CN1236577C - 减小非线性效应造成的退化的光信号传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于操作DWDM通信系统的方法，所述通信系包括多个由中继单元分隔开的光纤跨距，每个中继单元以各自的注入信号功率电平把具有多个波长信道的光信号注入到其后的跨距中；所述系统具有的设计要求为在每个跨距的未端，目标信号比必需被满足或超过；所述系统经受非线性光学效应而导致接收信号的解释差错，所述差错与通过质量因子Q的信号统计相关联，从而高Q与低比特差错率相关联；所述方法包括：以注入功率电平把光信号注入到至少一个跨距中，要在所述跨距的未端达到目标SNR，所述注入功率电平尚欠缺一个功率欠缺量ΔP，其中ΔP被选择来在每个信道中提升Q至少2dB；通过在所述至少一个跨距中给光信号提供远程泵浦、分布式放大来补偿所述欠缺。
Description
技术领域
本发明涉及这样的光通信系统，其性能易受非线性光学效应造成退化的影响。尤其是，本发明具体涉及采用波分多路复用技术(WDM)的系统。
背景技术
参照图1，典型的光纤通信系统包括：载信息的光信号源10和光纤传输线15，用于传送信号到至少一个光接收机20。在考虑长距离传输的情况下，例如，传输距离在100公里或100公里以上的量级，通常包含若干个中继器25，用于信号恢复和放大。光纤跨距30在每对相邻中继器之间延伸，通常还在源到第一个中继器之间延伸。通常，每个光纤跨距往往在中继器内的光放大器35，40中终止。这种光放大器通常是离散的或局部泵浦的放大器，其意思是，泵浦辐射源与增益介质同在一处。这种典型的离散放大器35是由一段掺铒光纤构成的，连接到作为泵浦辐射源的半导体激光器。
应当注意，在接收机20之前的最后一个离散放大器(在图中用放大器40表示)的特征通常是“前置放大器”而不是“转发放大器”，因为它的主要功能往往是使到达信号适合于接收，而不是转发到下一个光纤跨距。
为了通过增大相邻中继器之间的距离改善经济效益，除了离散放大以外还对利用分布放大产生越来越大的兴趣。若放大是在一段延伸的距离上发生的，我们说该放大是“分布的”，例如，总的增益恰好够补偿在这段距离上的光纤损耗，或在任何的情况下，总的增益是小于每米0.1dB的量级。
分布放大器通常是远程泵浦的，其意思是，泵浦辐射源不与增益介质同在一处。例如，喇曼放大器的增益介质通常是组成跨距30的光纤纤芯。(必须不掺有旋光材料，使纤芯成为所要求的有效增益介质)。位于远处的泵浦辐射源50接入到光纤段55中的跨距30。虽然不一定是必需的，如图1所示，把源50安装在要泵浦的跨距之后的中继器内往往是很方便的。喇曼泵浦源通常是半导体激光器。
例如，在L.E.Eskildsen等人于1996年6月6日申请的美国专利申请序列号No.08/659,609中描述喇曼放大，其标题为“提高喇曼放大传输容量的系统和方法”。
除了喇曼放大以外，还提出过其他形式的远程泵浦的分布放大。例如，低度掺铒包含在构成光纤跨距的光纤纤芯内，从诸如中继器的远程位置提供泵浦。例如，在J.R.Simpson等人的“分布掺铒光纤放大器”文章中描述这种技术，Paper PD-19，
Proc.OFC 1990，PD19-1至PD-4页。在E.Desurvire所著
掺铒光纤放大器一书中也描述过分布掺铒放大器，第2.6节，121-136页。
此外，应当注意，远程泵浦放大不一定是“分布的”，而可以是集总放大。例如，通过远程泵浦一段有中度或高度掺杂的掺铒光纤，可以实现这种类型的放大。
