CN1234031C - 提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，属于大容量光纤通信领域。该装置包括：用于提供超短光脉冲信号的超短脉冲光源；用于对光脉冲信号进行放大的光纤放大器；用于对光脉冲信号的光谱进行展宽的光纤；用于对展宽光谱进行滤波的滤波器，以得到信道间隔符合通信标准的多波长光源；用于对多波长光源进行放大的光纤放大器；用于对多波长光源进行同时滤波的非线性光纤环镜，以滤除信号中的同频噪声；用于对多波长光源进行解复用的阵列波导光栅，以得到单一波长的各路光信号。本装置降低了滤波器无法滤除的同频噪声，有效地提高了信道的信噪比，操作简便，无须外部同步控制信号，而且还具有插入损耗小的优点。
Description
技术领域 本发明涉及一种提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，属于大容量光纤通信领域，尤其涉及多波长光源信噪比的提高技术。
背景技术 随着互联网以及音频、视频、数据和多媒体应用业务的迅猛发展，通信容量的大幅度增长已经成为信息化社会的迫切需要，采用密集波分复用(以下简称DWDM)技术提高通信容量无疑已成为一种最有效的方法。在DWDM系统中，稳定的符合通信标准的多波长光源是其关键技术之一。
传统上是针对每个信道用一个激光器，这样的系统原理简单，工作稳定，但是当波长数较大时，便需要大量的激光器，不仅系统成本过高，而且在与通信标准波长对准时不易调整。
在DWDM系统中，如何获得信噪比高而且波长间隔稳定的多波长光源是系统的关键，也是国内外研究的热点。其中日本的Yamada等人基于超连续谱技术获得了信道间隔为25GHz，信道数为106的多波长光源，进行了码率为10Gbit/s的640公里的传输。可见，基于超连续谱的多波长光源已经成为目前DWDM系统中非常有竞争力的方案。
基于超连续谱的DWDM多波长光源的原理如图1所示。系统采用高重复频率的超短光脉冲作为泵浦源，经掺铒光纤放大器进行光脉冲信号放大后，注入到光纤中，利用光纤中的多种非线性效应(自相位调制、交叉相位调制、四波混频等)产生宽带超连续谱，再经阵列波导光栅进行滤波，便可得到适合于通信的DWDM多波长光源。
该方法的优点是避免了采用多个激光器的复杂性，又具有波长间隔稳定且符合DWDM系统通道间隔标准的优点。但是由于光功率被分配到整个超连续谱上，因此滤波后每个信道的光功率都很小，在经光纤放大器进行放大的过程中，放大器的自发辐射噪声便成为影响多波长光源信噪比的主要因素，同时造成光源线宽展宽及相干性下降。传统的方法，一般采用窄带宽的滤波器在频域滤波可以减小异频噪声，而同频噪声则无法滤除，这便成为影响该类多波长光源特性的主要因素。日本的Hiroaki Sanjoh等人采用电吸收调制器同步调制的方法减小同频噪声以提高光源信噪比，如图2所示，但由于电吸收调制器的插入损耗很大，一般在10dB左右，致使信号功率下降很多，而且需要外部同步调制信号进行控制，所以在实际应用中具有一定的局限性。由此可见，在基于超连续谱的DWDM多波长光源中，如何提高光源的信噪比便成为其能否真正实用化的关键。
发明内容 本发明的目的是提出一种提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，在非线性光纤环镜中，利用光脉冲在光纤中的非线性作用，实现时域上的自开关，以有效地减小噪声，同时使得噪声功率在整个频域上下降，从而降低滤波器无法滤除的同频噪声。
本发明提出的提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，包括：
(1)用于提供超短光脉冲信号的超短脉冲光源；
(2)用于对上述光脉冲信号进行放大的第一光纤放大器；
(3)用于对上述第2步的光脉冲信号的光谱进行展宽的光纤；
(4)用于对上述第3步的展宽光谱进行滤波的滤波器，以得到信道间隔符合通信标准的多波长光源；
(5)用于对上述第4步的多波长光源进行放大的第二光纤放大器；
(6)用于对上述第5步的多波长光源进行同时滤波的非线性光纤环镜，以滤除信号中的同频噪声；
(7)用于对上述第6步的多波长光源进行解复用的阵列波导光栅，以得到单一波长的各路光信号。
上述装置中对展宽的光谱进行滤波的滤波器为法布里-玻罗滤波器。
上述装置中的非线性光纤环镜由一个耦合器和两段不同色散的光纤连接而成，第一段光纤为色散位移光纤，第二段光纤为色散补偿光纤，两段光纤分别与耦合器的两个端口相连，耦合器的另外两个端口分别为信号输入端和输出端。其中耦合器的分光比为1∶1。
上述装置中的第一段光纤在泵浦波长处色散为0.5ps/km/nm，长度为250m。第二段光纤在泵浦波长处色散为-100ps/km/nm，长度为20m。
本发明提出的提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，在光功率高的地方(信号处)光开关打开，允许光功率透过，在光功率小的地方(噪声处)光开关关闭，禁止光功率透过，这样在时域上就可以有效地减小噪声，同时使得噪声功率在整个频域上下降，从而降低滤波器无法滤除的同频噪声，有效地提高信道的信噪比。整个装置与采用电吸收调制器同步调制的方法相比，无须外部同步控制信号，更省去了实验中需要精确调整脉冲峰值与光开关打开时间完全一致的要求，大大降低了系统复杂性，而且还具有插入损耗小的优点。
附图说明
图1是已有技术中基于超连续谱的多波长光源的原理图。
图2是已有技术中提高光源信噪比的原理图。
图3是本发明提出的提高光源信噪比的装置的结构示意图。
