CN1479478A - 色散监控法与设备及色散斜率温度相关性补偿法与设备 - Google Patents

Abstract

在波分复用光传输系统中，为了获知色散斜率的温度相关性的影响量，本发明提供了一种对两个或多个波长信道中的色散变化量进行监控的方法。本发明还提供了一种对色散的温度相关性的波长相关性进行补偿的方法，该方法根据所监控的色散变化量而单独地为信道提供合适的色散或者概括性地为所有带宽提供合适的色散，从而实现对色散的温度相关性的波长相关性的补偿。根据本发明所述，它可以在波分复用光传输系统中减小因色散斜率的温度相关性而导致的传输性能的恶化失真。

Description

色散监控法与设备及色散斜率温度相关性补偿法与设备

发明领域

本发明涉及色散的监控方法与设备以及色散斜率的温度相关性的补偿方法与设备，尤其涉及在波分复用(WDM)光传输系统中的传输光纤上的色散变化量的监控方法以及传输线的色散补偿方法。

背景技术

当前，人们已经开始着眼于研究/开发用以在将来构建光子网络的高速/大容量的光通信。实现这样一种光通信的一个重要的问题在于，需要对传输线的色散进行补偿。如图1所示，在一个光传输系统中，由发送器1产生的光信号(图中的A)被传送到传输光纤2，并且被以特定距离设置的光中继器3光学放大从而传送到接收器5。由于传输光纤2与光中继器3的色散，光信号在刚经过传输之后其波形会恶化失真(图中的B)。如果直接接收光信号，则连续的光脉冲之间的干扰会导致产生信号读取误差。而且，光信号的速度越快，则1个时隙(即1个位占用的时间宽度)的宽度就越窄，且因此色散D(ps/nm)对传输特性的影响就越大。因此，就需要色散补偿装置4用以补偿传输线(传输光纤和光中继器)的色散。

这里的问题在于，传输光纤的色散是随着温度的改变而变化的。在传输光纤为1.3μm的零色散光纤(单模光纤：SMF)或色散位移光纤的情况下，众所周知，相应于温度改变ΔT(度)的色散变化遵从下列公式，以使零色散波长偏移(K.S.Kim和M.E.Lines，“Temperature dependenceof chromatic dispersion in dispersion-shifted fibers：Experiment andanalysis”(色散偏移光纤中温度与色散的关系：实验与分析)，J.Appl.Phys.，Vol.73，No.5，pp.2069-2074，1993)。

ΔD＝Z·S·L·ΔT      (1)

其中，ΔD(ps/nm)表示色散变化量，Z(nm/deg)表示零色散波长偏移的温度常数，S(ps/nm²/km)表示色散斜率(色散关于波长的微分)，而L(km)表示光纤长度。

迄今为止，由温度改变引起的色散的变化量被认为是与波长无关的常量。因此，依照目前人们已经提出的自适应的色散补偿技术，在各个不同的信道中以等同的量对色散变化进行补偿(T.Inui等人“Adaptivedispersion slope grating pair with a novel dispersion detection technique”(具有新颖的色散探测技术的自适应色散斜率光栅对)，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.14，no.4，P.549(2002)，H.Ooi等人“40-Gbit/s WDM automaticdispersion compensation with virtually imaged phased array(VIPA)variabledispersion compensators”(利用实质成像相位阵列(VIPA)变量色散补偿器的40-Gbits/s WDM自动色散补偿)，IEICE Trans.Commun.，vol.E85-B，no.2，p.463(2002))。