响应于光纤通信系统中不断增大信息处理容量的要求，已经引入各种多路复用技术。在称之为波分多路复用(WDM)的技术中，多个波长信道合成在单根光纤中。通常是，给每个波长信道提供各自的光源，例如，二极管泵浦激光器。提供的调制装置是用于调制其中每个源的光输出(或者，用调制的信号直接地驱动光源)。每个波长信道可能包含一个光载波频率，调制该频率以给信息编码。调制意味着把数据强加到光载波上的任何方法，例如，调制包括：幅度调制，频率调制，和相移键控。波长信道有一个有限的频率带宽，通常在从几百MHz到几十GHz的范围内。
各个波长信道一般群集在诸如1550nm的中心通信波长附近。例如，国际电信联盟(ITU)建议的波长信道间隔为100GHz的标准网，包括对应于频率为193.1THz的波长。(频率为100GHz的信道间隔相当于约为0.8nm的波长间隔)。
在光通信系统中出现的某些困难是由于所谓的非线性效应，它是通过相对高功率的光波与传输介质之间的相互作用产生的。这些效应是不希望有的，因为它们可以使系统的性能下降。虽然这些效应一般发生在光通信系统中，但在WDM系统中最盛行。在WDM系统中，这些效应往往在这样的系统中最盛行，其中至少有10个波长信道，信道间隔是数据速率的20倍或更小。
一种熟知的非线性效应是四波混频。这种效应往往发生在相邻的信道之间，尤其是发生在信号波段内有低色散的光纤中，即，发生在信号波长的范围内。另外一种非线性效应是交叉相位调制。这种效应也是由于不同(但不必是相邻的)信道之间的相互作用产生的。然而，交叉相位调制在信号波段内有相对高色散的光纤中特别令人讨厌。还有一种非线性效应是自相位调制。这种效应往往造成各个波长信道内的信号失真。另一种非线性效应是受激布里渊散射(SBS)。造成各个波长信道内反向散射的SBS在模拟系统中特别令人讨厌，它可能是限制系统性能的重要因素。
已采用各种方法来减小或避免与非线性效应有关的退化。例如，把通常在1.5至8ps/km/nm范围内的色散引入到光纤中以减小四波混频的影响。
然而，在减小非线性效应有害影响的同时，仍然要求光纤传输系统能够处理高容量的通信。
非线性效应对于高性能光通信系统仍然是一个严重的问题。例如，当位速率增大时，平均光功率电平也增大。因为非线性效应随功率电平的增大而快速地增长，这些效应能够限制高位速率系统可以获得的性能。此外，即使在使用所选色散特征的光纤时，四波混频能够限制信道密度。在需要继续使用已安装了低色散光纤的情况下，四波混频可以给我们带来更大的困难。
发明内容
本发明涉及光通信的方法及相关系统。我们发现，利用规定的减小注入到一个或多个光纤跨距中的功率电平，可以抑制不希望有的非线性效应，因此可提高系统的性能。通过远程泵浦放大受影响的一个或多个光纤跨距，可以实现规定的减小。即，远程泵浦放大可以减小光纤跨距中的发射功率，因而导致减小光纤非线性带来的损失。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于操作DWDM通信系统的方法，所述通信系包括多个由中继单元分隔开的光纤跨距，其中每个中继单元以各自的注入信号功率电平把具有多个波长信道的光信号注入到其后的跨距中；
所述系统具有的设计要求为在每个跨距的未端，目标信号比(SNR)必需被满足或超过；并且
所述系统经受非线性光学效应而导致接收信号的解释差错，所述差错与通过质量因子Q的信号统计相关联，从而高Q与低比特差错率(BER)相关联；
所述方法包括：
以注入功率电平把光信号注入到至少一个跨距中，要在所述跨距的未端达到目标SNR，所述注入功率电平尚欠缺一个功率欠缺量ΔP，其中ΔP被选择来在每个信道中提升Q至少2dB；及
通过在所述至少一个跨距中给光信号提供远程泵浦、分布式放大来补偿所述欠缺。
根据本发明的另一个方面，提供了一种发送模拟光信号的方法，占用一个或多个波长信道，通过通信缆线中一个或多个光纤跨距，其中对于每个波长信道，整个系统的载波噪声比(SYSTEM-CNR)、整个系统的复合二级失真值(CSO)以及整个系统的复合三重差拍值(CTB)是与通信缆线输出的信号相关，且其中包括最后跨距在内的每个跨距有始端和末端，所述方法包括：
