单元中，即可同时得到相位同步信号以及参考信号。
图2显示了本发明同步数据传输系统第二个实施例的基本结构及原理，如图2所示，在发射端，主激光器ML发出的波长为λ3的光信号被强度调制器AM1调制上相位同步信号，相位同步信号的调制光信号被作为注入光信号注入到从激光器SL并激发出从激光器的单周期振荡状态，注入光强度受到相位同步信号的控制，进而在相位同步信号的不同电平情况下使从激光器产生不同的波长信号，此时从激光器的谐振波长在λ1与λ2之间随着相位同步信号电平的变化而进行不断的变化，具体而言，从激光器输出的光信号中包含波长为λ3的波长分量以及分别对应于相位同步信号的低、高电平的两个波长分量λ1、λ2，由于从激光器产生的波长会随着注入强度的增加而增加，因此波长λ1与λ2的关系是λ2>λ1，其中λ2波长的波长分量是在相位同步信号的高电平的情况下产生，λ1波长的波长分量是在相位同步信号的低电平的情况下产生；参考信号被强度调制器AM2调制到激光器LD所发出的波长为λ4的光信号上，且满足λ4>λ2>λ1>λ3的关系；由于λ4与λ3不同，因此不需要滤除从激光器所输出光信号中的λ3波长分量，而是直接将从激光器所输出光信号与参考调制光信号合束后输入到EDFA，同样地，输入到EDFA的光信号的部分波长发生变化，但是幅度是保持恒定的，因此EDFA的瞬态效应不会发生；用光滤波器OF将EDFA放大后光信号中的λ1波长分量滤除，然后通过长光纤传输至接收端。在接收端，传输来的光信号被分为多路后分别输入到光电探测器中进行包络检测，检测到的电信号输入到信号提取单元中，即可同时得到相位同步信号以及参考信号。
图3显示了本发明同步数据传输系统第三个实施例的基本结构及原理，其整体结构与图1基本相同，不同之处在于光滤波器OF2是将EDFA放大后光信号中的λ2波长分量滤除。由于剩余的λ1波长分量是对应于相位同步信号的低电平控制状态，因此在接收端通过光电探测器的包络检波后，所得到的相位同步信号是与发射端输入的相位同步信号反相的，可以通过对其进行反相处理恢复出原始输入的相位同步信号。
Claims (6)
1.一种低频控制信号传输方法，将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；其特征在于，该方法具体如下：
用所述低频控制信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；然后将第二光信号通过EDFA放大，并将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
2.一种低频控制信号传输装置，用于将低频控制信号调制于光域并通过EDFA放大后进行传输；其特征在于，该装置包括：
主激光器，用于产生第一光信号；
强度调制器，用于用所述低频控制信号对第一光信号进行强度调制；
从激光器，用于以强度调制器输出的调制光信号作为注入光信号激发单周期振荡态，从而输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
EDFA，用于对第二光信号进行放大；
光滤波模块，用于将放大后第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后进行传输。
3.一种同步数据传输方法，将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；其特征在于，该方法具体如下：
用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号，同时用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；然后将第二光信号与参考调制光信号合束后通过同一EDFA放大，并将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
4.如权利要求3所述同步数据传输方法，其特征在于，所述第三光信号与第一光信号的波长相同；先将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
5.一种同步数据传输系统，用于将相位同步信号和参考信号分别调制于光域并通过同一EDFA放大后通过同一光链路进行传输；其特征在于，所述同步数据传输系统包括：
相位同步信号调制模块，用于用所述相位同步信号对主激光器产生的第一光信号进行强度调制，并以所生成的调制光信号作为从激光器的注入光信号令从激光器处于单周期振荡态，从激光器输出包含分别对应于所述低频控制信号的高、低电平的两个波长分量的第二光信号；
参考信号调制模块，用于用所述参考信号对第三光信号进行强度调制，生成参考调制光信号；
光耦合模块，用于将第二光信号与参考调制光信号合束；
EDFA，用于将光耦合模块输出的合束光信号放大；
光滤波模块，用于将放大后合束光信号中第二光信号所包含的所述两个波长分量中的一个波长分量滤除后通过同一光链路进行传输。
6.如权利要求5所述同步数据传输系统，其特征在于，所述第三光信号与第一光信号的波长相同；所述相位同步信号调制模块还包括第二滤波模块，用于将第二光信号中所包含的与第一光信号波长相同的波长分量滤除，然后再将其与参考调制光信号合束。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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