目前已经开发出反色散光纤(RDF)(K.Mukasa等人“Novel networkfiber to manage dispersion at 1.55μm with combination of 1.3μm zerodispersion single mode fiber”(利用1.3μm零色散单模光纤的组合以管理1.55μm的色散的新颖网络光纤)，ECOC’97，1，p.127(1997))，在该种光纤中，色散/色散斜率具有的正负符号相反于1.3μm零色散光纤(单模光纤：SMF)的正负符号并且其色散/色散斜率的绝对值近似于SMF的绝对值。通过结合RDF与SMF，可以得到这样的传输线，其中色散和色散斜率两者都近似为零。因此，结合有SMF和RDF的传输线可被用于WDM传输(K.Yonenaga等人“Dispersion-compensation-free 40Gbit/sx4-channel WDM transmission experiment using zero-dispersionflattened transmission line”(利用零色散扁平传输线进行的无色散补偿40Gbit/sx4信道WDM传输实验)，OFC’98，PD20(1998)，E.Yamada等人“106 channel×10Gbit/s，640km DWDM transmission with 25GHz spacingwith supercontinuum multi-carrier source”(利用超连续体多载体源实现的106信道×10Gbit/s、640公里的间隔为25GHz的DWDM传输)，Electron.Lett.，vol.37，p.1534(2001))，以及超高速OTDM传输(M.Nakazawa等人“1.28Tbit/s-70km OTDM transmission using third-and fourth-ordersimultaneous dispersion compensation with a phase modulator”(利用相位调制器通过第三和第四级同步色散补偿而实现的1.28Tbit/s-70km OTDM传输)，Electron Lett.，vol.36，p.2027(2000))。另外，RDF不仅可简单地用作传输介质，而且它还可通过使RDF的芯径(core diameter)小于SMF或色散位移光纤的芯径从而起到喇曼放大的作用(H.Kawakami等人“Highly efficient distributed Raman amplification system in azero-dispersion flattened transmission line”(零色散扁平传输线中的高效分布式喇曼放大系统)，OA&A’99，ThB5(1999)，E.Yamada等人“106channel×10Gbit/s，640km DWDM transmission with 25GHz spacing withsupercontinuum multi-carrier source”(利用超连续体多载体源实现的106信道×10Gbit/s、640公里的间隔为25GHz的DWDM传输)，Electron Lett.，vol.37，p.1534(2001))。

尽管人们已经知道光纤的色散具有温度相关性(temperaturedependency)，但是没人对色散斜率的温度相关性进行研究。但是，众所周知的是，具有像在RDF中那样的负色散/色散斜率的光纤，其色散斜率是与温度相关的。也就是说，不可以忽略色散的温度相关性的波长相关性。当利用SMF和RDF构造高速/宽带的WDM传输线但却不考虑该特性时，则由于温度改变使得在各信道中的色散值不同，超出信道可容许的色散值。

<RDF色散斜率的温度相关性>

图2A和图2B示意说明了SMF和RDF各自的色散曲线(色散依波长变化的关系)。在光纤具有如在RDF中的负色散斜率的情况下，通过设计折射率分布来调整结构性色散，就可使长波端的色散按负方向增长。因此，当绘制光纤的色散-波长图时，SMF的色散-波长变化曲线基本上将变成一条线性直线，而RDF的色散-波长变化曲线则将变成一条具有一定曲率半径的曲线。这还可以表示为对于四次色散(色散斜率的波长微分)的绝对值来说，RDF的大于SMF的。

在这种情况下，通过将光纤的温度从T₁改变为T₂，可以观察到色散在波长λ₁和λ₂上的改变。当色散曲线由于温度变化而偏移时，在图2A中SMF的情形中，在λ₁和λ₂处的改变量ΔD_1SMF和ΔD_2SMF的大小几乎相等。与之相反，在光纤具有如在RDF中那样的曲率半径的色散特性的情况下，如图2B所示，在λ₁和λ₂处的改变量ΔD_1RDF和ΔD_2RDF的大小彼此截然不同。这个事实表明，不可忽视的波长相关性是存在于RDF色散的温度相关性中的(就该事实也可以理解为，RDF的色散斜率具有温度相关性)。

图3示出了通过测量色散的温度相关性常数而得到的与SMF和RDF有关的曲线，而且其中的温度相关性常数是关于四个波长点绘制的。通过连接这四个点而得到倾斜的线性直线，其倾斜度相当于色散斜率的温度相关性常数。该值对应于SMF为1.79×10^-6ps/km/nm²/deg，该值对应于RDF为1.48×10^-5ps/km/nm²/deg，RDF的该值比SMF的该值大一个数量级。

<色散斜率的温度相关性所产生的影响>

当将光传输系统中的光信号的波长带宽定义为Δλ(nm)，将温度相关性常数和具有一定色散斜率的传输光纤的长度分别定义为α_T(ps/nm²/km/deg)和L(km)，并且将温度变化定义为ΔT(deg)时，则此时色散变化量差值ΔD(ps/nm)由下述公式表达。

ΔD＝α_T·L·ΔT·Δλ    (2)