a)在每个跨距的始端注入足够功率的光信号，以便在每个跨距的末端达到各自载波噪声比(CNR)的工作电平；和
b)在称之为RP跨距的至少一个跨距中，使光信号受到与信号注入协作的远程泵浦放大(RPA)，以便在所述跨距的末端达到CNR工作电平；
其中至少有最后一个或多个RP跨距组成的一个序列；
其中信号注入与RPA之间的协作是这样的，即在至少一个波长信道中：
(i)在所述至少一个跨距的始端注入光信号，其功率小于在没有RPA而在其他方面相同的跨距末端达到CNR工作电平所需的功率；和
(ii)在所述至少一个序列中没有RPA而在其他方面相同的通信缆线中，SYSTEM-CNR、CSO以及CTB中至少一个的值至少为2dB优于在各个跨距末端以相同CNR工作电平可以达到的对应值。
在几个具体的实施例中，利用特定的放大性质，我们的发明极大地增多了光通信系统中可以使用的信道数目。具体地说，我们发现，利用特定的远程泵浦放大方案，可以减轻使系统性能退化而限制信道数目的非线性相互作用，这个远程泵浦放大方案体现在特定的参量范围内。当信号通过光通信系统传播时，这些方案具有控制该信号功率电平的主要特征，其结果是，累积的非线性效应不足以极大地使输出信号退化。
在一个方面，我们的发明涉及放大占用一个或多个波长信道的波分多路复用信号的方法，该方法在包含一个或多个光纤跨距的通信系统中实现。在至少一个光纤跨距中信号受到远程泵浦放大。
信号以各自的入口对数功率电平Pi进入每个远程泵浦(RP)跨距。远程泵浦放大是在每个RP跨距中实现的，为的是使该信号在那个跨距的末端至少有目标信噪比(SNR)，以及为了产生该目标值，远程泵浦放大(在给定的跨距)相当于提升入口对数功率电平Pi一个各自的增量ΔP而不添加噪声。所谓“目标电平”就是指在该系统工作范围内的某个电平。
作为举例，可以通过关闭远程泵浦放大和在达到原有SNR之前提升Pi来测量增量ΔP(即使有也极小)。Pj提升的量为ΔP。可以用各种方法中的任一种方法测量此处提到的SNR。
可以选定优值来描述通信缆线输出的信号。作为举例，这个优值是每个波长信道各自的质量因子Q值。在上述E.Desurvire的书中178页描述熟知的Q参量，该参量涉及信号解释与信号统计之间的关系。
为了便于描述，我们引入一些术语。按照我们的术语，输出质量的退化是指，在任何的波长信道中，Q值的减小超过2dB，或相当于37％。按照我们的另一个术语，若在RP跨距中关闭远程泵浦放大，取而代之，在一个或多个波长信道中提升该跨距的入口对数功率电平到Pi+ΔP，则我们就说该RP跨距是功率补偿的。
我们方法的一个显著特征是，相对于寻求保持合适输出光功率电平的其他方法而言，远程泵浦是使非线性效应极大地受到抑制的方式下实现的。因此，功率补偿一个或多个RP跨距中的任何序列，从最后的RP跨距开始并沿着相反的顺序进行，使输出质量退化，或至少在一个跨距的末端不能恢复目标功率电平。
在当前的实践中，采用紧密波分多路复用(DWDM)信号的高容量光传输系统一般包含有一定色散量的光纤，足以抑制诸如四波混频的非线性效应。(若任何两个相邻信道之间的频率间隔小于或等于那些信道中数据速率的200倍，则此WDM系统被认为是“紧密”的。)因此，这些系统往往使用所谓的非零色散位移光纤(NZDSF)，其中零色散波长落在信号波段以外。然而，我们已经安装了大量零色散位移光纤(ZDSF)。即使信号波段重叠在或十分接近零色散波长，在这些已安装的光纤中发射DWDM信号仍具有强烈的经济诱惑力。
