CN1416229A - 光纤传输系统，喇曼增益斜率测量设备及其测量方法 - Google Patents

Abstract

在用于测量作为一个通过用泵激光的光功率规格化入射到一个光纤的所讨论的泵激光造成的喇曼放大产生的一个增益而得到的一个值的喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量中，根据入射到一个光纤的泵激光的光功率与施加泵激光产生的噪声光的光功率之间的关系，计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

Description

光纤传输系统，喇曼增益斜率测量设备 及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种光纤传输系统，一种喇曼增益斜率测量设备，和一种能够测量光纤传输线的喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量方法。

背景技术(分布喇曼放大)

在使用光纤传输线的通信系统领域中，正在开发商业化的分布喇曼放大(DRA)技术。现在在基础传输网络中使用的光纤利用石英玻璃作为基本材料。喇曼放大是一个将信号光和具有比信号光频率高13THz的频率的泵激光同时入射到石英玻璃上，造成泵激光的一部分能量通过引起的石英玻璃的喇曼散射效应转移到信号光的现象。结果，使信号光放大。此后将作为喇曼放大结果得到的增益称为喇曼增益。实际的喇曼增益具有图8中所示的波长相关性，此后将其称为喇曼增益分布图。

分布喇曼放大是一种将泵激光施加到传送信号光的光纤，以利用光纤传输线本身作为放大介质获得喇曼放大效应的模式。由于喇曼放大补偿了传输线的传播损耗，因而利用分布喇曼放大的光纤传输系统能够延长传输信号的距离。(测量喇曼增益斜率的必要性)

由泵激光的功率规格化的在把某种功率(W)的泵激光施加到作为喇曼放大介质的光纤产生的喇曼增益(dB)称为喇曼增益斜率(dB/W)。以下说明在分布喇曼放大中喇曼增益斜率的测量是十分重要的。

喇曼增益斜率随各种不同光纤改变。首先，作为基本传输网络敷设的光纤有各种不同的种类，并且喇曼增益斜率依赖于光纤的模场直径(芯直径)，GeO₂添加剂的量，水(OH)的吸收率，等等。这些参数也随制造者、制造时间、和光纤的批次而改变。

另一个改变的主要因素是站损耗。在一个大的终端站中，或特别是在一个中继台中，在从放置泵激光源的房屋到传输线光纤的数个地点存在连接器连接，在许多情况下这将涉及数dB的损耗。对于不使用分布喇曼放大的传输系统，可以将站损耗考虑为一种区段损耗。但是，在分布喇曼放大中，在泵激光到达传输线光纤之前造成的损耗是特殊的，因此需要另外说明。

因此，当在其影响增益的参数有很大变化的现有传输线上进行分布喇曼放大时，很难事先预测获得希望的喇曼增益所需的泵激功率。因而需要耗费人力和时间的就地调节。

在一个地点的诸如传输线光纤的性质和终端站或中继台的损耗特性之类的条件可以作为喇曼增益斜率测量时，能够实现取消调节的需要。这使得能够高度准确地测量获得特定增益所需的泵激功率，从而能够动态地控制喇曼增益。

相对于信号光的波长，喇曼增益表现出图8中所示的分布图形。喇曼增益斜率是泵激光与测试光之间的频率差的函数。在一个石英玻璃光纤构成的典型传输线中，喇曼增益斜率在增益轴线上具有类似的特征。由于增益具有峰值的频率差是13THz左右，因此，以下将一个特定传输线的增益斜率表示为一个比泵激波长大13THz的信号波长，除非另有指示。(常规喇曼增益斜率测量方法)

如上所述，尽管喇曼增益斜率的实际测量是关键的，但不存在就地测量的简单实际方法。

当可以像在实验室中一样在传输线的相反的两端工作时，可以通过图6中所示的布置实现喇曼增益斜率的测量。设置在要测量其喇曼增益斜率的传输线光纤100的一端的是一个具有信号波长带的测试光源60，设置在另一端的是一个用于多路复用和去多路复用泵激波长带和信号波长带的WDM(波分多路复用)耦合器110。一个泵激光源120连接到WDM耦合器110的一个泵激波长带端口，和一个用于测量信号光的功率的光接收器130连接到一个信号波长带端口。可以用作光接收器130的有：光谱分析仪和光功率仪之类的测量装置，在满足性能时也可以使用光电二极管之类的简单的光接收元件。

