CN1294692A - 具有分置增益放大器和信号改进装置的光学传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种光学传输系统,包括分置增益放大器、第一连接器装置、第二连接器装置和信号改进装置。分置增益放大器具有与第一组至少两个波导路径光学连接的第一增益级和与第二组至少两个波导路径光学连接的第二增益级。第一连接器装置将第一组的至少两个波导路径光学连接至第一合并波导路径。第二连接器装置将第二组的至少两个波导路径光学连接至第二合并波导路径。信号改进装置与第一和第二合并波导路径光学连接。

Description

具有分置增益放大器和信号改进装置的光学传输系统
                       相关申请
本申请要求1998年3月25日提交的美国申请60／079，353的优先权，该申请的内容在此引作参考。
                       发明领域
本发明涉及光学传输系统，更具体地，本发明涉及包括分置增益放大器和放大器内信号改进装置的光学传统系统。
相关技术的描述
在电信中，通过多波长光学转发器系统(“光学转发器系统”)能够在长距离上传输光学信号。图3示出双向光学转发器系统10。
在光学转发器系统10中，通过光学波导纤维(“光纤”)12在第一方向传播的光学信号被多路复用器14合并，通过光纤16传输到多路分用器18，它将光学信号分离在光纤20上。放大器30对光学信号进行放大，提供在光纤16上传播所需的强度，光纤16可以为80千米甚至更长。光学转发器系统10通过提供光纤12’、多路复用器14’、多路分用器18’、光纤20’和根据光学信号传播方向将其合并和分离的分束器22，允许双向传输(即，光学信号通过光纤16在第二方向上传送)。
当前使用的许多光学转发器系统发送1550纳米波段(1525至1575纳米)内的光学信号，因为这一波段具有低的衰减，供这一波段使用的光学放大器(掺铒光纤放大器)具有经济有效和性能优点。然而，这些光学转发器系统中有一些是利用已经安装在地面上的光纤16建立的，作为电子转发器系统的一部分，后者是为发送1300纳米波段(1270至1330纳米)内光学信号而设计的。这些光纤16只在1300纳米波段内近似地具有零色散。因此，光学转发器系统正在通过在1550纳米波段内并不具有零色散的光纤而发送该波段内的光学信号。
以这种方式发送光学信号由于色散引起光学信号劣化。更具体地说，由于光纤16在1550纳米波段内不具有零色散，当脉冲沿光纤16传播时脉冲中光的不同波长将会散开。
因此，光学转发器系统10包括对色散进行补偿的色散补偿装置40。色散补偿装置40具有相对较高的零色散波长，从而使光学转发器系统10的平均零色散波长在1550纳米波段内。例如，如果光纤16的零色散波长是1300纳米，那么每个色散补偿装置40的零色散波长将高于1550纳米(例如1700纳米)，从而使光学转发器系统10在1550纳米波段内具有平均零色散波长。
然而，色散补偿装置40引起通过光学转发器系统10传播的光学信号的强度损失。因此，必须包括附加放大器30，对这一损失进行补偿。在图3中，由于色散补偿装置40引起的损失，仅要求每两个放大器30中的一个与色散补偿装置40连接。
                       发明概要
本发明的目的是提供一种对色散进行补偿而不引起过多功率损失的光学传输系统。
本发明的另一个目的是提供一种对色散进行补偿同时使系统成本减至最低的光学传输系统。
本发明的另外的目的和优点可以从以下的描述中看出。本发明的进一步优点也可以通过对本发明的实施而了解。
为了实现本发明目的并按照本发明的意图，正如具体体现和这里广泛描述的，本发明包括一种光学传输系统，它包括一分置增益放大器，具有与第一组至少两个波导路径光学连接的第一增益级和与第二组至少两个波导路径光学连接的第二增益级，第一连接器装置，它将第一组的至少两个波导路径光学连接至第一合并波导路径，第二连接器装置，它将第二组的至少两个波导路径光学连接至第二合并波导路径，以及信号改进装置，与第一和第二合并波导路径光学连接。
应当理解，以上的一般描述和以下的详细描述仅仅是示例和示范性的，不是对权利要求所主张的本发明的限制。
                       附图简述
附图示出本发明的实施例，与描述结合在一起起说明本发明原理的作用。
图1示出根据本发明的光学传输系统的第一实施例。
图2示出根据本发明的光学传输系统的第二实施例。
图3示出传统的光学转发器系统。
较佳实施例的详细描述
现在将参考附图详细描述本发明的较佳实施例。在可能的地方，在整个附图中将采用相同参考标号表示相同或相似的部分。
正如图1所示，光学传输系统100的第一实施例包括与以上描述的传统光学转发器系统10相同的元件。例如，光学传输系统100包括发送由光学发射器(未示出)产生的光学信号的光纤12和12’。光学信号被多路复用器14和14’合并，通过光纤16传输到多路分用器18和18’，它将光学信号分离在光纤20和20’上。光学接收器(未示出)接收由光纤20和20’发送的光学信号。