本发明的一个典型实施例具有与这类光纤安装相关的特别的效用。按照这个实施例，光纤传输系统包括：光学DWDM信号源，接收机，和用于传输光信号到接收机的一组光纤跨距。按照已知的设计原理，在多个波长信道的每一个中产生光辐射，例如，在以上描述的ITU波长网信道，调制每个信道中的辐射，以及多路复用所有信道中的调制辐射到单根光纤中，该信号源是有作用的。举例来说，为此目的所做的调制是由每个信道的Mach-Zehnder调制器提供的。或者，辐射源可以由调制信号直接驱动。
每个光纤跨距包括一段色散位移光纤。在某些或甚至所有跨距中，零色散波长落在信号波段内或非常接近信号波段是可以接受的。典型光纤跨距的长度为80-100km。我们相信，此处描述的本发明原理是起作用的，甚至在跨距的长度为100km或100km以上的情况下，具有实际的用途。同样的原理也适用于长度远小于80km的跨距，虽然在使用如此短跨距的情况下，没有太大的经济诱惑力。这种区域间距离的跨距典型数目为4-10，越洋距离的跨距典型数目为200-300。采用有相对高喇曼效率的光纤是有利的，其原因在以下讨论。若光纤在所感兴趣的波长上其有效面积小于70平方微米，则认为该光纤有相对高的喇曼效率。
附图说明
图1示出了典型的光纤通信系统；
图2示出了根据本发明的一个实施例的方框图；
图3示出了应用本发明原理抑制SBS的模拟光通信系统；
图4示出了CHRAPLYVY中讨论的光通信系统的特征；
图5示出了实现本发明的实验室模型；
图6示出了测得的25个信道的Q值和相应的误码率之间的关系；
图7示出了测得的49个信道的Q值和相应的误码率之间的关系。
具体实施方式
现在参照图2，在一个实施例中，来自源100的光信号进入提升放大器105，该放大器通常是一个离散的掺铒光纤放大器，然后该信号进入第一光纤跨距110。光纤跨距110在中继器115中终止。安装在中继器115内的是喇曼泵浦源120，它给紧靠光纤跨距110之前的光纤纤芯提供远程泵浦。喇曼泵浦的典型中心波长为1454nm。(专业人员知道，喇曼泵浦波长应当在被放大的波段以下一个有效量，该量称之为反斯托克斯(Stokes)频移)。
光通信系统中的喇曼放大在以下专利中有描述：例如，美国专利申请序列号09/233,318，由A.J.Stentz等人于1999年1月19日申请，他们已共同转让；和美国专利申请序列号08/659,607，由L.E.Eskildsen等人于1996年6月6日申请，他们已共同转让。
安装在中继器115中的还有掺铒光纤放大器125，它通常是由三级离散放大器125.1-125.3组成，遵从熟知的设计原理。来自级联喇曼放大器和铒放大器总输出功率的典型最大值为22.5dBm。应当注意，这是一个相对高的值，比它低很多的值也是有效的。
最好按照已知的设计原理，提供的级联放大器合成增益谱是平坦的增益。事实上，我们发现，在整个信号波段范围内的增益变化，实际上在从1532nm至1565nm的整个范围内，增益变化可以保持到不大于1.0dB。
每个后续的光纤跨距130在类似于中继器115的中继器中终止。
我们进行过上述类型系统的实验室原型的实验测试(以下描述)。在第一个实验中，我们的原型是分成8个跨距，总有效长度为670.4km，每个跨距在波长1550nm下的损耗是17.5dB。在第一个实验中，我们在25个信道中发射波长范围为1541.75nm至1561.01nm的信号，其频率间隔为100GHz，每个跨距中使用440mW的喇曼泵浦。
在第二个实验中，我们的原型是分成4个跨距，其有效长度为335.2km。在第二个实验中，我们在49个信道中发射信号，在相同的波长范围内，其频率间隔为50GHz，每个跨距中使用440mW的喇曼泵浦。
在第一个实验中，我们发现，在25个信道中最小的光信噪比(OSNR)为22.1dB，所有信道展示的Q值超过16.3dB。这个Q值相当于误码率为3×10-11。
在第二个实验中，我们发现，在49个信道中最小的OSNR大于20.7dB，所有信道展示的Q值至少为16.3dB。如上所述，这些Q值相当于误码率不大于3×10-11。