在把测试光施加到传输线上并且停止泵激光时，测量在光接收器130检测的测试光的功率(P1[dBm])。接下来，在泵激光源120输出时，测量在光接收器130检测的测试光的功率(P2[dBm])。测试光的功率P2与P1之间的差就是测试光获得的喇曼增益(dB)。用泵激光功率规格化增益，以获得喇曼增益斜率(dB/W)。由于这种方法允许用一个简单的光接收元件测量，因而可以用相对低的成本实现。但是，它的问题是，这种方法不容易进行，因为一个传输线的相反两端一般是相互分离的。(通过仅在传输线的一端操作实现的惯用喇曼增益斜率测量方法)

即使在可以仅在传输线的一端操作的情况下，图7中所示的这种方法能够测量喇曼增益斜率。在这种方法中，喇曼增益是用一个OTDR(光时域反射计)160测量的。OTDR 160是一种用于通过对从同一散射进入光纤并且返回的光脉冲的延迟散射光的量的时间解析测量，检测一个光纤的故障点的装置。图7中示出了一个结构，在这个结构中用OTDR 160检测通过一个波长滤波器140和一个光衰减器150的测试光返回散射。由于带有一个喇曼增益，延迟散射光增大了喇曼增益之多，因而可以测量喇曼增益。

但是，本发明需要在DRA的安装地点提供一个昂贵的专用OTDR设备。这个方法也需要临时改变传输线的布线，以连接OTDR设备，这又导致了成本和可操作性的问题。

当测量喇曼增益斜率时，这种如图6中所示的惯用方法需要将测量装置、光源和工作人员部署在传输线的相反的两端，妨碍了可操作性。另一方面，尽管图7中所示的惯用方法使得即使仅在传输线的一端操作，也能测量喇曼增益斜率，但是它需要在一个地点提供昂贵的OTDR设备，并且也需要改变传输线的布线以连接OTDR设备，这造成了需要解决的成本和可操作性问题。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种可操作性和成本性能优良、能够通过在传输线一端工作实现的、并且不需要改变在一种信号传输状态下的布线就能够进行喇曼增益斜率测量的光纤传输系统，喇曼增益斜率测量设备和喇曼增益斜率测量方法。

根据本发明的第一方面，一种测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量方法，该喇曼增益斜率通过用泵激光的功率规格化由入射到光纤的所讨论的泵激光造成的喇曼放大产生的增益而获得的值，包括步骤：

测量喇曼放大在要测量的光纤中产生的噪声光的功率，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

在优选的构造中，在两个或更多的阶段中改变入射到光纤的泵激光的功率，并且测量作为通过用泵激光功率的改变量规格化对应的噪声光的功率的改变量而获得的值的噪声光的变化量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量方法进一步包括从获得的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一步骤，和根据在第一步骤中获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率的第二步骤。

在另一个优选构造中，在第一步骤中，在对有关多种光纤进行的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对于每种光纤改变测量系统。

在另一个优选构造中，在第一步骤中，通过将噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式假设为是一个线性表达式，计算线性表达式的系数。

在另一个优选构造中，通过替换作为在第一步骤中获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的线性表达式中的要测量的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

在另一个优选构造中，泵激光的功率是通过施加到光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

在另一个优选构造中，在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光功率，并且测量作为通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率的改变量而获得的值的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量方法进一步包括：

从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一步骤，和

根据在所述第一步骤中得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率的第二步骤，

其中所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

根据本发明的第二方面，一种测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量设备，该喇曼增益斜率是通过用泵激光的功率规格化由入射到光纤的所讨论的泵激光造成的喇曼放大产生的增益而获得的值，包括用于测量在要测量的光纤中由喇曼放大产生的噪声光的功率，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

在一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备进一步包括用于在一个或更多阶段中改变入射到光纤上的泵激光的功率，并且测量作为通过用泵激光的功率改变量规格化对应的噪声光的功率改变量得到的值的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备进一步包括从获得的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和根据在第一装置中获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备进一步包括一个用于使泵激光入射到光纤上的泵激光源，用于将所讨论的泵激光与所讨论的光纤耦合的光耦合装置，用于测量从所讨论的光纤输出的噪声光的功率的光接收装置，和用于将所讨论的噪声光从所讨论的光纤导入到所讨论的光接收装置中的光分配装置。

在另一个优选构造中，在第一装置中，在进行有关多种光纤的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对于每种光纤改变测量系统。

在另一个优选构造中，在第一装置中，通过将噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式假设为是一个线性表达式，计算线性表达式的系数。

在另一个优选构造中，通过替换作为由第一装置得到的噪声光改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的线性表达式中的要测量的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率。

在另一个优选构造中，泵激光的功率是通过施加到光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备进一步包括用于在两个或更多阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量作为通过用所述泵激光的功率改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而得到的值的噪声光改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，

其中所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的增益的功率。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备进一步包括用于从获得的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

根据所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光改变量计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置，

其中所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的增益的功率。

在另一个优选构造中，结合在一个光纤传输系统的发射或接收终端站或中继台中的喇曼增益斜率测量设备，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，并且用于对通过作为信号传输线的光纤发送的信号光的喇曼放大。

在另一个优选构造中，结合在一个光纤传输系统的发射或接收终端站或中继台中的喇曼增益斜率测量设备，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，并且用于对通过作为信号传输线的所述光纤发送的信号光的喇曼放大，

进一步包括用于在两个或更多阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量作为通过用所述泵激光的功率改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而得到的值的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

在另一个优选构造中，结合在一个光纤传输系统的发射或接收终端站或中继台中的喇曼增益斜率测量设备，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，并且用于对通过作为信号传输线的所述光纤发送的信号光的喇曼放大，

进一步包括用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和用于根据用所述第一装置获得的噪声光改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声改变量计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置。

根据本发明的另一方面，一种用于通过作为信号传输线的光纤将信号光从发射终端站发送到接收终端站的光纤传输系统，其中：

发射或接收终端站或中继台包括用于测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量设备，该喇曼增益斜率是通过用所讨论的泵激光的功率规格化入射到光纤上的泵激光造成的喇曼放大产生的增益而获得的值，

喇曼增益斜率测量设备包括用于通过测量喇曼放大在要测量的光纤中产生的噪声光的功率获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

在该优选构造中，喇曼增益斜率测量设备包括用于在两个或更多的阶段中改变入射到光纤的泵激光的功率，并且测量作为通过用泵激光的功率改变量规格化对应的噪声光的功率的改变量而得到的值的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

用于根据第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式，从要测量其增益的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼斜率的第二装置。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备包括：

一个用于将泵激光入射到光纤的泵激光源，

用于将所讨论的泵激光与所讨论的光纤耦合的光耦合装置，

用于测量从所讨论的光纤输出的噪声光的功率的光接收装置，和

用于将所讨论的噪声光从所讨论的光纤引入所讨论的光接收装置的光分配装置。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备包括：

用于测量有关入射到光纤的泵激光的每个阶段的功率的，从通过光纤发射信号光的信号光源发射的信号光的功率，以测量光纤的喇曼增益斜率的装置。

在另一个优选构造中，在第一装置中，在进行有关多种光纤的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对于每种光纤改变测量系统。

在另一个优选构造中，在第一装置中，通过将噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式假设为是一个线性表达式，计算线性表达式的系数。

在另一个优选构造中，喇曼增益斜率测量设备替换作为第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的线性表达式中的要测量的光纤的噪声光的改变量，以计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率。

在另一个优选构造中，泵激光的功率是通过施加到光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

在另一个优选构造中，所述喇曼增益斜率测量设备包括用于在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量作为一个通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而获得的值的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

在另一个优选构造中，所述喇曼增益斜率测量设备包括用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和用于根据所述第一装置获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置，

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

根据本发明，测量喇曼放大在要测量的光纤中产生的噪声光的功率，在两个或更多的阶段中改变入射到光纤的泵激光的功率，获得作为通过用泵激光的功率的改变量规格化对应的噪声光的功率的改变量而得到的值的噪声光的改变量，和替换噪声光的改变量与喇曼增益斜率的关系表达式中的噪声光的改变量，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

此外，本发明一致地测量有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的每种的噪声光的改变量，而不改变测量线，根据测量结果获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式，并且替换关系表达式中的要测量的光纤的噪声光的改变量，从而获得光纤的喇曼增益斜率。

根据本发明，利用表示为一个线性表达式的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式，通过计算线性表达式的系数，确定关系表达式。

从以下给出的详细说明中，可以清楚地了解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

从下面给出的详细说明和本发明的优选实施例的附图，可以对本发明有更全面的了解，但是，不应当将它们看成是对本发明的限制，而仅仅是为了帮助说明和理解本发明。

在附图中：

图1是表示根据本发明的一个实施例的用于进行测量的光纤传输系统的结构示意图；

图2是用于说明噪声光的功率改变量ΔN与喇曼增益斜率之间的相关性的曲线图；

图3是用于说明一个噪声光测量系统的波长特性的曲线图；

图4是表示根据本发明的这个实施例的用于进行校正测量的结构的示意图；

图5是用于说明根据本发明的这个实施例的处理过程的流程图；

图6是用于说明需要在传输线的相反两端操作的惯用喇曼增益斜率测量方法的示意图；

图7是用于说明通过仅在传输线一端操作实现的惯用喇曼增益斜率测量方法的示意图；

图8是用于说明喇曼增益分布的曲线图；和

图9是用于说明喇曼增益与产生的噪声光量之间的相关性的曲线图。

具体实施方式

以下参考附图详细地讨论本发明的优选实施例。在以下的说明中，提出了许多特殊的细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，熟悉本领域的人员应当知道，不用这些特殊的细节也可以实现本发明。在另一方面，没有详细地示出那些众所周知的结构，以免不必要地使本发明难于理解。

首先，说明本发明的原理。

当把用于喇曼放大的泵激光入射到传输线时，产生对应于喇曼增益量的噪声光。从噪声光的功率的测量值反向地计算喇曼增益是本发明的基本特征。噪声光的各分量主要是由从喇曼放大产生的放大的自发喇曼散射构成的，加上极少量的得自热噪声的噪声光，任何一种噪声光都是依照喇曼增益产生的，因此能够用于测量喇曼增益斜率。

在下面的文献中报告了从喇曼放大产生的噪声光功率的分析和量化研究。

·Kiyofumi Mochizuki，Noboru Edagawa和Yoshinao Iwamoto的“光纤喇曼放大器中的放大的自发喇曼散射”(”Amplified Spontaneous RamanScattering in Fiber Rama Amplifier”，J.Lightwave Technol.，4，(9)，pp.1328-1333(1986))。

·Yasuhiro Aoki的“光纤喇曼放大器的性质和它们在数字光通信系统中的应用”(”Properties of Fiber Raman Amplifiers and Their Application toDigital Optical Communication System”，J.Lightwave Technol.，6，(7)，pp.1225-1239(1988))。

根据这些文献，后后的泵激喇曼放大中的噪声功率可以用下面的表达式1表示：

NP＝Δλ×h×c²/λ₀ ²×[4.34/G×exp(G/4.34)-(4.34/G+1)]    (表达式1)

其中NP代表通过具有λ₀的中心波长和Δλ的带宽的矩形光滤波器的噪声光的功率。也假设用h代表的普朗克常数是6.63×10^-34(J·s)，用C代表的光通量是3.00×10⁸(m/s)。

图9中示出了相对于根据这个表达式得到的喇曼增益G产生的噪声光的功率量。在图9中，假设λ₀＝1.55μm，和Δλ＝1nm。已经知道，在一个满足条件G≥3dB的喇曼增益G的区域中，以dBm表示的噪声光的功率和以dB表示的增益G相互成正比。因此，预先校正增益G与噪声光功率之间的关系，使得随后能够从噪声光功率反向计算喇曼增益。

在入射到传输线的泵激光的功率改变到PP1(W)和PP2(W)(PP1)时观察到的噪声光的功率分别是NP1(dBm)和NP2(dBm)的情况下，噪声光的功率改变量ΔN(dB/W)定义为ΔN＝(NP2-NP1)/(PP2-PP1)。

图2中示出了噪声光的功率改变量ΔN与通过图6中所示的方法独立地测量的喇曼增益斜率Γ之间的关系。可以看到，这种关系展现了可用下面的表达式2表示的直线关系：

Γ＝A×ΔN+B    (表达式2)，

其中A和B的值是用泵激波长与噪声光测量系统的波长特性之间的关系确定的系数，即，通过观察线确定的系数。

图1是显示根据本发明的一个实施例的进行主测量的光纤传输系统的结构的示意图。噪声光测量系统20(喇曼增益斜率测量设备)的波长特性是由光接收器灵敏度的波长特性和从图1中的A端到一个接收器的路径的波长特性确定的。图3示出了由图1的一个光接收器26测量的噪声光谱，它们是相对于几种泵激波长得到的。具有比约1500nm短的波长的噪声光被一个WDM耦合器截止。观察到的噪声光的功率总量主要受滤波器的滤波质量的影响。一旦确定了滤波器，通过系数A和B可以确定它们之间的对应性。

此外，系数A和B的值也依赖于泵激波长与增益测量波长之间的波长差(更准确地讲，是频率差)。图2示出了当泵激波长是1424nm，1437nm，1449nm和1494nm时，在喇曼增益分布图的峰值波长(比泵激波长大13THz)的喇曼增益斜率。当预先确定了泵激波长和要测量其增益的波长时，也可以通过系数A和B确定它们之间的对应性。

因此，线性表达式2中的系数A和B中的每一个都是仅依赖于测量系统20的系数并且是一个作为测量的参数。因而一旦在预定的测量系统20中在预定的测量条件下(泵激光波长和噪声光测量系统的波长特性)预先校正了系数A和B，就可以从噪声光的功率改变量ΔN的测量值反向计算喇曼增益斜率Γ。

可以在传输线的泵激光进入侧的端部进行噪声光的功率测量。此外，可以通过用于测量直流分量的简单和便宜的光接收器测量噪声光的功率。因此，仅在传输线一端操作就可以以优良的可操作性和成本性能实现喇曼增益斜率测量。此外，图1中所示的这种结构消除了为喇曼增益斜率的测量和信号传输改变布线的需要，从而防止了布线改变涉及的故障和断线之类的麻烦，并且进一步使得能够对喇曼增益斜率测量进行远距离的执行和操作。

图5是表示本发明的过程的流程图。本发明的过程主要是由两个阶段构成的，(1)通过一个噪声光测量系统的校正，和(2)有关一个要知道其喇曼增益特性的传输线的喇曼增益斜率的测量。在以下，将(1)和(2)分别称为校正测量①和主测量②。

[校正测量①]

校正测量是要获得依赖于测量系统20和测量条件的系数A和B。校正测量①是由两个测量步骤构成的，(a)测量噪声光的功率改变量ΔN的步骤501和(b)测量喇曼增益斜率的步骤502，和(c)根据获得到有关多个测试光纤的(a)和(b)的测量结果，获得测量系统20的表达式2的系数A和B的步骤503。

首先，参考图4，说明执行校正测量①的结构。在以下，将从测试光纤10向A端输出的方向称为向前的方向，并且将从A端到测试光纤10的输入方向称为向后的方向。此外，将通过泵激光波长接受一个增益的波长带称为信号波长带。

一个用于多路复用和去多路复用泵激波长带和信号波长带的WDM耦合器21连接到A端。将一个泵激光源22连接到WDM耦合器21的泵激波长带端口，以使泵激光在向后的方向进入测试光纤10。就工作效率而言，测试光纤10最好是一个试验光纤线圈。在WDM耦合器21与A端之间，进一步连接一个用于分支一部分向前方向光的TAP耦合器23。

以下，在TAP耦合器23的三个端口中，将一个连接到传输线的端口称为输入端口，将连接到WDM耦合器21的端口称为主端口，并且将剩下的一个端口称为监视端口。将主端口和监视端口之间的分支比设置为95∶5。将一个用于去多路复用泵激波长带和信号波长带的WDM耦合器24连接到监视端口。将一个光终接单元25连接到WDM耦合器24的泵激波长带端口，而将一个用于测量噪声光的功率的光接收器26连接到信号波长带端口。

WDM耦合器24的插入，防止了泵激光的返回光进入光接收器26。在WDM耦合器24与光接收器26之间，提供了一个干涉光消除滤波器27，以防止不是由喇曼泵激产生的噪声光的光进入光接收器26。此外，将一个截止频率是10Hz的低通滤波器连接到光接收器26的输出端，以具有一个最小需要的观察带，从而提高了灵敏度。以图6中所示的相同方式，在B端提供了一个用于测量喇曼增益斜率的测试光源30。在WDM耦合器21的信号波长带端口提供了一个用于测量测试光的功率的光接收器40。

在图4所示的结构中，除了测试光源30，测试光纤10和光接收器40之外的其它部分用作在主测量中使用的测量系统20。

利用上述图4所示的结构，进行校正测量，即，获得系数A和B的测量。以下说明测量过程。

(a)噪声光的功率改变量ΔN的测量(步骤501)

将在A端输出的泵激光功率假设为PP1(W)，测量由光接收器26检测的噪声光的功率，并且将其设为NP1(dBm)。同样地，将在A端输出的泵激光的功率假设为PP2(W)，测量噪声光的功率并将其设为NP2(dBm)。根据这样得到的测量值，获得了噪声光的功率改变量，ΔN(dB/W)＝(NP2-NP1)/(PP2-PP1)。

(b)喇曼增益斜率测量(步骤502)

根据作为一种惯用喇曼增益斜率测量方法的图6中所示的方法，利用光接收器40测量和校正在(a)中测量了噪声光的功率改变量的测试光纤10的喇曼增益斜率。

尽管在使用已知喇曼增益斜率的测试光纤10时，不需要进一步测量喇曼增益斜率，但是，由于即使是在图4中的A端的连接损耗中的轻微差异，也将造成光接收器40观察的喇曼增益斜率的改变，因而，为了更精确的校正，最好是不改变A端的连接状态地、一致地进行上述(a)和(b)的测量。

尽管存在着根据增益斜率测量波长改变测试光的波长的需要，但是可以省略对测试光波长的修改。更具体地讲，当预先知道增益的分布图时，可以利用相同波长的测试光，根据测试光波长与增益斜率测量波长之间的增益比测量有关多个泵激波长的喇曼增益斜率。

(c)系数A和B的计算(步骤503)

利用多个测试光纤10，通过执行(a)和(b)的测量以获得如图2中所示的相关曲线图，从而得到系数A和B，。为了提高准确性，最好采用尽可能多的试样。在图2中，测量了16个测试光纤试样。

测量系统S是指在图3所示波长特性条件下的情况的测量系统，在PP1＝0.100(W)和PP2＝0.150(W)时，在每个泵激波长的喇曼增益分布具有峰值的波长确定喇曼增益斜率。从有关多个测试光纤10的测量(a)和(b)，得到下面表面1中所示的测量系统S的系数A和B，其中将单模光纤(SMF)和非零色散位移光纤(NZDSF)用作测试光纤10：

                                    [表1]

泵激波长(nm)	1424	1437	1449	1465	1494
						A	2.5119	2.7427	3.0133	3.0764	3.1609
B	-129.61	-131.66	-137.66	-143.49	-156.91

[主测量②]

图1示出了进行主测量②的结构。从图4所示的结构除去测试光源30、测试光纤10、和光接收器40，并且不加改变地将一个经受校正测量的测量系统结合到图1所示的结构中。这使得能够根据校正测量①的结果执行主测量②。

以下说明在图1所示的结构中测量一个实际铺设的光纤的喇曼增益斜率的方法。

首先，为了噪声光功率的精确测量，将光接收器置于没有不是由喇曼泵激产生的噪声光的其它光(此后称为干扰光)进入的状态。为了防止从A端输出光，停止B端一侧的传输信号，并且在WDM耦合器24与光接收器26之间提供一个干扰光消除滤波器27以消除干扰光。如果无需干扰光消除滤波器27，可以省略它，并且在这样一种情况下，应当用一个其中没有设置干扰光消除滤波器的结构进行校正测量①。

以在校正测量①中获得噪声光的功率的改变量ΔN的情况相同的方式，测量要测量的传输线上的噪声光的功率的改变量ΔN。通过将这样得到的噪声光的功率改变量ΔN和校正测量得到的系数A和B应用到表达式2，可以获得喇曼增益系数。

当在上述测量系统S中进行有关在校正测量①中没有使用的SMF的主测量②时，在0.100(W)PP1的NP1和在0.150(W)PP2的NP2，以及噪声光的功率改变量ΔN如下面的表2中所示。因此，根据通过校正测量得到的表1中系数A和B，确定了下面表3中所示的每个泵激波长的喇曼增益斜率Γ。

                                   [表2]

泵激波长(nm)	1424	1437	1449	1465	1494
						NP1(dBm)	-35.34	-34.38	-33.94	-33.85	-33.69
NP2(dBm)	-32.38	-31.12	-31.12	-30.98	-30.65
						ΔN(dB/W)	59.2	65.1	56.3	57.4	60.8

                                 [表3]

泵激波长(nm)	1424	1437	1449	1465	1494
						Γ(dB/W)	30.7	33.9	32.0	33.1	35.3

尽管在本实施例中，使用了一个光电二极管(Pin-PD)作为光接收器26，但是使用具有测量信号波长带光功率的直流分量的功能的其它设备或测量单元也是有效的。例如，使用雪崩光电二极管(APD)，热量计和光功率计是有效的。

尽管在本实施例中，使用了一个光功率计作为光接收器40，但是使用具有测量信号波长带光功率功能的其它测量单元或设备也是有效的。例如，使用光谱分析仪，PIN光电二极管(Pin-PD)，雪崩光电二极管(APD)，和热量计是有效的。

在本实施例中，尽管使用了一种介电多层膜WDM耦合器来防止泵激光的向后散射光输入到光接收器，但是也可以使用其它具有截止泵激光波长带和使信号光波长带通过的滤光功能的设备。例如，使用光栅型波长滤波器，Pabry-Perot型波长滤波器，和Mach-Zehnder干涉仪型波长滤波器是有效的。

尽管在本实施例中，使用了一个介电多层膜滤波器作为截止干涉光的干涉光消除滤波器27，但是应用其它具有截止干涉光波长并且使足够进行测量的噪声光通过的滤波功能的设备也是有效的。例如，使用光栅型波长滤波器，Fabry-Perot型波长滤波器，和Mach-Zehnder干涉仪型波长滤波器是有效的。

尽管在本实施例中，使用了融合光纤型耦合器作为TAP耦合器23，但是也可以使用其它具有使泵激光源波长带，放大的波长带和增益测量波长通过，并且以希望的分支比分支它们功能的设备。例如，使用介电多层膜型耦合器是有效的。

尽管在本实施例中使用了利用光纤光栅使其波长变窄的Fabry-Perot泵激光器作为泵激光源22，但是使用能够输出足够功率的并且波长是可变的泵激光器也是有效的。

尽管是根据一种通过校正测量获得作为在从噪声光的改变量计算喇曼增益斜率中使用的表达式2的线性表达式的系数A和B，并且在主测量中替换线性表达式中的噪声光改变量以计算喇曼增益斜率的系统说明本发明的，但是，当用于从一个测量目标中的噪声光改变量计算喇曼增益斜率的线性表达式(表达式2)的系数A和B是已知的时候，不需要校正测量。也就是说，通过用已知的系数A和B在测量系统设定作为表达式2的线性表达式，使测量系统能够替换设定的线性表达式中的要测量的光纤的噪声光的改变量，以计算要测量的光纤的喇曼增益斜率。

尽管在本实施例中，使用了SMF和NZDSF作为测试光纤10，但是也可以使用1.55μm色散位移光纤(DSF)之类的光纤。

尽管在本实施例中，使用了SMF作为传输线光纤100，但是也可以使用NADSF，DSF之类的光纤。

此外，尽管在本实施例中，是根据向后泵激喇曼放大的布置说明本发明的，但是，由于通过预先获得噪声光功率与增益之间的关系，向前泵激喇曼放大的布置也可以从噪声光功率测量增益，因而也可以用于本发明。

尽管以上根据优选的模式和实施例说明了本发明，但是本发明并不限于上述的模式和实施例，而是可以用其技术思想范围内的各种不同形式来实现。

如上所述，本发明能够不改变在一种信号传输状态的布线，通过仅在传输线一端操作，测量喇曼增益斜率。此外，必要的测量单元是一个简单而便宜的光接收器。结果，即使在同时在传输线的相反两端操作是难于做到的情况下，也能够以低廉的成本实现优良的可操作性的喇曼增益斜率测量。

尽管本发明是根据其示例实施例描述和说明的，但是，熟悉本领域的人员应当知道，可以对其进行上述或其它改变、删除或增添，而不脱离本发明的精神和范围。因此，不应当将本发明理解为仅限于上述的特定实施例，而是包括能够在附属权利要求中指出的特性所包括的范围或其等同物内实现的所有可能的实施例。

Claims (33)

1.一种测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量方法，喇曼增益斜率是通过用泵激光的功率规格化入射到光纤的所讨论的泵激光造成的喇曼放大产生的增益而获得的值，该方法包括步骤：

测量要测量的光纤中由喇曼放大产生的噪声光的功率，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

2.根据权利要求1所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤上的泵激光的功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率，噪声光的改变量是通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率的改变量而获得的值。

3.根据权利要求2所述的喇曼增益斜率测量方法，进一步包括：

从得到的有关多种已知其喇曼增益斜率的光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一步骤，和

根据在所述第一步骤中得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率的第二步骤。

4.根据权利要求3所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

在所述第一步骤，在对有关的多种光纤进行的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对于每种光纤改变测量系统。

5.根据权利要求3所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

在所述第一步骤，通过将所述的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式假设为一个线性表达式，计算所述线性表达式的系数。

6.根据权利要求5所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

通过替换作为在所述第一步骤中得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的所述线性表达式中的要测量的所述光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率。

7.根据权利要求1所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而现实了不小于3dB的喇曼增益的功率。

8.根据权利要求1所述的喇曼增益斜率测量方法，其中

在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率，噪声光的改变量是通过用所述泵激光的功率改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而获得到的值，

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

9.根据权利要求2所述的喇曼增益斜率测量方法，进一步包括：

从得到的有关多种已知其喇曼增益斜率的光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一步骤，和

根据在所述第一步骤得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的光纤的喇曼增益斜率的第二步骤，

其中，所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

10.一种用于测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量设备，喇曼增益斜率是用泵激光的功率规格化入射到光纤上的所讨论的泵激光造成的喇曼放大所产生的增益而得到的值，设备包括：

用于测量喇曼放大在要测量的光纤中产生的噪声光的功率，以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

11.根据权利要求10所述的喇曼增益斜率测量设备，进一步包括：

用于在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，噪声光的改变量是通过用所述泵激光的功率改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而得到的值。

12.根据权利要求11所述的喇曼增益斜率测量设备，进一步包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

用于根据所述第一装置获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置。

13.根据权利要求12所述的喇曼增益斜率测量设备，进一步包括：

用于使泵激光入射到所述光纤的泵激光源，

用于将所讨论的泵激光与所讨论的光纤耦合的光耦合装置，

用于测量从所讨论的光纤输出的噪声光的功率的光接收装置，和

用于将所讨论的噪声光从所讨论的光纤导入所讨论的光接收装置的光分配装置。

14.根据权利要求12所述的喇曼增益斜率测量设备，其中

在所述第一装置，在进行有关多种光纤的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对每种光纤改变测量系统。