多路复用器14和14’和多路分用器18和18’较佳地各为薄膜干涉波分装置。这种装置包括一系列的薄膜滤光片，每个滤光片反射宽带(例如1525至1575纳米)中的不同部分而透射其余部分。将滤光片光学耦合在一起，使宽波段分解为两个或更多(较佳地为8个)更小波段，每一个具有预定波长范围。装置在相反反向上工作使波段的各分开部分合并，提供宽波段。从加拿大安大略省JDSFITEL公司能够定购这一装置的技术说明。次之的多路复用器和多路分用器例如是康宁公司的MULTICLAD 1×8耦合器No．1X8SW1550A。
与光学转发器系统10的放大器／色散补偿装置／放大器结构相对比，本发明的光学传输系统100包括分置增益放大器300、第一连接器装置50、第二连接器装置60和色散补偿装置(信号改进装置)400。
分置增益放大器300对以第一方向(图1中向右)和第二方向(向左)通过光纤16传播的信号进行放大。分置增益放大器300具有第一增益级300a和第二增益级300b。第一增益级300a较佳地包括合并的前置和后置放大器部分，提供对以第一方向传播的光学信号的前置放大和对第二方向传播的光学信号的后置放大。第二增益级300b较佳地包括合并的前置和后置放大器部分，提供对以第二方向传播的光学信号的前置放大和对第一方向传播的光学信号的后置放大。
第一增益级300a与第一组波导路径301a和302a光学连接。第二增益级300b与第二组波导路径301b和302b光学连接。分置增益放大器300较佳地这样分离光学信号，即波导路径301a和301b仅仅发送在第一方向上传播的光学信号而波导路径302a和302b仅仅发送在第二方向上传播的光学信号。目前，较佳地，分置增益放大器基于光学信号的波长实现这一分离，因为现时的放大光学传输系统并不在第一和第二两个方向发送相同波长。
具有上述特征的较佳分置增益放大器是由Northern Telecom公司提供的具有中间级接入的双向放大器。
第一连接器装置50将波导路径301a和302a光学连接至第一合并波导路径303a。较佳地，第一连接器装置50将来自波导路径301a的在第一方向传播的光学信号引导到第一合并波导路径303a。它还将来自第一合并波导路径303a的在第二方向传播的光学信号引导到波导路径302a。
第二连接器装置60将波导路径301b和302b光学连接至第二合并波导路径303b。较佳地，第二连接器装置60将来自第二合并波导路径303b的在第一方向传播的光学信号引导到波导路径301b。它还将来自波导路径302b的在第二方向传播的光学信号引导到第二合并波导路径303b。
将实现上述功能的连接器装置包括例如上述的薄膜干涉波分装置，它也被称为波段分解器。为了用作连接器装置，较佳地波段分离器将宽波段(例如1530至1560纳米)仅分离为红色部分(长波长，如1542至1560纳米)和蓝色部分(短波长，如1530至1542纳米)，此外将两个部分合并以提供宽波段。从美国加利福尼亚的E-TEK Dynamics公司的技术样本可以定购这一装置。另一个较佳的连接器装置是循环器，如JDSFITEL公司出售的CR 2300／2500系列光学循环器或者E-TEK Dynamics公司出售的PIFC。
为了便于说明起见，波导路径301a、302a、301b和302b以及第一和第二合并波导路径303a和303b一直表示为有些细长的，然而，路径并不限于是细长的。
色散补偿装置400与第一和第二合并波导路径303a和303b光学连接，因此接收通过光纤16传播的光学信号。光学传输系统100较佳地是通过利用每个分置增益放大器300的单个色散补偿装置400实现色散补偿的。色散补偿装置尤其适合于这种结构，因为它们可以是双向的并提供相同信号改进，不管光学信号的传播方向如何。
色散补偿装置较佳地具有正的或者负的色散对波长的斜率，负斜率则更佳。色散补偿装置较佳地由长(较佳地为4至20千米，12至16千米则更好)的绕轴缠绕的色散补偿光纤组成。色散补偿光纤较佳地在1520纳米至1565纳米范围内的给定波长上具有小于-20皮秒／纳米-千米的色散值。在例如授予Antos等人的美国专利5361319中揭示了这种装置，该专利在此引作参考。
具有上述特征的色散补偿装置400例如是康宁公司的Corning DCM型号DCM-B-80。
光学传输系统100还包括合并的前置和后置放大器部分300b和合并的前置和后置放大器部分300a，它们将光纤16光学连接至多路复用器14和14’以及多路分用器18和18’。在这个实施例中，合并的前置和后置放大器部分300b将来自多路复用器14的光学信号引导到光纤16以及将来自光纤16的光学信号引导到多路分用器18’。合并的前置和后置放大器部分300a将来自光纤16的光学信号引导到多路分用器18以及将来自多路复用器14’的光学信号引导到光纤16。每个合并的前置和后置放大器部分300b和300a提供对在一个方向上传播的光学信号的前置放大和对在另一个方向上传播的光学信号的后置放大，克服由光纤、多路复用器和多路分用器引起的损失。
第二实施例的光学传输系统200，如图2所示，与第一实施例共享许多元件。然而，在该第二实施例中，光学传输系统是单向的。
分置增益放大器500对仅在第一方向(例如图2中向右)通过光纤传播的信号进行放大。分置增益放大器500接收具有多个波长的光学信号并基于光学信号的波长将其分离。分置增益放大器500的前置放大器部分500a较佳地这样分离光学信号，即波导路径301a和301b发送具有预定波长或者波长范围的光学信号而波导路径302a和302b发送具有不同预定波长或波长范围的光学信号。分置增益放大器500的后置放大器部分500b较佳地将光学信号重新合并。具有上述特征的较佳分置增益放大器是Lucent Technologies公司以品牌WAVESTARTM提供的具有中间级接入的单向放大器。