值得注意的是，在分布喇曼放大的这个情况下，在两个实验中我们利用远程泵浦可以减小输入到系统的总发射功率为4.1dBm。这个低发射功率就导致大大地抑制非线性效应，特别是抑制四波混频。(应当注意，在具体的系统中，一种非线性效应可能是主要的；而在其他的系统中，几种非线性效应的组合可能是重要的。)事实上，与一个典型信道相一致的全部四波混频积的总功率比第一个实验中的信号功率低19.7dB(其中诸信道是线性平行偏振的，这是一种易于加剧四波混频的状态)，和比第二个实验中的信号功率低21.9dB(其中诸信道更密集，但有任意的相对偏振态)。
实际上，我们在每个中继器的第一级中已经引入了远程泵浦放大。我们发现，这对于系统的噪声性能有很大的改善。由于这个改善，我们能够减小信号进入每个跨距的发射功率，足以大大抑制四波混频和其他的非线性效应。
与此对比，我们相信，没有远程泵浦放大的相同系统由于非线性效应将受到很大的性能退化。例如，这种退化表现在从该系统接收的信号减小的Q值上。
我们相信，我们利用远程泵浦放大，可以提高整个系统的Q值至少为2dB，或相当于37％。即，我们相信，按照我们目前的说法，功率补偿系统中全部跨距会导致非线性效应足够严重，使Q值至少减小2dB。事实上，我们相信，即使没有功率补偿多跨距系统中的全部跨距，这种退化往往也会出现的。取而代之，功率补偿少于全部远程泵浦跨距的序列，从最后的跨距开始，沿着相反的顺序进行，往往足以造成这种退化。
如上所述，若光纤在信号波段内有低的色散，则四波混频是一个特别显著的非线性效应。在使用这种光纤时，另一种度量本发明的优点是通过评价每个远程泵浦跨距中的四波混频效应。在每个波长信道，在每个远程泵浦跨距的末端，不希望有的四波混频积的功率被信号功率除形成一个比率。功率补偿一个跨距引起每个信道中这个比率的增大。这些比率可以相加，形成功率补偿的那些跨距上的比率之和。至少在按照我们目前说法所做的系统中，在全部远程泵浦的跨距上，这个和值对于每个信道而言小于15dB。然而，当功率补偿应用于这些跨距中至少一个跨距的序列时，从最后的跨距开始，至少在一个信道中这个和值超过-15dB。
众所周知，当诸信道是密集在一起时，例如，间隔小于200GHz，特别是当诸信道有均匀的频率间隔时，四波混频效应加剧。因此，有意义的是，在这样的条件下我们已获得高的系统性能，特别是因为至少一些波长信道的局部色散小于3ps/nm-km，而一些波长信道的局部色散小于1.5ps/nm-km。
我们已经描述了喇曼介质的远程泵浦。应当注意，也可以远程泵浦本文中有用的另一种介质。因此，例如，可以在分布铒(或其他掺稀土的)光纤中提供远程放大。在这些光纤中，相对低浓度的掺杂剂包含在相对长的光纤跨距中，即，高达1公里或更长的跨距。也可以在较短段的强掺杂光纤中提供远程放大。例如，一段掺铒光纤可以插入到光纤跨距中，经传输光纤泵浦，该传输光纤中有与信号传播方向相反的泵浦光束。这种安排甚至可以在掺铒段光纤中与从泵浦源到掺铒段的传输光纤段中喇曼增益一起提供同时的增益。
应当注意，我们的发明原理同样适用于模拟光通信系统和数字光通信系统。SNR和Q值质量因子通常用于描述数字系统，而其他的质量因子往往用于描述模拟系统的性能。这些质量因子包括：载波噪声比(CNR)，复合二级失真值(CSO)，和复合三重差拍(CTB)。这些质量因子在上述E.Desurvire的书中196页和202页有定义。一种适合于模拟系统由于我们的发明提高性能的措施是功率补偿相当模拟系统的跨距。除了功率增量ΔP是各个CNR而不是SNR的对数比率以外，基本上按照如上所述实现功率补偿。我们相信，利用我们的发明原理，功率补偿模拟系统中远程泵浦跨距的序列，从最后的跨距开始并沿着相反的顺序进行，造成的退化至少在整个系统的CNR，CSO，或CTB中的一个至少为2dB。