图4是本发明装置中的非线性光纤环镜的结构示意图。
图1～图4中，1是超短脉冲光源，2是光纤放大器，3是光纤，4是阵列波导光栅，5是电吸收调制器，6是法布里-玻罗滤波器，7是非线性光纤环镜，8是色散位移光纤，9是色散补偿光纤，10是光纤耦合器。
具体实施方式
本发明提出的提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，其结构如图3所示，用于提供超短光脉冲信号的超短脉冲光源；用于对上述光脉冲信号进行放大的第一光纤放大器；用于对光脉冲信号的光谱进行展宽的光纤；用于对展宽光谱进行滤波的滤波器，以得到信道间隔符合通信标准的多波长光源；用于对多波长光源进行放大的第二光纤放大器；用于对多波长光源进行同时滤波的非线性光纤环镜，以滤除信号中的同频噪声；用于多波长光源进行解复用的阵列波导光栅，以得到单一波长的各路光信号。
利用本发明所提出的装置，可有效地降低信号同频噪声和同时提高密集波分复用多波长光源的信噪比，具体实施方式如图3所示。在本实施方式中，超短脉冲光源1采用自制的重复频率为10GHz的主动锁模光纤激光器，中心波长为1550.18nm。也可以从美国Femtochrome公司购买，型号为FR-103。该超短脉冲光源经非线性压缩之后的脉宽为2ps，峰值功率为3W。经掺铒光纤放大器2放大后，注入高非线性光纤3中，在本实施例中所采用的高非线性光纤的零色散波长为1555.5nm，色散斜率为0.018ps/km/nm2。本实施例所用的掺铒光纤放大器的型号为KPS-BT-C-27-PB-FA。为得到间隔为50GHz的多波长光源，又采用自由谱区为50GHz的法布里-玻罗滤波器6进行滤波，本实施方式中法布里-玻罗滤波器的型号为FFP-ITU 1550-625M0040，精细度为40。上述信道间隔为50GHz的多波长光源经本发明所提出的非线性光纤环镜7进行同频噪声滤除处理后，可同时提高多路信道的信噪比。上述高信噪比的多波长光源通过50GHz间隔的阵列波导光栅4，则可得到单一波长的连续光，即可作为DWDM系统的光源。
图4所示为本发明装置中所用的非线性光纤环镜，其中光纤耦合器10的型号为PIC-1×2-1550-50/50，分光比为1∶1。在本实施方式中第一段光纤为色散位移光纤8，在泵浦波长处色散为0.5ps/km/nm，长度为250m。第二段光纤为色散补偿光纤9，在泵浦波长处色散为-100ps/km/nm，长度为20m。其工作原理为：高强度的超短光脉冲从耦合器A端入射，经过1∶1的耦合器10后分成两路，分别沿顺时针和逆时针方向传播。从C端口出射的沿顺时针方向传播的光脉冲先经过色散位移光纤8，由于色散位移光纤的色散小，脉冲展宽小，非线性效应起主要作用，所以引入的非线性相移大；而从D端口出射沿逆时针方向传播的光脉冲先经过色散补偿光纤9，由于色散补偿光纤的色散大，脉冲很快展宽，峰值功率下降，所以再进入色散位移光纤后引入的非线性相移小。定量研究表明，非线性相移的大小和光脉冲的强度及其在光纤中的传输距离成正比，当顺时针和逆时针光脉冲相移相差π时，顺时针光和逆时针光返回耦合器时，将在耦合器A端发生相消干涉，光从耦合器的B端口输出。所以可以设计适当的光纤长度，使得光脉冲峰值处顺时针光和逆时针光的非线性相移差为π，使得信号光从B端口输出；此时由于噪声光功率很小，引入的非线性相移也很小，在B端口输出时受到强烈抑制，从而达到消除光脉冲之间的噪声的目的。这种方法简单实用，与另外再加调制器进行同步控制的方法相比，不仅价格低，器件易得，而且具有不需要精确调整外部同步调制信号的优点，同时插入损耗与采用电吸收调制器的方案相比要小。
本实施方式中，采用本发明所提出的非线性光纤环镜进行同频噪声滤除后，各信道信噪比的平均提高量为11dB。
Claims (5)
1、一种提高密集波分复用多波长光源信噪比的装置，其特征在于该装置包括：
(1)用于提供超短光脉冲信号的超短脉冲光源；
(2)用于对上述光脉冲信号进行放大的第一光纤放大器；
(3)用于对上述第2步的光脉冲信号的光谱进行展宽的光纤；
(4)用于对上述第3步的展宽光谱进行滤波的滤波器，以得到信道间隔符合通信标准的多波长光源；
(5)用于对上述第4步的多波长光源进行放大的第二光纤放大器；
(6)用于对上述第5步的多波长光源进行同时滤波的非线性光纤环镜，以滤除信号中的同频噪声，所述的非线性光纤环镜由一个耦合器和两段不同色散的光纤连接而成，第一段光纤为色散位移光纤，第二段光纤为色散补偿光纤，两段光纤分别与耦合器的两个端口相连，耦合器的另外两个端口分别为信号输入端和输出端；
(7)用于对上述第6步的多波长光源进行解复用的阵列波导光栅，以得到单一波长的各路光信号。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的对展宽光谱进行滤波的滤波器为法布里-玻罗滤波器。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的耦合器的分光比为1∶1。
4、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的第一段光纤在泵浦波长处色散为0.5ps/km/nm，长度为250m。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的第二段光纤在泵浦波长处色散为-100ps/km/nm，长度为20m。
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