CN1185812C - 喇曼放大器装置 - Google Patents

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Abstract

在经一个由布置在发送侧的标准单模光导纤维(SSMF)、第一光纤(OF1)和布置在接收侧的第二光纤(OF2)组成的串联电路传输光信号(os)时，将一个光泵激励信号(ps)在接收侧输入到所述的第二光纤(OF2)中用于在所述的第一光纤(OF1)中产生喇曼效应。通过按本发明选择不同的有效截面(Q1，Q2)和具有非线性常数(n1，n2)的第一和第二光纤(OF1，OF2)，减小了喇曼放大器装置的有效噪声系数。

Description

喇曼放大器装置
技术领域
本发明涉及一种用于放大经传输媒体传输的光信号的喇曼放大器装置，具有一个发送单元和一个接收单元。其中设置有一个由一个布置在发送侧的标准单模光导纤维、一个第一光纤和一个布置在接收侧的第二光纤组成的串联电路作为光传输媒体，其中在发送侧在发送单元中至少产生一个光学信号，并输入到标准单模光导纤维，以及在接收侧将光泵激励信号输入到所述的第二光纤中。
背景技术
在现有和未来的光传输系统中，尤其在按WDM原理(波分复用)工作的传输系统中，由泵激励波将光泵激励信号输入到光学标准单模光导纤维中，以便给设置在输入地点之前的光放大器-譬如Erbium放大器-供应所需的光泵激励功率。此外，将这种光泵激励信号用于要传输的光信号的直接放大，其中，由光泵激励信号引起的光放大建立在喇曼效应基础之上。譬如在Govind P.Agraval著的″Nonlinear FiberOptics(非线性纤维光学)″，科学出版社Academic Press，1995，316至322页中说明了所述的喇曼效应(英语为″受激喇曼散射″)。
喇曼前置放大器作为一种利用光放大问题的喇曼效应的专门实施形式是公知的-对此请参阅譬如E.Brandon，J.-P.Blondel著的″Raman limited，truly unrepeated transmission ad 2.5Gbit/sover 453km with+30dBm launched signal power(喇曼有限的完全无中继的传输，达2.5Gbit/s，超过453km，具有+30dBm发射信号功率)″，563至564页，ECOC98，1998年9月20-24日，马德里，西班牙，或Govind P.Agraval著的″非线性纤维光学″，科学出版社Academic Press，1995，356至359页。
此时，直接在光传输链路的光接收装置之前将功率强大的光泵激励信号输入到光纤中，其中，光泵激励信号与光数据信号相反地在光传输媒体中，或在光纤中传播。对于这个功率强大的光泵激励信号根据喇曼效应在光纤中生成一个或多个依赖于泵激励信号波长的斯托克斯波，这些斯托克斯波在不同的纤维类型中放大具有不同波长的光信号波，或光信号。在迄今实现的喇曼前置放大器中通常采用具有约1450至1460nm波长的光泵激励信号，以便有效地前置放大具有1550至1560nm波长的光信号或光数据信号，其中，此时将第一斯托克斯波用于前置放大光信号。由此可以显著加长光传输链路的无再生可跨接的传输长度，这尤其在借助深海光缆实现光传输链路时具有巨大的经济优点。离开光泵激励信号的输入地点越远地可以通过喇曼效应生成尽可能高的泵激励功率或喇曼前置放大，则可以达到光传输链路的越大的无再生可跨接的总传输长度。