第一连接器装置50将波导路径301a和302a光学连接至第一合并波导路径303a。较佳地，第一连接器装置50将具有预定波长或波长范围的光学信号从波导路径301a引导到第一合并波导路径303a。它还将具有不同预定波长或波长范围的光学信号从波导路径302a引导到第一合并波长路径303a。
第二连接器装置60将波导路径301b和302b光学连接至第二合并波导路径303b。较佳地，第二连接器装置60将具有预定波长或波长范围的光学信号从第二合并波导路径303b引导到波导路径301b。它还将具有不同预定波长或波长范围的光学信号从第二合并波长路径303b引导到波导路径302b。
将执行上述功能的目前为较佳的连接器装置包括例如如上所述的薄膜干涉波分装置(波段分解器)和循环器。
光学传输系统200较佳地通过仅利用每个分置增益放大器500一个色散补偿装置400而实现色散补偿。色散补偿装置400与第一和第二合并波导路径303a和303b光学连接，因此接收通过光纤16单向传播的光学信号。能够执行上述功能的色散补偿装置400例如为康宁公司的Corning DCM型号DCM-B-80。
光学传输系统200还包括后置放大器部分500b和前置放大器部分500a，它们分别将光纤16光学连接至多路复用器14和14’和多路分用器18和18’。在这个实施例中，后置放大器部分500b将从多路复用器14和14’接收的信号合并，并将它们提供给光纤16。后置放大器部分500a还基于从光纤16接收的光学信号的波长将它们分离，并将它们提供给合适的多路分用器18和18’。后置放大器部分和前置放大器部分500b和500a提供放大，克服由光纤和多路复用器和多路分用器引起的损失。
通过计算机模拟，已经确定，本发明的光学传输系统100和200提供截然不同的优点。例如，光学传输系统100和200比传统光学转发器系统10的功率损失小以及能够实现这一优点同时使成本降至最低。
由于放大器和色散补偿装置的结构，光学传输系统100和200并不引起过多功率损失。在传统的光学转发器系统10中，如果色散补偿装置40被连接在放大器30的上游(线性区)，由色散补偿装置40引起的损失会在放大器30输出的功率中导致较大损失(例如10dB)。然而在本发明中，由于色散补偿装置400连接在分置增益放大器300和500内(高度饱和区)，由色散补偿装置400引起的损失在分置增益放大器300和500输出的功率中仅导致较小损失(例如0．5dB)。
此外，本发明使光学传输系统的成本降至最低。分置增益放大器300和500将在光纤16中传播的光学信号分到多个波导路径中。然而，本发明并不在每个波导路径上提供色散补偿装置400。本发明而是这样采用连接器50和60，能够将光学信号送至单个色散补偿装置400。这将使与色散补偿装置相关的开销至少降低50％，这是很重要的，因为色散补偿装置是高成本元件。
本领域的专业技术人员显然能够对本发明的光学传输系统作出各种不同改进和变化，而不偏离本发明的范围或精神。作为一个例子，分置增益放大器可以在每一组中具有两个以上波长路径。作为另一个例子，分置增益放大器可以具有两个以上增益级。作为再一个例子，信号改进装置不需要是色散补偿装置，而是可以是对光学信号进行改进的另一光学元件。信号改进装置还可以设计成配合特定系统的需要，因此不必在两个方向(第一实施例)或者对所有波长(第二实施例)提供相同信号改进。
考虑了这里所揭示的对本发明的说明和实践，本发明的其它实施例对本领域专业技术人员而言是显然的。希望将本说明和例子仅仅看作是示例，而本发明的真正范围和精神由以下的权利要求表示。

Claims (42)

1．一种光学传输系统，其特征在于所述系统包括：
分置增益放大器，具有与第一组至少两个波导路径光学连接的第一增益级和与第二组至少两个波导路径光学连接的第二增益级；
第一连接器装置，它将第一组的至少两个波导路径光学连接至第一合并波导路径；
第二连接器装置，它将第二组的至少两个波导路径光学连接至第二合并波导路径；
信号改进装置，与第一和第二合并波导路径光学连接。
2．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：所述分置增益放大器接收在第一和第二方向上传播的光学信号并这样分离所述光学信号，即第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个仅发射在第一方向上传播的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射在第二方向上传播的光学信号。
3．如权利要求2所述的光学传输系统，其特征在于：第一连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从第一合并波导路径引导到所述第一组中的所述另一个波导路径。
4．如权利要求2所述的光学传输系统，其特征在于：第二连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从所述第二组中的所述另一个波导路径引导到第二合并波导路径。
