CN1266815C - 宽带掺饵光纤放大器和波分复用光传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种掺铒光纤放大器和配备该放大器的波分复用光传输系统。波分复用光传输系统包括：具有用于放大合并的C频带和L频带光信号的第一C/L光纤放大器的传输级，和具有至少一个用于放大从预定长度单模光纤传输的光信号的第二C/L光纤放大器的光转发器，和用于补偿放大的光信号色散的、具有预定长度的色散补偿光纤。该系统还包括具有用于放大从预定长度单模光纤传输的光信号的第三C/L光纤放大器的接收级，和用来一个频带一个频带地将来自第三C/L光纤放大器的放大光信号分离为C频带光信号和L频带光信号并多路分解分离的放大光信号的接收器；其中所述第一、第二和第三C/L光纤放大器由所述的宽带掺铒光纤放大器构成。

Description

宽带掺铒光纤放大器和波分复用光传输系统
技术领域
本发明涉及掺铒光纤放大器和配备该放大器的波分复用光传输系统，具体涉及经济有效的宽带掺铒光纤放大器和配备该放大器的波分复用光传输系统。
背景技术
常规的WDM(波分复用)光传输系统使用一条光纤来传送多个波长的光信号。这允许进行有效传输和传送光信号，而与传输速度无关。对于需要发射大量数据的高速因特网网络来说，WDM光传输系统非常有用。为了满足高速数据传输率，WDM光传输系统必须具有扩展的传输带宽范围。鉴于此，关于宽带传输系统已经作出了一些积极的研究成果，使用C频带(常规频带)和L频带(长频带)。
图1示出了使用80个信道、具有10Gbps容量的基于160公里SMF(单模光纤)常规光传输系统的配置。如图1所示，10Gbps的调制器111调制C频带的40个信道信号。色散补偿光纤(Dispersion CompensateFiber-DCF)113然后对调制的信号进行色散补偿。C频带掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier-EDFA)115用于放大色散补偿的C频带光信号。10Gbps调制器112调制L频带的四十个信道的光信号。然后DCF 114对调制的信号进行色散补偿。L频带EDFA 116用来放大色散补偿的L频带光信号。C频带光信号的波长范围是1530nm-1560nm，而L频带的光信号的波长范围是1570nm-1610nm。
在传输级110，放大的C频带和L频带光信号合并在一起，在一条光纤中传输。合并的C频带和L频带光信号从传输级110输出并且经过80公里的SMF118。然后将合并的C频带和L频带光信号发送到光转发器120。光转发器120将合并的C频带和L频带光信号一个频带一个频带地分成C频带和L频带。第二C频带EDFA 121放大来自光转发器120的分离C频带光信号，然后DCF 123对其进行色散补偿。第三C频带EDFA125放大来自DCF 123的色散补偿C频带光信号。
第二L频带EDFA 122放大来自光转发器120的分离L频带光信号，然后具有预定长度的DCF 124对其进行色散补偿。第三L频带EDFA 126放大来自DCF 124的色散补偿L频带光信号。放大的色散补偿C频带光信号和L频带光信号合并在一条光纤中，经过80公里的SMF 128，到达接收级130。
在接收级130，合并的C频带和L频带光信号一个频带一个频带地被分离成C频带光信号和L频带光信号。第四C频带EDFA 132放大分离的C频带光信号，然后进行多路分解。第四L频带EDFA 134放大分离的L频带光信号，然后进行多路分解。
如上所述，常规的光传输系统需要分别在每个传输级，例如在光转发器120和接收级130重复执行分离合并的C频带和L频带光信号，色散补偿，和放大的步骤。因为诸如放大器或者色散补偿光纤之类的光学装置的数目增加了一倍，因此增加了制造系统的成本，这就是常规光传输系统的弊端。
因此，需要一种改进光传输系统的系统，它可以提供一种改进常规光传输系统的弊端的经济有效的解决方案。
发明内容
因此，鉴于上述问题提出了本发明。
本发明的一个目的是提供一种宽带掺铒光纤放大器和配备该放大器的波分复用光传输系统，可以降低制造成本。