因此，例如，当传输线具有与RDF相类似的值α_T＝1.48×10^-5(ps/km/nm²/deg)、光纤长度被设定为L＝1000(km)、温度变化被设定为ΔT＝50(deg)、波长带宽被设定为Δλ＝100(nm)时，则此时色散变化量差值ΔD＝74.0(ps/nm)。也就是说，即使在操作WDM传输系统的初始时刻在整个100nm的波带范围内将色散设定为0，并且通过自适应型色散补偿器在整个波长带宽范围内以相同的量对色散变化量进行补偿，但由于色散斜率的温度相关性，所以在最短波长与最长波长的信道之间将产生74.0(ps/nm)的色散差值。在这种情况下，它将很难应用于40Gbit/s/ch的WDM传输系统(其容许的色散约为40ps/nm)。

如上所述，由于光纤的色散斜率的温度相关性，所以在高速/宽带的WDM传输中，温度变化会导致不同信道之中的色散值不同。因此，即使通过自适应型色散补偿器在整个波长带宽范围内以相同的量对色散变化量进行补偿，仍然会出现变化量超出信道所能容许的色散值的问题。

发明内容

本发明的一个目的是监控并补偿色散的温度相关性的波长相关性，即，WDM光传输系统中的色散斜率的温度相关性。

依照本发明的第一个方面，在依照本发明的色散监控方法中，它提供了一种对波分复用光传输系统中的传输光纤上的色散进行监控的方法，该方法包括从传输光纤中抽取两个或多个波长信道1至n以及监控所抽取的波长信道的色散的步骤。

这里，所述监控色散的步骤可以包括如下步骤：在一特定温度T₁(℃)下测量所抽取的波长信道1至n(波长：λ_mon1至λ_monn)中的第一色散值；在另一特定温度T₂(℃)下测量波长信道1至n中的第二色散值；通过所测得的第一色散值和第二色散值之间的差值以给出所抽取的波长信道1至n中的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_monn；以及根据给出的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_monn求取任意波长(λ)上的色散变化量。

这里，n可以是2，并且所述求取色散变化量的步骤可以通过下述公式计算任意波长(λ)中的色散变化量ΔD(λ)。 $\mathrm{\&Delta;D}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}}\&CenterDot;(\mathrm{\&lambda;}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1})+{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}$

所述监控色散步骤还可以包括如下步骤：在一特定温度T₁(℃)下测量所需波长信道的第一色散值；在另一特定温度T₂(℃)下测量所需波长信道的第二色散值；以及通过所测得的第一色散值和第二色散值之间的差值给出所需波长信道中的色散变化量。

依照本发明的第二个方面，在依照本发明的色散斜率的温度相关性的补偿方法中，它提供了一种对波分复用光传输系统中的色散斜率的温度相关性进行补偿的方法，该方法包括通过上述方法求取色散变化量ΔD(λ)以及通过利用所求取的色散变化量ΔD(λ)对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤。

这里，所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤可包括如下步骤：将传输光纤上的信号光分为一个或多个波长信道组，所述波长信道组至少由一个波长信道构成；以及根据分开的一个或多个波长信道组中的每一组进行色散补偿。

所述色散补偿步骤可以通过使用一个或多个具有光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating)的可调谐色散补偿器得到实现。

所述色散补偿步骤还可以通过使用一个或多个具有滤波器的可调谐色散补偿器得到实现。

所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤还可以对波分复用光传输系统中所有带宽中的色散的温度相关性的波长相关性进行概括性地(summarizingly)补偿。

所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤还可以通过使用一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器得到实现。

所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤还可以包括在设于光节点处的色散补偿光纤中提供温度变化的步骤。

依照本发明的第三个方面，在依照本发明的色散监控设备中，它提供了一种用于对波分复用光传输系统中的传输光纤上的色散进行监控的色散监控设备，所述色散监控设备包括用于从传输光纤中抽取两个或多个波长信道的抽取装置以及用于监控所抽取信道的色散的监控装置。

依照本发明的第四个方面，在依照本发明的色散斜率温度相关性补偿设备中，它提供了一种用于对波分复用光传输系统中的色散斜率的温度相关性进行补偿的色散斜率温度相关性补偿设备，所述色散斜率温度相关性补偿设备包括：监控装置，它用于对传输光纤上两个或多个波长信道的色散进行监控；以及补偿装置，它用于通过利用所监控的色散来对任意波长信道中的色散的温度相关性的波长相关性进行补偿。