5．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：分置增益放大器接收具有多个波长的光学信号并这样分离所述光学信号，即第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个发射具有至少一种波长的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射不具有所述至少一种波长的光学信号。
6．如权利要求5所述的光学传输系统，其特征在于：第一连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中所述另一个波导路径引导到第一合并波导路径。
7．如权利要求5所述的光学传输系统，其特征在于：第二连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述另一个波导路径。
8．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：第一连接器装置包括波段分束器。
9．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：第一连接器装置包括循环器。
10．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：第二连接器装置包括波段分束器。
11．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：第二连接器装置包括循环器。
12．如权利要求1所述的光学传输系统，其特征在于：信号改进装置包括色散补偿装置。
13．一种光学放大器模块，其特征在于所述模块包括：
分置增益放大器，具有与第一组至少两个波导路径光学连接的第一增益级和与第二组至少两个波导路径光学连接的第二增益级；
第一连接器装置，它将第一组的至少两个波导路径光学连接至第一合并波导路径；
第二连接器装置，它将第二组的至少两个波导路径光学连接至第二合并波导路径；
信号改进装置，与第一和第二合并波导路径光学连接。
14．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：所述分置增益放大器接收在第一和第二方向上传播的光学信号并这样分离所述光学信号，即第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个仅发射在第一方向上传播的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射在第二方向上传播的光学信号。
15．如权利要求14所述的光学放大器模块，其特征在于：第一连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从第一合并波导路径引导到所述第一组中的所述另一个波导路径。
16．如权利要求14所述的光学放大器模块，其特征在于：第二连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从所述第二组中的所述另一个波导路径引导到第二合并波导路径。
17．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：分置增益放大器接收具有多个波长的光学信号并这样分离所述光学信号，即第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个发射具有至少一种波长的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射不具有所述至少一种波长的光学信号。
18．如权利要求17所述的光学放大器模块，其特征在于：第一连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中所述另一个波导路径引导到第一合并波导路径。
19．如权利要求17所述的光学放大器模块，其特征在于：第二连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述另一个波导路径。
20．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：第一连接器装置包括波段分束器。
21．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：第一连接器装置包括循环器。
22．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：第二连接器装置包括波段分束器。
23．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：第二连接器装置包括循环器。
24．如权利要求13所述的光学放大器模块，其特征在于：信号改进装置包括色散补偿装置。
25．一种色散补偿模块，其特征在于所述模块包括：
第一组至少两个波导路径；
第二组至少两个波导路径；