SBS是这样一种非线性效应，它的产生与光纤的色散性质无关。我们相信，我们的发明原理对于抑制SBS也是有效的。例如，我们相信，在给定的信道中进入一个跨距的发射功率大于6dBm的系统中，功率补偿这个跨距会增大因SBS的反射光功率，在那个信道中至少为-15dB。
图3表示一个典型的模拟光通信系统，应用本发明原理抑制SBS可以大大提高该系统的性能。信号源200发射模拟光信号，进入标准单模光纤的单个跨距205，它把信号传递给接收机210。
作为举例，信号源200包括：CATV半导体激光发射机215，它发射1550nm的波长，在此之后有相位调制器220和幅度调制器225。相位调制器最好把激光辐射的频谱宽度扩展到2.5GHz以部分抑制SBS。(进一步扩展能使系统的性能退化。)幅度调制器，例如，采用每个信道3.3％的光调制深度，在激光束上编码77个AM-VSB视频信道230的信息内容。信号源200产生光纤耦合功率为17dBm，其CNR为55dB，CSO为-70dBc，和CTB为-70dBc。
举例说明，光纤跨距205的色散为+17ps/nm-km，有效面积为70平方微米，长度为60km，和跨距损耗为18dB。
有意义的是，例如，喇曼泵浦源235在沿着与信号传播相反的方向注入1455nm的300mW泵浦辐射到跨距205的输出端。
若关闭泵浦源235，取而代之的是，功率补偿跨距205以提高CNR(如上所述)，则超过SBS的阈值，至少导致-15dB的反射光功率。
我们注意到，交叉相位调制(CPM)是一种令人讨厌的非线性效应。特别令人讨厌的是CPM在高数据速率下和在有相对高色散光纤中的所有数据速率下，例如，局部色散大于10ps/nm-km。(严格地说，此处指的是群速色散。)非常简单地说，WDM系统中传播信号的幅度变化经称之为克尔(Kerr)非线性效应在共同传播的信道上诱发相位失真。色散把这种相位失真转变成容易损害系统性能的幅度失真。因为不同的波长信道一般有不同的群速度，所以共同传播信道上的位在传输期间容易互相干扰。原则上，CPM相位失真在这个互相干扰的整个过程中可以全部或部分地抵消。然而，若各个群速度差别很小，则互相干扰的过程就会延长，与此同时，可以遭受到很大的光纤衰减。在这种情况下，可能不会出现有效的抵消。因此，随着信道间隔的减小，有效抵消量也往往减小，存在的CPM量往往增大。若相邻信道中的脉冲在跨距始端部分地重叠，则CPM相移的抵消也是不完全的。
已经观察到涉及多跨距系统中CPM的共振现象。非常简单地说，若失真位在输入到下一个跨距时与干扰信道别的位一致，则输入到一个跨距时一对共同传播信号的位之间诱发的相位失真会放大。在扫描位速率(信道间隔保持恒定)的某些位置和在扫描信道间隔(位速率保持恒定)的某些位置，可以预见该系统中误码率的共振峰。
这个共振现象在美国专利申请序列号No.09/153,605中有详细的描述，由A.R.Chraplyvy等人于1998年9月15日申请，其标题为“具有减小交叉相位调制的波分多路复用系统”(CHRAPLYVY)，他们已共同转让，合并在此供参考。CHRAPLYVY讨论了减小CPM的某些方法。这些方法包括利用可变的时钟相位差。时钟相位差是一对信道中位转移时间之间的时间延迟。为了抑制CPM，在不同的跨距输入端，设定的一对干扰信道的时钟相位差是不同的。
在CHRAPLYVY中讨论的其他技术包括：给不同的跨距添加不同长度的色散补偿光纤，从一个信道到另一个信道，改变调制位速率或时钟相位延迟，和对每个信道使用不同的波长选择相位延迟。