15.根据权利要求12所述的喇曼增益斜率测量设备，其中

在所述第一装置，通过将噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式假设为一个线性表达式，计算所述线性表达式的系数。

16.根据权利要求15所述的喇曼增益斜率测量设备，其中

通过替换作为由所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的所述线性表达式中的要测量的所述光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率。

17.根据权利要求10所述的喇曼增益斜率测量设备，其中

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

18.根据权利要求10所述的喇曼增益斜率测量设备，进一步包括：

用于在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，噪声光的改变量是一个通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率的改变量而得到的值，

其中所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而现实了不小于3dB的喇曼增益的功率。

19.根据权利要求11所述的喇曼增益斜率测量设备，进一步包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

根据所述第一装置获得的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置，

其中所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

20.根据权利要求10所述的喇曼增益斜率测量设备，其中所述设备

结合在一个光纤传输系统的发射或接收终端站或中继台中，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，和

用于对通过作为信号传输线的所述光纤发送的信号光的喇曼放大。

21.根据权利要求10所述的喇曼增益斜率测量设备，所述设备

结合在一个光纤传输系统的发射或接收终端站或中继台中，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，和

用于对通过作为信号传输线的所述光纤发送的信号光的喇曼放大，

进一步包括：

用于在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，噪声光的改变率是通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率的改变量而得到的值。

22.根据权利要求11所述的喇曼增益斜率测量设备，其中所述设备

结合在一个光纤传输系统的发射和接收终端站或中继台中，测量作为信号传输线的光纤的增益斜率，和

用于对通过作为信号传输线的所述光纤发送的信号光的喇曼放大，

进一步包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

用于根据所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置。

23.一种用于通过作为信号传输线的光纤从一个发射终端站向一个接收终端站发送信号光的光纤传输系统，其中

所述发射或接收终端站或中继台包括一个用于测量喇曼增益斜率的喇曼增益斜率测量设备，喇曼增益斜率是通过用泵激光的功率规格化入射到所述光纤的所讨论的泵激光造成的喇曼放大产生的增益而获得的值，

所述喇曼增益斜率测量设备包括用于通过测量喇曼放大在要测量的光纤中产生的噪声光的功率获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置。

24.根据权利要求23所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括用于在两个或更多的阶段中改变泵激光的功率，并且测量噪声光的改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，噪声光的改变量是通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率改变量而得到的值。

25.根据权利要求24所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

用于根据所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置。

26.根据权利要求25所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括：

用于使泵激光入射到所述光纤的泵激光源，

用于将所讨论的泵激光与所讨论的光纤耦合的光耦合装置，

用于测量从所讨论的光纤输出的噪声光的功率的光接收装置，和

用于将所讨论的噪声光从所讨论的光纤导入到所讨论的光接收装置的光分配装置。

27.根据权利要求26所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括：

用于相对于入射到所述光纤的所述泵激光的每个阶段的功率，测量从通过所述光纤发射信号光的信号光源发送的所述信号光的功率，以测量所述光纤的喇曼增益斜率的装置。

28.根据权利要求25所述的光纤传输系统，其中

在所述第一装置，在进行有关多种光纤的测量中，一致地测量噪声光的改变量和喇曼增益斜率，而不相对于每种光纤改变测量系统。

29.根据权利要求25所述的光纤传输系统，其中

在所述第一装置，通过将噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式假设为一个线性表达式，计算所述线性表达式的系数。

30.根据权利要求29所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备替换作为所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的所述线性表达式中的要测量的所述光纤的噪声光的改变量，以计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率。

31.根据权利要求23所述的光纤传输系统，其中

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

32.根据权利要求23所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括：

用于在两个或更多的阶段中改变入射到所述光纤的泵激光的功率，并且测量噪声光改变量以获得所讨论的光纤的喇曼增益斜率的装置，噪声光的改变量是通过用所述泵激光的功率的改变量规格化对应的所述噪声光的功率的改变量而得到的值，

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

33.根据权利要求24所述的光纤传输系统，其中

所述喇曼增益斜率测量设备包括：

用于从得到的有关已知其喇曼增益斜率的多种光纤的噪声光的改变量，获得噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的关系表达式的第一装置，和

用于根据所述第一装置得到的噪声光的改变量与喇曼增益斜率之间的所述关系表达式，从要测量其增益斜率的光纤的噪声光的改变量，计算所讨论的要测量的光纤的喇曼增益斜率的第二装置，

所述泵激光的功率是通过施加到所述光纤而实现了不小于3dB的喇曼增益的功率。

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