此时，通过传输纤维中的瑞利反向散射的反射损失限制了最大的喇曼放大率。通过纤维污染造成的光学标准单模光导纤维中的密度波动引起所述的瑞利反向散射，在制造光学标准单模光导纤维时偶然产生这些密度波动。通过光学标准单模光导纤维中折射率的、由于这种密度波动所产生的局部变化，要传输的光信号散射到不同的方向上。在太高的喇曼放大率，即在太高的喇曼泵激励功率的情况下，如此提高光学喇曼放大器的″放大的自发辐射″(ASE)，即由光放大器添加给光信号或光数据信号的光噪声，使得在传输纤维中激励喇曼泵激励信号的自主振荡，其中，尤其在一个喇曼放大率的情况下要比瑞利反向散射反射显著更大地附加放大这种效应。特别地从Dennis Derickson所著“Fiber Optic Test and Measurement”450-455页对瑞利散射系数S进行了定义：
S = ( N * A n 0 ) 2 * 1 m
其中，N*A＝光纤数值孔径，
      n0＝折射率
      m＝取决于折射率外形线的常数。
瑞利散射系数S是无量纲的量并且通常以分贝表示。另外它还取决于所采用的纤维类型和将要传输的光信号的波长，详见DennisDerickson一文中454页表11.1。按照表11.1，对于经过SM 9μ光纤传输波长为1550纳米的光信号来说典型瑞利散射系数S为1.0*10-3或者-33分贝。
所以在现有光传输系统或喇曼放大器装置上，相应微小地保持输入光纤中的最大光喇曼泵激励功率，以便避免这种振荡。此外在采用小于1瓦的喇曼泵激励功率时，限制了喇曼放大器装置的可达到的有效噪声系数-对此请参阅Govind P.Agraval著的″非线性纤维光学″，学院通讯Academic Press，1995，477至480页，由此附加地恶化了光数据信号的光信噪比(OSNR)。
另外从Yasuhiro Aoki发表在出版物“Optical and QuantumElectronics 21(1989)”89-104页的“Fibre Raman AmplifierProperties for Applications to long-distance OpticalCommunications”一文中公知一种按照图6b的喇曼放大器装置，其中经过光学传输媒体传输的光信号利用喇曼效应进行放大。在这种情况下，所述光学媒体包括多个串联的光纤，其中在与传输方向相反的接收侧向光纤中输入一个光泵激励信号。
此外，从T.Kato及其他人著的″Ultra Low Nonlinearity LowLoss Pure Silica Core Fiber for Long-Haul WDM-Transmission(长距离WDM传输用的超低非线性的低损失纯硅纤维束)″，电子刊物Electronic Letters，卷35，第19期，1615-17页，1999年9月，中公开了具有大于110μm2的纤维截面的和0.17db/km的微小衰减常数的光纤，这些光纤具有比常规光学标准单模光导纤维减小达30％的非线性系数，并因此实现光信号经越几百公里距离的几乎无失真的传输。该非线性系数在这一点上被定义为非线性折射率(N2)和有效光纤截面(Aeff)的商，其描述了光纤的非线性传输性质。有效光纤截面Aeff根据Govind P.Agrawal所著“Nonlinear Fiber Optics”AcademicPress，1995，42-43页被定义为：
Aeff＝π*W2，W＝模宽参数
非线性系数在采用根据本发明的喇曼放大器装置采用所述光纤的情况下与喇曼常数gss*L等价，其中gss说明了喇曼系数(喇曼增益系数)，L说明了光纤中“相互作用区”，详见“Handbook of Optics-FiberOptics and Nonlinear Optics”，Vol.IV，McGraw-Hill，18.4-18.9页。喇曼系数的gss的定义是取自公式(16)(“Handbook ofOptics-Fiber Optics and Nonlinear Optics”，Vol.IV，McGraw-Hill，18.8页)。“相互作用区”L可以近似地等于光纤段的长度，由此按照对通常光纤长度大于15公里的边界值得出光纤的长度近似于无限长。