这里，所述补偿装置可包括：用于将传输光纤上的信号光分成一个或多个波长信道组的装置，所述波长信道组由至少一个波长信道组成；以及用于根据所述分开的一个或多个波长信道组中的每一组进行色散补偿的装置。

所述补偿装置可包括一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器。

所述补偿装置还可包括一个或多个具有滤波器的可调谐色散补偿器。

所述补偿装置还可以对波分复用光传输系统中所有带宽中的色散的温度相关性的波长相关性进行概括性地补偿。

所述补偿装置还可包括一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐补偿器。

所述补偿装置还可进一步包括设于光节点处的色散补偿光纤以及用于为所述色散补偿光纤提供温度变化的装置。

根据本发明所述，它可以实现这样一种波分复用光传输系统，其传输特性不会受色散斜率的温度相关性的影响而恶化失真。

通过以下结合附图对本发明实施例的说明，本发明的上述及其它的目的、效果、特征与优点将会变得更加清楚。

附图的简要说明

图1是说明光传输系统的概括示意图；

图2A和2B的示意图示出了SMF和RDF的色散的波长相关性的温度相关性；

图3示出了SMF和RDF的色散的温度相关性常数的波长相关性；

图4示出了色散斜率温度相关性补偿设备的示例性设备结构图；

图5示出了在特定波长下计算色散变化量的方法；

图6示出了依照本发明第一个实施例所述的色散监控设备的设备结构图；

图7示出了依照本发明第四个实施例所述的色散斜率温度相关性补偿设备的设备结构图；

图8用于说明各信道单独色散补偿的方法；

图9示出了依照本发明第八个实施例所述的色散斜率温度相关性补偿设备的设备结构图；

图10用于说明所有带宽的色散的概括性补偿方法；

图11示出了能够在纵向提供温度梯度的具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器；

图12示出了能够在纵向提供应力分布的具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器；

图13示出了依照本发明第十个实施例所述的色散斜率的温度相关性补偿方法的结构图。

优选实施例的详细说明

图4示出了一种色散斜率温度相关性补偿设备的设备结构，所述设备用于对波分复用光传输系统中传输光纤的色散变化量进行监控和补偿。这里，作为用于实现色散变化量监控方法的装置，它可以使用下述参考文献中所描述的色散检测设备，例如，日本专利申请No.2002-164437、美国专利申请公开No.US2003/0086713A1、欧洲专利申请公开No.1309115以及T.Inui、K.R.Tamura、K.Mori与T.Morioka的“Bitrate flexible chirp measurement technique using two-photon absorption”(使用两光子吸收的比特率可变线性调频脉冲测量技术)，Electronics Letters，vol.38，no.23，7th November 2002。

该色散斜率温度相关性补偿设备包括色散检测设备和可调谐的色散补偿器406。所述色散检测设备包括可调谐波长的滤波器408、光耦合器409、色散介质410与412、非线性光检测装置414、差值信号输出装置416以及控制器404。可调谐波长的滤波器408的构造使其能够设定待拾取的光的波长。色散介质410与412所使用的介质，其色散值的绝对值D相等且色散值正负符号彼此相反。非线性光检测装置414输出与光强度的平方成正比的电压。差值信号输出装置416检测非线性光检测装置414输出电压之间的差值并且输出差值信号(电压差)。

为了知道色散斜率的温度相关性的影响量，需对两个信道的色散变化进行监控。例如，通过利用色散检测设备中包括有PC(个人计算机)的控制器404对可调谐波长的滤波器408进行控制，同时设定其中心波长从而抽取出监控信道1(λ_mon1)，就可以测出λ_mon1在特定温度T₁(℃)下的色散值。波长为λ_mon1的光通过可调谐波长的滤波器408，然后在光耦合器409处被分开并且被输入到色散介质410和412中。通过色散介质410的光的脉冲宽度被展宽，而通过色散介质410的光的脉冲宽度则变窄，而后它们被输入到非线性光检测装置414中。差值信号输出装置416通过两个非线性光检测装置414输出的差值而计算出色散值，并将该色散值存储在控制器404中。

类似地，可以对可调谐波长的滤波器408的中心波长进行设定以抽取出监控信道2(λ_mon2)，测量λ_mon2在特定温度T₁(℃)下的色散值并且将该色散值存储到控制器404中。