图4表示CHRAPLYVY中讨论的这种类型光通信系统的特征。其中包括辐射各自波长λ1至λN的光源300，每个波长的光在各自的调制器305中被各自数据信号光源310产生的数据信号调制。最好是，各个延迟电路310给对应的数据信号添加延迟量或相移。通过在数据信号中改变这种延迟量，就可以减小系统中CPM的累积。多路复用器320组合各个调制器的输出，形成通过一个或多个光纤跨距传输的WDM信号。在图中全部画出的是第一个光纤跨距325和最后一个光纤跨距330。如图所示，每个光纤跨距从离散光放大器335开始，也终止在光放大器335。多路分解器340从最后一个跨距接收WDM信号，并借助于波长信道把它们分配给各自的光接收机345。最好是，波长延迟电路350把各个可变延迟量加在每个跨距中。虽然这种延迟电路可以放置在沿着跨距中的任何一点，特别有利的是，如图所示，把它放置在受影响的跨距始端处两级放大器之间。
把本发明的原理应用于图4所示的系统还有另外的益处。因此，在图中还画出喇曼泵浦源355，给各个光纤跨距提供远程泵浦放大。离散放大器335在每个光纤跨距始端提供信号增益，但每个喇曼(或其他的远程)泵浦给大体处在那个离散放大器下行方向的光纤部分提供信号增益。由于这个远程泵浦放大，就可以减小增益，也就在每个跨距的始端减小了信号注入功率，该处的CPM往往是最令人讨厌的。
我们相信，我们的发明在至少有两个光纤跨距的WDM系统中对于抑制CPM是最有价值的，其中局部色散大于10ps/nm-km，且运行中至少有一对波长信道的间隔小于200GHz。
举例
上述第一个实验和第二个实验是利用图5所示的实验室原型实现的。49个激光源安排成两个组405和406，在50GHz间隔内跨越的波长范围为1541.75nm-1561.01nm。这些激光器是交错排列，一个组中只包含奇数编号的信道，另一个组中只包含偶数编号的信道。每个组中的所有激光器分别用各自的Mach-Zehnder调制器410和415调制。利用这些调制器，形式为231-1伪随机位序列的数据以10Gb/s的速率被编码。来自调制器410和415的合成输出射入到包含混合放大器420的光纤回路中。在放大器420的输出端，光10％的耦合器425把一部分信号转移到接收机430和光谱分析仪435。该光纤跨距包含五部分色散位移光纤440.1至440.5，其有效截面积约为50平方微米。每个部分的各自长度和零色散波长如下：部分440.1，23.025km和1547.8nm；部分440.2，10.468km和1549.9nm；部分440.3，16.794km和1578.5nm；部分440.4，15.712km和1549.7nm；部分440.5，17.795km和1547.4nm。
混合放大器420包含：在传输光纤中利用喇曼增益的分布第一级，和以下的三级掺铒光纤放大器445.1至445.3。(喇曼源泵浦在图中用参考数字450表示。)
在第一个实验中，如上所述，均匀间隔为100GHz的25个信道通过8个回路发射。因为所有的信道是用一个调制器编码，在注入到回路之前，插入一部分色散补偿光纤以去相关相邻的信道，该光纤的色散为-82ps/nm-km。在接收以前，所有的信道经历+160ps/nm的色散。图6表示这个实验中测得的25个信道的Q值和相应的误码率(BER)。
在第二个实验中，如上所述，所有49个信道通过4个回路发射。图7表示这个实验中测得的49个信道的Q值和相应的误码率(BER)。
Claims (14)
1.一种用于操作DWDM通信系统的方法，所述DWDM通信系统包括多个由中继单元分隔开的光纤跨距，其中每个中继单元以各自的注入信号功率电平将具有多个波长信道的光信号注入到其后的跨距中；
所述DWDM通信系统具有这样的设计要求，即在每个跨距的未端，目标信号-噪声比(SNR)必需被满足或超过；并且
所述DWDM通信系统经受非线性光学效应而导致接收信号的解释差错，所述差错通过质量因子Q与信号统计相关联，从而高质量因子Q与低比特差错率(BER)相关联；
所述方法包括：