根据本发明的一个方面，通过提供宽带掺铒光纤放大器来达到上述的和其它的目的，其包括：用于放大输入的C频带光信号的第一光纤放大器；串联在第一光纤放大器下游端、用于放大输入的L频带光信号的第二光纤放大器；设置在第一和第二光纤放大器之间、用来把放大的C频带和L频带光信号分成第一和第二光路的C/L分离器，其中L频带光信号经过第二光路到达第二光纤放大器；用于使C/L分离器分离的放大C频带光信号的增益达到平坦的增益平坦滤光器；设置在第二光纤放大器的下游、使得由C/L分离器分离的L频带信号被第二光纤放大器放大后反射回第二光纤放大器的光反射器；；设置在C/L分离器和第二光纤放大器之间、用于循环从光反射器反向反射的放大L频带光信号的环行器；用于合并并且输出C/L分离器分离的并由增益平坦滤光器增益平整的放大C频带光信号和由环行器循环的放大L频带光信号的C/L合成器；其中增益平坦滤光器设置在C/L分离器和C/L合成器之间。
根据本发明的另一方面，提供一种波分复用光传输系统，包括具有用于放大合并的C频带和L频带光信号的第一C/L光纤放大器的传输级，和具有至少一个用于放大从预定长度的单模光纤传输的光信号的第二C/L光纤放大器的光转发器，和用于补偿放大光信号的色散的、具有预定长度的色散补偿光纤。该系统包括具有用于放大从预定长度的单模光纤发射的光信号的第三C/L光纤放大器的接收级，和用于一个频带一个频带地将来自第三C/L光纤放大器的放大光信号分离为C频带光信号和L频带光信号并多路分解分离的放大光信号的接收器；其中所述第一，第二和第三C/L光纤放大器由第一方面的宽带掺铒光纤放大器构成；以及第一单模光纤接受来自传输级的光信号，第二单模光纤接收来自光转发器的光信号。
附图说明
下面参考附图对本发明的详细说明将会使本发明上述的和其它的目的，特点和优点更加清楚。
图1示出了常规波分复用光传输系统的结构图；
图2示出了根据本发明实施例的波分复用光传输系统的结构图；
图3示出了根据本发明实施例的波分复用光传输系统中采用的宽带掺铒光纤放大器的结构图；
图4示出了根据本发明实施例的宽带掺铒光纤放大器的特性曲线。
具体实施方式
现在参考附图对本发明的优选实施例进行说明。在下面的说明中，当此间引入的已知的功能，器件，装置和配置使本发明的技术主题不清时，省略其详细说明。
图2示出了根据本发明实施例的WDM(波分复用)光传输系统20的结构图。如图2所示，WDM光传输系统20包括传输级210，光转发器220和接收级230。传输级210具有用于放大合并的C频带和L频带光信号的第一C/L(常规/长)频带EDFA(掺铒光纤放大器)218。光转发器220具有串联在第一C/L频带EDFA218的下游端、用于放大光信号的第二C/L频带EDFA 222和226，和用于补偿放大光信号的色散的第二DCF(色散补偿光纤)224。接收级230具有串联在第二C/L频带EDFA222和226的下游端、用于放大光信号的第三C/L频带EDFA232。
更详细地，10Gbps调制器212调制并输出C频带的40个信道信号，而10Gbps调制器214调制并输出L频带的40个信道信号。然后将C频带和L频带的信号合并。第一C/L频带EDFA 218首先放大合并的C频带和L频带信号。在这一点上，第一C/L频带EDFA 218用于放大C频带和L频带信号。具有预定长度的第一DCF 216连接到第一C/L频带EDFA 218的上游部。第一DCF 216补偿合并的C频带和L频带光信号的色散。放大的色散补偿光信号经过80公里SMF(单模光纤)240，并发送到光转发器220。
光转发器220包括一个或者多个EDFA(例如，222和226)，以便放大在经过SMF240的传输期间变弱的光信号。如图2所示，包括在光转发器220中的EDFA是C/L频带EDFA 222和串联在C/L频带EDFA 222下游端的C/L频带EDFA 226。C/L频带EDFA 222和226两次放大经过SMF 240的光信号。具有预定长度的第二DCF 224最好设置在C/L频带EDFA 222和226之间，以便补偿放大的光信号的色散。
放大的色散补偿光信号经过第二个80公里SMF 242发送到接收级230。包括在接收级230中的第三C/L频带EDFA 232放大经过第二个80公里SMF242发送的光信号。在接收级230，来自第三C/L频带EDFA 232的放大光信号被一个频带一个频带地分离成C频带光信号和L频带光信号，然后对要发射到每个接收器的信号进行多路分解。
下面参考图3说明光传输系统中采用的第一、第二和第三C/L频带EDFA的结构。可以理解的是，第一、第二和第三C/L频带EDFA包括相同或者相似的部件。如图3所示，根据本发明的实施例，在光传输系统中采用的宽带EDFA(以下称为光纤放大器)300包括第一和第二光纤放大器310和320。第一光纤放大器310包括第一EDF(掺铒光纤)(EDF1)316，用来放大被980nmWSC(波长选择耦合器)312耦合到来自第一泵浦LD(激光二极管)314的抽运光的输入光信号。第二光纤放大器320包括第二EDF(EDF2)326，用于放大被1480nmWSC 322耦合到来自第二泵浦LD324的抽运光的输入光信号。本领域的技术人员可以理解采用激光二极管作为抽运光源。
更详细地，根据本发明第一实施例的光纤放大器300包括具有预定长度的第一EDF(EDF1)316和第二EDF(EDF2)326，第一EDF(EDF1)316用于放大被980nmWSC312耦合到来自第一泵浦LD314的980nm抽运光的输入光信号，和第二EDF(EDF2)326放大被1480nm WSC322耦合到来自第二泵浦LD324的1480nm抽运光的输入光信号。上述的“宽带”意思是C频带带宽和L频带带宽的合并。
下面详细说明光纤放大器300的构成。在光纤放大器300中，第一EDF(EDF1)316放大C频带光信号。串联耦合在第一EDF(EDF1)316下游端的第二EDF(EDF1)326放大L频带光信号。设置在第一EDF(EDF1)316和第二EDF(EDF2)326之间的C/L分离器330将输入光信号一个频带一个频带地分离成C频带光信号和L频带光信号。环行器332将反射的放大L频带光信号循环到另一路径。光纤反射器334反向发射产生的ASE(放大的自发发射)和放大的L频带光信号。C/L合成器340合并从C/L分离器330发射的放大C频带光信号和从环行器332发射的放大L频带光信号，以便提供宽带光信号。GFF(增益平坦滤光器)336设置在C/L分离器330和C/L合成器340之间。
光纤放大器300正向发送产生的光信号。光纤放大器300包括第一光隔离器342，以便消除在放大光信号期间产生的ASE的反向发射。环行器332还起到防止在第二光纤放大器320中放大光信号之后产生的ASE被反向发射到第一光纤放大器310的作用。第二光纤隔离器344设置在光纤放大器300之中，以致可以反向发送C/L分离器330分离的放大C频带光信号。
GFF 336最好设置在第二光隔离器344和C/L合成器340之间，以使放大C频带光信号的增益达到平坦。SMF 338设置在GFF 336和C/L合成器340之间。
通常，典型的SMF对C频带具有+17ps/km的色散值，对L频带的色散值略微不同。典型的80公里SMF对1550nm光信号具有+1340ps/nm的色散值而对1590nm的光信号具有+1520ps/nm的色散值。在光传输系统中采用的色散补偿光纤具有-1520ps/nm的色散值，适于补偿L频带光信号的色散。具有预定长度的SMF 338与包括在光纤放大器中的GFF 336的下游端相连接，以使C频带光信号的色散值等于L频带光信号的色散值。
C/L分离器330具有三个端口。三个端口之一是用于接收第一光纤放大器310放大的C频带光信号和L频带光信号的输入端口。第二端口是用于输出分离的C频带光信号，以便将所述的光信号定向到与L频带光信号的路径不同的另一路径的输出端口。第三端口是用于输出输入信号中除C频带光信号之外的L频带光信号的输出端口。
环行器332同样具有三个端口。三个端口之一是用于接收输入光信号的输入端。第二端口是用于输出输入光信号的输出端口或者用于接收反向发射的放大L频带光信号的输入端口。第三端口是用于将从光纤反射器334反射回的放大L频带光信号输出到C/L合成器340，以致把反向发送的放大L频带光信号与放大的C频带光信号合并的输出端口。C频带光信号的波长范围是1530nm-1560nm，而L频带光信号的波长范围是1570nm-1610nm。
下面说明具有上述结构的光纤放大器的工作情况。
在光纤放大器300中，第一EDF 316放大正向和反向的C频带信号，第二EDF326放大正向和反向的L频带光信号。第一EDF316在正向方向上使用980nm的泵浦LD 314，第二EDF 326在正向方向上使用1480nm泵浦LD 324。另一选择是，980nm泵浦LD 314和1480nm泵浦LD 324可以用于反向方向或者两种方向。
第一EDF 316放大被980nm WSC312耦合到来自第一泵浦LD 314的980nm抽运光的光信号。如图3所示，配置第一EDF 316，以便放大被耦合到抽运光的正向方向的C频带光信号。
C/L分离器330一个频带一个频带地将放大的光信号分离成C频带光信号和L频带光信号。将分离的放大L频带光信号施加于第二EDF326，同时将分离的放大C频带光信号发射到C/L合成器340。第二EDF326放大经过C/L分离器330的L频带光信号。
光反射器334反射第二EDF 326放大的L频带光信号，并反射回第二EDF326。第二EDF 326再次放大从光反射器334反射回的L频带光信号。第二EDF 326放大的L频带光信号全部从光反射器334反射。
用作第一EDF 316的抽运光源的980nm泵浦LD 314最好用于降低放大噪声因数。用作第二EDF 326的1480nm泵浦LD 314用于更高的功率放大。环行器332最好可以防止在第二EDF 326放大之后产生的ASE被反向发送到第一EDF 316。在这一点上，环行器332防止放大效率的降低。由于反射，经过第二EDF 326的L频带光信号具有两次经过第二EDF 326的效果。这里，尽管采用来比通常的L频带EDF短的EDF，但是这可以获得足够的放大增益。
GFF 336使C/L分离器330分离的放大C频带光信号平坦，并且使C频带光信号的色散值等于在经过SMF 338期间L频带光信号的色散值。
如图4所示，根据本发明的EDFA对于C频带和L频带中的波长具有实际上相等的增益(表示为GAIN)和噪声因数(表示为NF)。
尽管出于说明的目的对本发明的优选实施例进行了说明，但是本领域的技术人员可以认识到各种可能的变化和修改，而不脱离本发明的范围。
如同从上面的说明中清晰看到的一样，本发明能够实现采用具有平坦放大增益的掺铒光纤的光传输系统，从而降低了光传输系统的制造成本。

Claims (7)

1.一种宽带掺铒光纤放大器，包括：
用于放大输入的C频带光信号的第一光纤放大器；
串联在第一光纤放大器下游端、用于放大输入的L频带光信号的第二光纤放大器；
设置在第一和第二光纤放大器之间、用来把放大的C频带和L频带光信号分成第一和第二光路的C/L分离器，其中L频带光信号经过第二光路到达第二光纤放大器；
用于使C/L分离器分离的放大C频带光信号的增益达到平坦的增益平坦滤光器；
设置在第二光纤放大器的下游、使得由C/L分离器分离的L频带信号被第二光纤放大器放大后反射回第二光纤放大器的光反射器；
设置在C/L分离器和第二光纤放大器之间、用于循环从光反射器反向反射的放大L频带光信号的环行器；
用于合并并且输出C/L分离器分离的并由增益平坦滤光器增益平整的放大C频带光信号和由环行器循环的放大L频带光信号的C/L合成器；
其中增益平坦滤光器设置在C/L分离器和C/L合成器之间。
2.根据权利要求1所述的宽带掺铒光纤放大器，其特征在于第一光纤放大器包括经过980nm波长选择耦合器耦合到980nm泵浦激光二极管、用于接收抽运光的第一掺铒光纤，和
第二光纤放大器包括经过1480nm波长选择耦合器耦合到1480nm泵浦激光二极管、用于接收抽运光的第二掺铒光纤，和
环行器消除第二光纤放大器放大光信号时产生的放大自发发射的反向发射，和
宽带掺铒光纤放大器还包括：
设置在C频带光信号通过的第一光路上并被设置在C/L分离器和C/L合成器之间的第一光隔离器；和
用于反向发送被C/L分离器分离的放大C频带光信号的第二光隔离器。
3.根据权利要求1所述的宽带掺铒光纤放大器，其特征在于还包括：
设置在增益平坦滤光器和C/L合成器之间、用于调节光信号的色散补偿的单模光纤。
4.一种波分复用光传输系统，其特征在于包括：
具有用于放大合并的C频带和L频带光信号的第一C/L光纤放大器的传输级；
具有至少一个用于放大从预定长度的第一单模光纤传输的光信号的第二C/L光纤放大器的光转发器，和用于补偿放大的光信号的色散的、具有预定长度的光纤；
具有用于放大从预定长度的第二单模光纤传输的光信号的第三C/L光纤放大器的接收级，和用来一个频带一个频带地将来自第三C/L光纤放大器的放大光信号分离为C频带光信号和L频带光信号并多路分解分离的放大光信号的接收器；
其中所述第一、第二和第三C/L光纤放大器由权利要求1所述的宽带掺铒光纤放大器构成；以及
第一单模光纤接受来自传输级的光信号，第二单模光纤接受来自光转发器的光信号。
5.根据权利要求4所述的波分复用光传输系统，其特征在于传输级包括设置在第一光纤放大器上游、用于补偿合成的C频带和L频带光信号的色散的色散补偿光纤。
6.根据权利要求4所述的波分复用光传输系统，其特征在于第二C/L光纤放大器包括两个如权利要求1所述的宽带掺铒光纤放大器，其中一个宽带掺铒光纤放大器串联在另一宽带掺铒光纤放大器的下游端。
7.根据权利要求6所述的波分复用光传输系统，其特征在于第二色散补偿光纤设置在两个宽带掺铒光纤放大器之间。
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