发明内容
本发明基于的任务是在充分利用喇曼效应的条件下优化光信号的放大。从按权利要求1的前序部分特征的喇曼放大器装置出发，通过特征部分的特征解决所述的任务。
本发明喇曼放大器装置的主要特征在于，在第一光纤中光泵激励信号产生喇曼效应，该第一光纤的有效纤维截面小于60μm2，非线性常数大于10/瓦，第二光纤的有效纤维截面大于100μm2，非线性常数小于1×10-8/瓦。通过本发明第二光纤的大于100μm2和1*10-8/瓦的微小非线性常数的高的有效纤维截面，可以仅用微小的衰减损失(约3db)向第一光纤传输光泵激励光，在所述的第一光纤中借助所产生的喇曼效应可以有针对性地进行光数据信号的放大。因此可以离开接收机更远地(约＞80km)来选择放大点，由此按本发明提高了无再生可跨接的光传输链路，即在离接收机更远地布置的放大点中已经放大经本发明已缩短的光学标准单模光导纤维传输的-因此较少强烈衰减的-光数据信号。附加地由于较少强烈衰减的数据信号，ASE的噪声高度的影响与放大点中的数据信号幅度相比是较微小的，由此改善了喇曼放大器装置的有效噪声系数。
本发明喇曼放大器装置的一个其它优点在于，所述的第一和第二光纤各自具有一个小于-33db的瑞利散射系数和一个在分别安排的光泵激励信号的波长下小于0.3db/km的纤维衰减通过微小的纤维衰减和小的瑞利散射系数可以按本发明将高的泵激励功率(约＞1瓦)输入到光传输媒体中，而不在传输媒体中产生泵激励信号的干扰性振荡。
本发明喇曼放大器装置的其它有利的扩展方案出自其它的权利要求。
附图说明
以下借助方框电路图-附图1-详述本发明。附图1为此在方框电路图中示范性地展示了用于放大光信号的本发明喇曼放大器装置的示意性构造。
具体实施方式
附图1中譬如示出了具有一个光发送单元OTU和一个光接收单元ORU的光传输链路OTL，其中，光发送单元OTU的输出端o经光学标准单模光导纤维SSMF、第一和第二光纤OF1，OF2、和光耦合器OK与光接收单元ORU的输入端i相连接。在附图1中，光学标准单模光导纤维SSMF和第一光纤OF1之间的，或第一和第二光纤OF1，OF2之间的通道点是作为第一和第二光缆连接点SS1，SS2来表示的。此外，光耦合器OK经光泵激励纤维OPF连接到一个具有输出端o的光泵激励信号单元PSU上。此时，光传输媒体OTM按本发明由光学标准单模光导纤维SSMF、第一和第二光纤OF1，OF2的串联电路组成。
此外，按本发明第一光纤OF1具有一个小于60μm2的第一有效纤维截面Q1和一个大于1*101/瓦的第一非线性常数n1，而第二光纤OF2具有一个大于100μm2的第二有效纤维截面Q2和一个小于1*10-8/瓦的第二非线性常数n2，即第一有效纤维截面Q1小于第二有效纤维截面Q2，而第一非线性常数n1大于第二非线性常数n2。所述的第一和第二光纤OF1，OF2譬如附加地具有一个小于-33db的瑞利散射系数和一个在分别安排的譬如1450nm的泵激励波长λp下，小于0.3db/km的纤维衰减。
按附图1由光发送单元OTU生成具有譬如1550nm的波长λs的光数据信号或光信号os，并在输出端o上输出，随后输入到光学标准单模光导纤维SSMF中。以下从光发送单元OTU的输出端o经光学标准单模光导纤维SSMF、经第一光纤OF1、经第二光纤OF2和经光耦合器OK向光接收单元ORU的输入端i传输光信号os(λs)，其中，通过虚线示出的光学标准单模光导纤维SSMF表明了在光发送单元OTU和接收单元ORU之间的，在迄今实现的光传输链路OTL上存在的，譬如几百公里的距离。此外，示范性地通过点线表示了放大点AP或第一光纤OF1的片段，在该放大点AP上或在该片段中应放大光信号os(λs)，以便保证光信号os损失少地继续向光接收单元ORU传输，或以便在光接收单元ORU的输入端i上能够回收光信号os。
在光泵激励信号单元PSU中生成一个具有以前规定泵激励波长λp和泵激励强度Ip的光泵激励信号ps，并从泵激励信号单元PSU的输出端o经光泵激励纤维OPF传输到光耦合器OK上。借助光耦合器OK将光泵激励信号ps输入到第二光纤OF中，并与光信号os的传输方向相反地从第二光纤向第一光纤OF1，OF2传播。在第一光纤OF1中通过光泵激励信号ps初始化喇曼效应，即在第一光纤OF中产生一个喇曼线谱，或不同波长的多个斯托克斯波，通过这些斯托克斯波第一光纤OF1中的光信号os在放大点AP上经历有针对性的放大。通过第一和第二光纤OF1，OF2中的微小的纤维衰减，和通过各自小的瑞利散射系数，可以按本发明将高的泵激励功率(约＞1瓦)输入到光传输媒体OTM中，而不在传输媒体OTM中引起由输入的泵激励信号ps干扰的振荡。
此外，按本发明通过譬如大于100μm2的高效的第二纤维截面Q2和1*10-8/瓦的微小的第一非线性常数，将第二光纤OF2中的光泵激励信号ps仅用微小的衰减损失(约3db)向第一光纤OF2传输。在此第一光纤OF2中，随后可以借助在第一光纤OF1中通过用光泵激励信号ps的泵激励所产生的喇曼效应有针对性地进行光数据信号os的有效放大。因此可以离开光接收单元ORU更远地(约80km)选择放大点AP，由此按本发明提高了无再生可跨接的光传输链路，即在离开光接收单元ORU更远地布置的放大点AP中，前置放大经按本发明缩短的光学标准单模光导纤维SSMF传输的，而因此较少强烈衰减的光信号os。附加地在放大点AP中由于较少强烈衰减的光信号os，因此与光信号os幅度相比减少了ASE的噪声高度的影响，由此而改善了喇曼放大器装置的有效噪声系数。
必要时在泵激励信号单元PSU中可以生成多个具有不同泵激励波长λp的光泵激励信号os，并经光泵激励纤维OPF和光耦合单元OK输入到第二光纤OF2中-附图1中未示出。由此可以实现喇曼线谱的成型，以此可以有效放大多个光数据信号，或有效放大在不同的光信道和/或光频带中传输的光传输信号os。
本发明的喇曼放大器装置无论如何不局限于WDM传输系统，而是可以应用于任意的光传输链路OTL上以放大光信号os。

Claims (4)

1.用于放大经一种传输媒体(OTM)传输的光信号(os)的喇曼放大器装置，具有一个发送单元(OTU)和一个接收单元(ORU)，其中
设置有一个由一个布置在发送侧的标准单模光导纤维(SSMF)、一个第一光纤(OF1)和一个布置在接收侧的第二光纤(OF2)组成的串联电路作为光传输媒体(OTM)，其中，在发送侧的发送单元(OTU)中至少产生一个光学信号(os)，并输入到标准单模光导纤维，以及在接收侧将光泵激励信号(ps)输入到所述的第二光纤(OF2)中，
其特征在于，
-在所述的第一光纤(OF1)中由光泵激励信号产生喇曼效应，并且
-所述的第一光纤(OF1)具有一个小于60μm2的有效纤维截面(Q1)和一个大于1*101/瓦的非线性常数(n1)，而所述的第二光纤(OF2)具有一个大于100μm2的有效纤维截面(Q2)和一个小于1*10-8/瓦的非线性常数(n2)。
2.按权利要求1的喇曼放大器装置，其特征在于，
所述的第一和第二光纤(OF1，OF2)各自具有一个小于-33dB的瑞利散射系数和一个在分别设置的光泵激励信号的波长(ps)下小于0.3dB/km的纤维衰减。
3.按权利要求1或2的喇曼放大器装置，其特征在于，
设置有一个用于将在光泵激励信号单元(PSU)中生成的光泵激励信号(ps)输入到所述的第二光纤(OF2)中的光耦合单元(OK)。
4.按权利要求1或者2的喇曼放大器装置，其特征在于，
第二光纤(OF2)的长度依赖于所述的光泵激励信号(ps)的衰减而位于30-80km之间。
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