接下来，当环境条件改变(温度改变)以从温度T₁(℃)改变为特定温度T₂(℃)时，色散检测设备对λ_mon1的色散值进行测量，并且将该色散值输出到控制器404。控制器404计算出温度T₁(℃)下λ_mon1的色散值与温度T₂(℃)下λ_mon1的色散值之间的差值，从而给出色散变化量ΔD_mon1。

类似地，对温度T₂(℃)下λ_mon2的色散值的测量也被执行。然后，通过温度T₂(℃)下的色散值和温度T₁(℃)下的色散值之间的差就可以得到λ_mon2的色散变化量ΔD_mon2。

如图5所示，当监控信道1(λ_mon1)的色散变化量为ΔD_mon1而监控信道2(λ_mon2)的色散变化量为ΔD_mon2时，则任意波长λ的色散变化量ΔD(λ)可推算如下(色散变化量ΔD(λ)接近于线性直线，这是由于RDF的色散斜率温度相关性的线性度极佳，例如R＝0.99988)。 $\mathrm{\&Delta;D}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}}\&CenterDot;(\mathrm{\&lambda;}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1})+{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}......\left(3\right)$

通过上述计算结果，可调谐的色散补偿器406就可以在控制器404的控制下执行自适应的色散补偿，从而为WDM信道提供适当的色散补偿量。

当更加细致地监控色散时，或当传输光纤的色散斜率温度相关性不能用线性直线模拟时，可以构造这样一种结构：在数目大于两个的波长信道中监控色散，并且为各信道提供适当的色散补偿量。

(第一个实施例)

图6显示了本发明的第一个实施例。在其中传输速率为40Gbit/s的波分复用光传输系统的传输光纤是由SMF和RDF构成的传输线中，利用色散检测设备而构成有一种结构，所述色散检测设备在T.Inui、K.R.Tamura、K.Mori与T.Morioka的“Bit rate flexible chirp measurementtechnique using two-photon absorption”(使用两光子吸收的比特率可变线性调频脉冲测量技术)，Electronics Letters，vol.38，no.23，7th November2002所披露的色散变化量监控方法中得到了描述。作为色散监控设备的色散介质，可以采用色散值为40ps/nm的SMF 610和色散值为-40ps/nm的色散补偿光纤(DCF)612。并且可以采用在1.5μm波带表现出双光子吸收特性的硅雪崩光电二极管(Si-APD)614以作为非线性光检测装置。为了使色散介质的色散值恒定不变而不因波长不同而不同，光纤优选地采用色散扁平型(flattened type)光纤。由于使用的Si-APD614的截止频率充分小于所使用的传输速率。因此，可以提供直流电压以作为输出。例如，相对于40Gbit/s的传输速率，可以使用截止频率为10MHz的Si-APD。这里，可利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating)作为色散介质，并且可利用SHG(二次谐波发生)晶体作为非线性光检测装置。

差分放大器616检测两路Si-APDs614输出电压之间的差值，并且输出差值信号(电压差)。该差值信号代表一个与色散(线性调频脉冲(chirp))大小一致的值，且因此可以通过检测差值信号从而测量传输光纤的色散。

为了测量传输光纤的色散斜率的温度相关性，需要对波分复用信号中两个信道的色散变化进行监控。可调谐波长的滤波器608被设置在色散检测设备中的两路分束之前，该滤波器由含有PC(个人计算机)的控制器604控制，并且通过设定其中心波长可抽取监控信道1(λ_mon1)。而且，特定温度T₁(℃)下λ_mon1的色散值得到测定并被存储到控制器604中。类似地，通过设定可调谐波长的滤波器的中心波长可抽取监控信道2(λ_mon2)，并且特定温度T₁(℃)下λ_mon2的色散值可被测定并被存储到控制器604中。

接下来，当温度改变为特定温度T₂(℃)时测定λ_mon1色散值，并且通过T₂(℃)下的λ_mon1色散值和T₁(℃)下的λ_mon1色散值的差值得出λ_mon1的色散变化量ΔD_mon1。类似地，T₂(℃)下λ_mon2色散值的测量被执行。然后，通过T₂(℃)下的λ_mon2色散值和T₁(℃)下的λ_mon2色散值的差值得出λ_mon2的色散变化量ΔD_mon2。