以这样的注入功率电平将光信号注入到至少一个跨距中，以在跨距的未端达到目标SNR，即所述注入功率电平尚欠缺一个功率欠缺量ΔP，并且ΔP被选定为在每个信道中提升质量因子Q至少2dB；及
通过在所述至少一个跨距中向光信号提供远程泵浦、分布式放大来补偿所述欠缺。
2.按照权利要求1的方法，其中：
以某个数据速率发送所述光信号；
至少在两个信道中发送所述光信号；和
至少有一对传送光信号的信道，所述信道以不超过所述数据速率的200倍的频率分隔开。
3.按照权利要求1的方法，其中通信缆线的光纤跨距是由零色散位移光纤构成。
4.按照权利要求1的方法，其中所述远程泵浦、分布式放大是用喇曼放大实现的。
5.按照权利要求1的方法，其中信号注入包括在掺铒光纤放大器中放大光信号。
6.按照权利要求1的方法，其中：
通过至少一个跨距发射的光信号在到达所述跨距的末端之前被远程泵浦喇曼放大器放大，在到达所述跨距的末端之后被掺铒光纤放大器放大。
7.按照权利要求1的方法，其中：
所述光信号包括在至少25个信道中发送的数据；
所述25个信道中每对相邻信道之间的频率间隔不大于100GHz；
目标SNR电平至少为20.7dB；和
选择ΔP使25个信道中每个信道的Q值达到至少16.3dB。
8.按照权利要求1的方法，其中：
所述光信号包括在至少25个信道中发送的数据；
所述25个信道中每对相邻信道之间的频率间隔不大于100GHz；
目标SNR电平至少为20.7dB；
选择ΔP使25个信道中每个信道的Q值达到至少16.3dB；和
在每个跨距的始端，在每个信道中注入信号的注入功率电平不超过4.1dBm。
9.按照权利要求1的方法，其中：
所述非线性效应包含四波混频(FWM)；
在每个跨距的未端，所述光信号包含每个波长信道中的FWM分量的功率电平；及
选择ΔP以降低至少一个波长信道中的FWM，其结果是每个信道中在所有跨距上的FWM分量累积相对于所述信道中总信号电平的比值小于-15dB。
10.按照权利要求1的方法，其中所述光信号包括在至少25个波长信道上送出的数据，并且所述25个信道有均匀的频率间隔，所述频率间隔不大于200GHz。
11.按照权利要求1的方法，其中至少有一对传输光信号的信道，这一对信道被以不大于200GHz的频率间隔分隔开；和
至少一个波长信道中的局部色散小于3ps/nm-km。
12.按照权利要求1的方法，其中至少有一对传输光信号的信道，这一对信道被以不大于200GHz的频率间隔分隔开；和
至少一个波长信道中的局部色散小于1.5ps/nm-km。
13.按照权利要求1的方法，其中所述光信号包括在至少25个波长信道上送出的数据，所述25个信道有均匀的频率间隔，所述频率间隔不大于100GHz。
14.按照权利要求1的方法，其中所述光信号包括在至少25个波长信道上送出的数据，所述25个信道有均匀的频率间隔，所述频率间隔不大于50GHz。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Effective date of registration: 20190529 Address after: American New York Patentee after: Origin Asset Group Co.,Ltd. Address before: New jersey, USA Patentee before: ALCATEL-LUCENT USA Inc. |
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Granted publication date: 20060111 Termination date: 20190217 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |