CN1280724A - 光信号电平调整的方法 - Google Patents

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Abstract

在传输路段(SLWR)上经过耦合器(K1)从激光泵中将具有波长(λP)的泵能量馈入,波长位于光信号(OS)的波长(λs)以下。随着泵功率的增加光接收信号(OSE)被削弱,此时比较高频的信号被很大地阻尼。

Description

光信号电平调整的方法
光信号是经过光缆传输的。为了其加强常常使用光纤放大器。这种光纤放大器或者使用专门计量的光纤段或者使用正常传输光纤上的非线性效应，如在ntz，第43卷，(1990)第1册，8至13页中叙述的光纤-喇曼-放大器。
在很多传输装置上也使用阻尼环节，用阻尼环节调整所要求的电平值，例如放大器的输入电平，这例如在IEEE光子技术学，第6卷，第4册，1994年4月，509至512页中叙述的。
现代的传输系统使用波长复用方法，在其中将多个传输频道综合成一个传输带，将这个传输带整个放大。由于喇曼-效应导致信号倾斜，这个目前通过非线性放大器和滤波器是可以补偿的。受到刺激的喇曼-漫射的基础理论叙述在非线性光纤光学中，第二版，Govind P．Agrawal，学术出版社，第8章。
受到刺激的喇曼-效应，SRS，的作用是，将“长波”频道中传输的信号放大牺牲了“短波”传输的信号；用另外的表达方法，从短波“蓝色”频道中将能量夺去，信号随着波长的减小(频率增加)很快被阻尼，而这对长波“红色”频道是有益的。波长愈长，对相应的传输频道愈有益。相应的也适合于具有高比特率的频谱成分。
在附图1和2中表示了SRS-效应的作用。左图表示与波长无关的蓝色传输带(波长范围)恒定的接收电平λB。右图表示了如果同时将其它的“红色”波长范围使用于光信号传输时的接收电平。蓝色传输带的波长愈短，阻尼愈大。
附图2表示了“红色”传输带λR的电平情况。左图还是表示了只在这个传输带上传输信号情况下线性的电平曲线。如果附加在“蓝色”波长范围进行传输时，电平随着波长增加很快被提高。这与在传输带上的信号是否以相同的或者相反的方向传输关系不大(联合-传播波-相反-传播波)。
在当前典型的两次八频道的传输系统中由于上述效应在传输路段(大约40-80km)上出现附加阻尼以及在0．4至0．7dB之间的放大。在具有10个或更多的传输段上的传输路段上和相应很多中间放大器，这些电平变化相应的相加。如果传输带中的一个中断，则在未受干扰的传输带上的信号电平也变化得很快。接收方的自动放大调节一般不能很快平衡这个电平波动，其后果是毫微秒级的故障脉冲。在这种情况下要求很快重新建立当前的电平。
对于很多应用场合信号频带的电平和倾斜常常可以相互独立的进行调整。
因此本发明的任务是，给出调整电平和调整光信号倾斜的方法和装置。
因此本发明的其它任务是，给出当其它传输带中断时在未受干扰的传输带上很快稳定信号电平的方法和适合的装置。
权利要求1规定了解决主要任务的方法。在独立权利要求9上叙述了适合的装置。
用于稳定的方法的扩展结构描述在权利要求14中和为实现此方法廉价的适合装置叙述在权利要求21上。
本发明的有利的扩展结构叙述在从属权利要求中。
按照本发明方法的优点是，信号电平和倾斜可以相互独立进行调整。通过本方法信号，例如波长信号不仅可以放大而且也可以削弱。此外将倾斜可以在比较大的范围内改变，这样产生一个所期望的信号畸变。通过激光泵将泵信号分成具有传输带波长以上的和／或以下的。这些泵信号从信号中或者将能量夺走或者向它输入能量。通过改变泵能量将信号放大或阻尼，此时同时出现倾斜。
通过适当选择激光泵波长可以控制增益／阻尼和在其它范围的倾斜。
有利的是，如果将泵能量在接收方的端部馈入时，因为这导致其比较好的噪声性能。倾斜是和激光泵波长与信号(平均的)的波长之间的距离有关。有利的是将装置也可以只构成为阻尼环节。通过选择泵波长则倾斜程度可以依赖阻尼确定。将这样的“光阻尼环节”也可以使用作为接收方光信号的电平调节。在一种特别简单的根据各个应用场合设置的阻尼环节上只使用一个激光器，从而建立在阻尼和倾斜之间所希望的关系。
如果使用激光泵或者作为能源馈入或者作为能源吸收，激光泵对中断的传输带起到补偿的作用，当传输带中断时在未受干扰的传输带上电平几乎保持恒定。因为为了补偿中断的传输带需要改变激光泵的功率是已知的，将其相应的功率很快改变，从而尽可能少地出现传输故障。准确的微调一般是不需要的，然而可以追加安排。
如果在接收方使用激光泵，一般产生比较好的信号-噪声-比。这里必要时控制装置也可以在接收放大器中存取，以便通过控制其传输情况达到最佳的电平曲线。
为了同时用电平平衡未受干扰传输带的倾斜，如果在未受干扰运行情况下关闭激光泵的频率大约对应于中断的传输带的平均频率时是有利的。
对于中断传输带的最佳补偿是适合的，使用具有低于和／或高于传输带不同波长的多个激光泵。用具有不同波长的两个泵信号进行最佳的补偿已经是可能的。适合的-然而常常是不能实现的-也可以使用一个激光泵，其频率位于两个波长范围之间，因为可以相同地处理传输带。
借助于附图叙述本发明的实施例。
附图表示：
附图3光信号电平调整原理图，
附图4随着两个泵信号变化的光信号的电平曲线和
附图5电平调节装置。
附图6具有一个激光泵的传输路段，
附图7在接收方插入激光泵的传输路段，
附图8在发送方和接收方插入激光泵的传输路段，
附图9在有利的实施例中在接收方插入两个激光泵的传输路段和
附图10在接收方插入两个激光泵用于双方向运行。
附图3表示了传输段具有发送装置S，例如激光器或放大器，这个发送装置将具有比较大波长范围λS的光信号OSS馈入光缆LW，并且具有接收装置R，这个接收装置同时有一个放大器。例如光信号可以涉及到具有比较大带宽的数字复用信号或者涉及到波长复用信号。将由于传输路段被阻尼的光信号(接收信号)OSE输入给接收装置R。
在接收方安装了两个激光泵PL1和PL2，激光泵将位于光信号最小波长λMI以下的波长为λB的泵信号PS1，和将位于光信号最大波长λMA以上的波长为λR的泵信号PS2(附图2)，经过耦合器K馈入光缆。泵信号PS2使光信号OSE削弱。泵信号的功率愈大，光信号变得愈弱。这种削弱随着光信号的波长与激光泵的波长的差值而增加。泵信号PS1又提高了信号电平，但是倾斜是在同一个回转方向上的。但是因为与频带λS的距离以及与其平均的波长以及与其最小的波长λMI的距离不等于与第二个泵信号的波长λR的距离，在放大和倾斜之间出现另外的关系。这样在可调整的阻尼值或放大值时可以实现不同的倾斜。
如果应该实现阻尼环节时，具有“红色”波长的(大于最大波长λMA)激光泵的作用必须是主要的。如果相反实现放大器时，具有“蓝色”波长的(小于最小波长λMI)激光泵的作用必须是主要的。
在简化的阻尼环节实施形式中只使用“红色”激光泵，然而在其中单独调整倾斜和电平不再是可能的。
此外放大器也可以用至少两个“蓝色”的激光泵来实现，激光泵在相同的放大时使不同的倾斜成为可能。同样阻尼环节也可以用至少两个“红色”激光泵来实现，激光泵在相同的阻尼值时使不同的倾斜成为可能。
在附图4上表示了两个激光泵的作用。用虚线表示的电平曲线(P-电平，λ-波长)上边的光接收信号OSE1至少在小波长时电平比较大，并且在大波长时电平小。这条曲线过补偿了在传输路段上起作用的喇曼-效应，是用发送方或接收方的滤波器或放大器达到的。
但是一旦将激光泵PL2接通，则使被接收信号OSE2削弱，此时短波的(高频的)信号被严重削弱。如果激光泵PL1工作，则电平又被提高，然而使接收信号OSE的倾斜再一次加强，并且得到直线的电平曲线。
因为激光泵波长与接收信号的距离是不同的，倾斜和电平在一定的范围内是可以相互独立调整的。如果两个激光泵的波长大于接收信号的最大波长时，可以将阻尼在比较大的范围并且与倾斜无关地进行调整。相应的也适合于蓝色激光泵。
在附图5上表示了将激光泵PL作为安装在接收方调节电路中的一部分。将光接收信号OSE的一部分作为测量信号经过测量耦合器K2脱耦，并且输入给控制装置ST，控制装置将光接收信号的幅值通过激光泵的控制保持恒定，激光泵将其泵信号经过耦合器K1(这里作为耦合器将每个装置理解为使得馈入信号成为可能)馈入光缆。控制装置可以附加的在接收部分存取和按照预先规定的示意图控制激光泵和放大以及增益倾斜。代替控制装置也可以使用调节电路或使用控制与调节的组合。
附图6表示了具有发送装置S，光缆LW和接收装置R的一个路段，例如发送装置是将光信号OS馈入光缆LW的一个发送方放大器。光信号例如是由二乘八个频道组成的，频道是在蓝色的传输带λB(1535至1547nm)和红色的传输带λR(1550至1562nm)上发送的。在发送方-或者在被表示的放大器之间的任意路段的开始-安排了第一个激光泵PL1，激光泵将具有恒定波长λL1的泵信号PS经过光耦合器K2(作为耦合器始终将每个装置理解为将信号馈入成为可能)送入光缆(LW)的光导纤维。这不仅可以是长波的“红色”激光泵，其波长位于“红色”传输带以上大约为1600(直到大约1630nm)，而且可以是波长为1480nm(直到大约1440nm)的短波“蓝色”激光泵。
将激光泵不仅可以使用在(与适当的滤波器或者放大器共同)未受干扰运行中用于补偿喇曼-效应或者其它的非线性，而且还可以使用在当传输带中断时用于补偿由于喇曼-效应引起的电平变化。
人们从这里出发，当未受干扰运行时激光泵是工作的，则(一般来说)其功率小于信号功率。如果使用长波激光泵时和如果红色频带中断时，则必须将泵功率提高，以便从蓝色传输带上取走更多能量。如果相反蓝色频带中断时，则将激光泵的功率降低，以便从“红色”传输带取走比较少的能量。
在短波“蓝色”激光泵上情况正好相反。如果红色频带中断时，则必须将功率降低，因为从蓝色传输带上已经取走比较少的能量。如果相反蓝色传输带中断时，则必须提高激光泵的功率，以便输入给红色传输带与目前相同的能量。
为了确定中断的传输带或者也确定单个的频道，适合的控制ST必须首先分别测量两个传输带的信号电平。为此将传输的信号经过测量耦合器K1和适合的光滤波器FI1、FI2输入给测量装置ME。将被测量的信号电平数值，例如总电平输入给控制装置SE，控制装置对应于变化将泵振荡器的功率进行微调。
激光泵只有当干扰情况时将泵功率进行耦合，也可以在中断的传输带的平均频率上工作，以便有可能进行最佳的补偿。
当使用适当的测量装置时也可以将激光泵使用于修正任意信号的电平和倾斜。
附图7是在接收方安排了具有相应的耦合器K3的激光泵PL2和具有相应的耦合器K4的控制装置ST。接收方的装置宁愿选择比较适合的噪声性能。控制装置ST此外可以从放大级V和从接收部件R的阻尼环节D中存取，并且使总的放大／阻尼以及倾斜最佳化。
在附图8上表示了一个路段，在其中发送方的-这可以是在发送装置S和接收装置R之间的任意点-第一个激光泵PL1和接收方的第二个激光泵PL2将具有相同波长λL1的泵信号经过耦合器K2以及K3馈入。因此可以使用比较弱的激光泵。通过发送方的激光器对中断的信号／传输带也有一个快速的反应。同样也可以使用具有不同波长的激光泵，以便对中断的信号得到比较好的补偿。
在这些和其它的附图上放弃了对控制装置和测量耦合器的详细叙述。
在附图9上是将具有不同波长λL2和λL3的泵信号PS2、PS3通过安装在接收方的激光泵PL2、PL3馈入。因此激光器的功率可以小一些。通过适当的红色和蓝色的激光泵的组合不仅可以最佳的修正倾斜而且也可以最佳的修正电平变化。原则上比较好的补偿也可以通过具有不同泵频率的两个红色或者两个蓝色的激光泵达到。
将具有相应波长的泵信号可以附加地在发送方馈入给相应的补偿单元KE。然后例如也有可能，将发送方的补偿单元用控制装置和将接收方的激光泵用调节器来装备。当然原则上也可以使用多于两个激光泵。同样本方法也可以使用在多于两个的传输带上。
附图10表示了双向运行的传输路段。不同传输方向的信号是用分支W分开的。两个激光泵PL2和PL3(或者也可以各自两个)在两个传输路段的端部馈入泵信号PS2和PS3，以便对于每个接收信号-即使当信号中断时-也可以得到最佳的补偿。

Claims (23)

1．经过光缆(LW)传输的光信号(OSE)的电平调节的方法，其特征为，将至少两个具有不同波长(λB，λR)的泵信号(PS1，PS2)馈入光缆(LW)。
2．经过光缆(LW)传输的光信号(OSE)的电平调节的方法，其特征为，馈入泵信号(PS)，其波长(λR)大于光信号(OSE)的最大波长(λSMA)。
3．按照权利要求2的方法，其特征为，这样选择泵信号(PS)的波长(λR)，当预先规定的放大变化时出现所期望的倾斜。
4．按照权利要求1的方法，其特征为，馈入至少两个泵信号(PS1，PS2)，其不同的波长(λR，…)大于光信号(OSE)的最大波长(λSMA)。
5．按照权利要求1的方法，其特征为，馈入第一个泵信号(PS1)，其波长(λB)小于光信号(OS)的最小波长(λMI)和馈入第二个泵信号(PS2)，其波长(λR)大于光信号(OS)的最大波长(λMA)，第二个泵信号与光信号(OS)的平均波长有另外的距离。
6．按照上述权利要求之一的方法，其特征为，将泵信号(PS1，PS2)在传输路段(S，LW，R)中接收方的端部馈入。
7．按照上述权利要求之一的方法，其特征为，激光泵(PL1，PL2)的泵功率是单独可调整的。
8．按照上述权利要求之一的方法，其特征为，接收方的光信号(OSE)的幅值通过调整泵功率保持恒定。
9．经过光缆(LW)传输的光信号(OSE)的电平调节装置，其特征为，至少安排两个激光泵(PL1，PL2)，其经过至少一个光耦合器(K1)将泵信号(PS1，PS2)馈入光缆(LW)。
10．经过光缆(LW)传输的光信号(OSE)的电平调节装置，其特征为，安排了激光泵(PL)，其经过光耦合器(K1)将泵信号(PS)馈入光缆(LW)，泵信号的波长(λR)大于光信号(OSE)的波长。
11．按照权利要求9的装置，其特征为，将至少一个激光泵(PL)安装在传输路段(S，LW，R)接收方的端部。
12．按照权利要求11的装置，其特征为，安排了控制装置(ST)或调节装置，这些装置调整以及调节光信号(OSE)的幅值和／或倾斜。
13．按照权利要求10或11的装置，其特征为，安排了控制装置(ST)调整相应的光放大器(V)的放大和／或倾斜。
14．经过光缆(LW)进行光信号传输时，从多个传输带(λB，λR)中至少一个传输带上修正信号电平的方法，其特征为，将至少一个泵信号(PS1)馈入传输路段(S，LW，R)的光缆(LW)，
测量在传输带(λB，λR)上的信号电平，和
当至少一个信号电平改变时将激光泵(PL1)进行微调，使未受干扰传输带(λR)上的信号电平(PR)在传输路段(S，LW，R)的接收方的端部至少几乎保持恒定。
15．按照权利要求1或14的方法，其特征为，将至少两个激光泵(PL2，PL3)馈入具有不同泵波长(λL2，λL3)的泵信号(PS2，PS3)。
16．按照权利要求14或15的方法，其特征为，将至少各自一个泵信号(PS1，PS2)在发送方和接收方馈入。
17．按照权利要求1或14的方法，其特征为，当双向传输时将泵信号(PS1，PS2)在传输路段(S，LW，R)的两个端部馈入。
18．按照权利要求14至17之一的方法，其特征为，用于补偿中断的传输带所使用的激光泵(PL1，PL2)的泵波长(λL1，λL2)大约对应于其平均波长。
19．按照权利要求14至18之一的方法，其特征为，在未受干扰运行情况时传输带的倾斜在接收方变得很小，并且传输带的干扰通过至少两个具有不同波长(λL1，λL2，λL3)的激光泵(PL1，PL2；PL2，PL3)进行补偿。
20．按照上述权利要求14至19之一的方法，其特征为，将慢慢变化的信号电平和倾斜进行调节。
21．经过光缆(LW)进行光信号传输时，从多个传输带(λB，λR)中至少一个传输带上修正信号电平的装置，其特征为，将至少一个激光泵(PL1，PL2)插入在传输路段(S，LW，R)上，
安排了控制装置(ST)，控制装置分开测量在传输带(λB，λR)上被传输的信号电平，并且当至少一个信号电平变化时将激光泵(PL1，PL2)这样微调，使未受干扰的传输带(λR)上的电平(PR)和倾斜大约保持恒定。
22．按照权利要求21的装置，其特征为，控制装置(ST)附加控制发送部件(S)和／或接收部件(R)的放大器(V，D，V)。
23．按照权利要求21或22之一的装置，其特征为，控制装置(ST)有附加的调节部件，这个调节部件调节信号电平的慢慢变化。
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