当传输光纤的色散斜率温度相关性可以用一条线性直线模拟时，任意特定波长(λ)的色散变化量ΔD(λ)表达如下，并且因此，由下述公式可获知色散变化量，也就是说由下述公式可知晓各波长信道中待被补偿的色散量。 $\mathrm{\&Delta;D}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}}\&CenterDot;(\mathrm{\&lambda;}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1})+{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}....\left(3\right)$

(第二个实施例)

与图6所示的第一实施例相类似，在其中波分复用光传输系统的传输光纤是由SMF和RDF构成的传输线中，利用色散检测设备而构成有一种结构，该色散检测设备在T.Inui、K.R.Tamura、K.Mori与T.Morioka的“Bit rate flexible chirp measurement technique using two-photonabsorption”(使用两光子吸收的比特率可变线性调频脉冲测量技术)，Electronics Letters，vol.38，no.23，7th November 2002所披露的色散变化量监控方法中得到了描述。

在包括有PC(个人计算机)的控制器604控制下，一个接一个地对所有波长信道设定可调谐波长的滤波器的中心波长并且监控色散值。例如，在包括32个信道的波分复用光传输系统中，测定波长信道1至32(λ_mon1至λ_mon32)在特定温度T₁(℃)下的色散值并且将这些色散值存储在控制器604中。接下来，在另一特定温度T₂(℃)下测定λ_mon1至λ_mon32中的色散值，通过取各个波长信道在温度T₂(℃)下的色散值与温度T₁(℃)下的色散值的差值，就可以监控所有波长信道λ_mon1至λ_mon32的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_mon32。通过监控各波长信道的色散变化量，可以得到各波长信道所需的合适的色散补偿量。

(第三个实施例)

与图6所示的第一实施例相类似，在其中波分复用光传输系统的传输光纤是由SMF和RDF构成的传输线中，利用色散检测设备而构成有一种结构，该色散检测设备在T.Inui、K.R.Tamura、K.Mori与T.Morioka的“Bit rate flexible chirp measurement technique using two-photonabsorption”(使用两光子吸收的比特率可变线性调频脉冲测量技术)，Electronics Letters，vol.38，no.23，7th November 2002所披露的色散变化量监控方法中得到了描述。

在包括有PC(个人计算机)的控制器604控制下，一个接一个地对多个波长信道设定可调谐波长的滤波器的中心波长并且监控色散值。例如，在包括128个信道的波分复用光传输系统中，以特定间隔(在本实施例中是4个信道的间隔)测定监控信道1至32(λ_mon1至λ_mon32)在特定温度T₁(℃)下的色散值并且将这些色散值存储在控制器604中。接下来，在另一特定温度T₂(℃)下测定波长信道1至32(λ_mon1至λ_mon32)的色散值，通过各个波长信道在温度T₂(℃)下的色散值与温度T₁(℃)下的色散值的差值，就可以监控间隔为4个信道的波长信道λ_mon1至λ_mon32的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_mon32。本实施例给出了这样一种方法，即，通过将色散变化量的值绘制在坐标图上并且利用例如最小二乘法给出其近似曲线，从而可以计算出任意特定波长(λ)的色散变化量ΔD(λ)。

该色散变化量方法还可以应对处理其中传输光纤的色散斜率温度相关性不能用一条线性直线来模拟的情况。

(第四个实施例)

图7示出了本发明的第四个实施例。在其中传输光纤是由SMF和RDF构成的40Gbit/s的波分复用光传输系统中，利用色散检测设备而构成有一种结构，该色散检测设备在T.Inui、K.R.Tamura、K.Mori与T.Morioka的“Bit rate flexible chirp measurement technique using two-photonabsorption”(使用两光子吸收的比特率可变线性调频脉冲测量技术)，Electronics Letters，vol.38，no.23，7th November 2002所披露的色散变化量监控方法中得到了描述。色散值为40ps/nm的SMF610和色散值为-40ps/nm的色散补偿光纤(DCF)612被采用作为色散监控设备的色散介质，并且在1.5μm波带表现出双光子吸收特性的硅雪崩光电二极管(Si-APD)614被采用作为非线性光检测装置。为了使色散介质的色散值恒定不变而不因波长不同而不同，光纤优选地采用色散扁平型。由于使用的Si-APD614的截止频率充分小于所用的传输速率。因此，可以提供直流电压以作为输出。例如，相对于40Gbit/s的传输速率，可以使用截止频率为10MHz的Si-APD。