第一连接器装置，它将第一组的至少两个波导路径光学连接至第一合并波导路径；
第二连接器装置，它将第二组的至少两个波导路径光学连接至第二合并波导路径；以及
色散补偿装置，与第一和第二合并波导路径光学连接。
26．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个仅发射在第一方向上传播的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射在第二方向上传播的光学信号。
27．如权利要求26所述的色散补偿模块，其特征在于：第一连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从第一合并波导路径引导到所述第一组中的所述另一个波导路径。
28．如权利要求26所述的色散补偿模块，其特征在于：第二连接器装置将在第一方向上传播的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将在第二方向上传播的光学信号从所述第二组中的所述另一个波导路径引导到第二合并波导路径。
29．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的一个发射具有至少一种波长的光学信号而第一和第二组中每一组的至少两个波导路径中的另一个仅发射不具有所述至少一种波长的光学信号。
30．如权利要求29所述的色散补偿模块，其特征在于：第一连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中的所述一个波导路径引导到第一合并波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第一组中所述另一个波导路径引导到第一合并波导路径。
31．如权利要求29所述的色散补偿模块，其特征在于：第二连接器装置将具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述一个波导路径以及将不具有所述至少一种波长的光学信号从第二合并波导路径引导到第二组中的所述另一个波导路径。
32．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第一连接器装置包括波段分束器。
33．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第一连接器装置包括循环器。
34．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第二连接器装置包括波段分束器。
35．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：第二连接器装置包括循环器。
36．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：色散补偿装置具有负斜率。
37．如权利要求25所述的色散补偿模块，其特征在于：色散补偿装置包括在1520纳米至1565纳米范围内的给定波长上色散值小于-20皮秒／纳米-千米的长的色散补偿光纤。
38．一种光学波导色散补偿装置，供由多个长波长和多个短波长组成的宽波长带使用，其特征在于所述装置包括：
具有第一端和第二端的长色散补偿光纤；
第一薄膜干涉波分装置，它在第一方向上工作使所述长波长与所述短波长分开以及在第二方向上工作使所述长波长和所述短波长合并，所述第一薄膜干涉波分装置与所述色散补偿光纤的所述第一端相邻并连接；以及
第二薄膜干涉波分装置，它在第一方向上工作使所述长波长与所述短波长分开以及在第二方向上工作使所述长波长和所述短波长合并，所述第二薄膜干涉波分装置与所述色散补偿光纤的所述第二端相邻并连接。
39．如权利要求38所述的光学波导色散补偿装置，其特征在于：所述多个长波长包括在1542至1560nm范围内的光，所述多个短波长包括在1530至1542nm范围内的光。
40．如权利要求38所述的光学波导色散补偿装置，其特征在于：所述色散补偿光纤具有负色散斜率。
41．一种光学波导装置，其特征在于所述装置包括：
具有第一端和第二端的长的缠绕的色散补偿光纤；
第一连接器，所述第一连接器将宽带波长分为红色部分和蓝色部分，以及将红色部分和蓝色部分合并以提供宽带；
第二连接器，所述第二连接器将宽带波长分为红色部分和蓝色部分，以及将红色部分和蓝色部分合并以提供宽带；
所述第一连接器与所述色散补偿光纤的所述第一端连接而所述第二连接器与所述色散补偿光纤的所述第二端连接。
42．一种制造色散补偿光学波导装置的方法，其特征在于所述方法包括：
提供长的缠绕的色散补偿光纤，其色散值在1520nm至1565nm范围内小于-20皮秒／纳米-千米，其色散值与波长在1520至1565nm范围内为负斜率；
将第一连接器连接至所述长的缠绕色散补偿光纤的第一端，所述第一连接器将宽带波长分为红色部分和蓝色部分并将红色部分和蓝色部分合并以提供宽带，以及
将第二连接器连接至所述长的缠绕色散补偿光纤的第二端，所述第二连接器将宽带波长分为红色部分和蓝色部分并将红色部分和蓝色部分合并以提供宽带。
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