差分放大器616通过检测两路Si-APDs614输出电压之间的差值而输出差值信号(电压差)。该差值信号代表了与色散(线性调频脉冲)幅度一致的值，且因此可以检测并测量传输光纤的色散。可以通过在包括有PC(个人计算机)的控制器604中利用所述差值信号对可调谐的色散补偿器606进行控制，从而执行色散补偿。

为了测量传输光纤的色散斜率的温度相关性，需对两个信道的波分复用信号的色散变化量进行监控。可调谐波长的滤波器608被设置在色散检测设备中的两路分束之前，该滤波器由控制器604控制，并且通过设定其中心波长可抽取监控信道1(λ_mon1)。而且，特定温度T₁(℃)下λ_mon1的色散值得到测定并被存储到控制器604中。类似地，通过设定可调谐波长的滤波器的中心波长可抽取监控信道2(λ_mon2)，并且特定温度T₁(℃)下λ_mon2的色散值可被测定并被存储到控制器604中。

接下来，当温度改变为特定温度T₂(℃)时测定λ_mon1色散值，并且通过T₂(℃)下的λ_mon1色散值和T₁(℃)下的λ_mon1色散值的差值得出λ_mon1的色散变化量ΔD_mon1。类似地，T₂(℃)下λ_mon2色散值的测量被执行。然后，通过T₂(℃)下的λ_mon2色散值和T₁(℃)下的λ_mon2色散值的差值得出λ_mon2的色散变化量ΔD_mon2。

当传输光纤的色散斜率温度相关性可以用一条线性直线模拟时，任意特定波长(λ)的色散变化量ΔD(λ)表达如下，并且因此，由下述公式可获知色散变化量，也就是说由下述公式可知晓各波长信道中待被补偿的色散量。 $\mathrm{\&Delta;D}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}}\&CenterDot;(\mathrm{\&lambda;}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1})+{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}....\left(3\right)$

经由传输光纤传输的光信号通过阵列波导光栅(AWG)607被分束至各个波长信道，并且被输入到可调谐的色散补偿器606中。而且，通过控制器604控制可调谐的色散补偿器606，就可对利用上述计算方法求出的与各个信道相对应的色散变化量进行补偿。可以使用这样一种可调谐的色散补偿器606，其中线性调频脉冲光纤布拉格光栅的色散是可通过使用加热器而改变的。对其描述如图8所示，各个信道通过对可调谐的色散补偿器606因温度改变而产生的色散进行补偿，从而使色散斜率的温度相关性得到补偿。

(第五个实施例)

可通过阵列波导光栅(AWG)将经由传输光纤传输的光信号分成一个或多个波长信道组，所述波长信道组由若干个波长信道构成。在如图7所示结构的情况下，经由传输光纤传输的光信号被阵列波导光栅(AWG)607分成一个或多个波长信道组(所述波长信道组由若干个波长信道构成)，并且被输入到可调谐的色散补偿器606中。而且，通过控制器604控制可调谐的色散补偿器606，就可对利用上述计算方法求出的与各个波长信道组相对应的色散变化量进行补偿。

(第六个实施例)

在如图7所示的结构中，可以利用平面光波电路型(PLC)可调谐色散补偿器代替上述线性调频脉冲光纤布拉格光栅，所述平面光波电路型(PLC)可调谐色散补偿器是滤波器型的可调谐色散补偿器，它在(K.Takiguchi等人“Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber usinga lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit”(利用平面光波电路上的格状可编程光滤波器的用于色散偏移光纤的色散斜率补偿器)，J.Lightwave Technol.，vol.16，no.9，p.1647(1998))中得到了描述。

(第七个实施例)

在如图7所示的结构中，可以利用LOTADE代替线性调频脉冲光纤布拉格光栅作为可调谐的色散补偿器，所述LOTADE(M.Jablonski等人“Adjustable coupled two-cavity allpass filter for dispersion slopecompensation of optical fibres”(用于光纤色散斜率补偿的可调耦合双空穴全通滤波器)，Electron Lett.，vol.36，no.6，p.511(2000))是一种滤波器型的可调谐色散补偿器。

(第八个实施例)

图9显示了本发明的第八个实施例。

依照该实施例，如图10所示，本实施例配置了这样一种结构，该结构能够概括性地对因温度改变而导致的所有带宽的色散进行补偿。本实施例使用了宽带宽的具有线性调频脉冲光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器。

色散斜率温度相关性补偿设备的可调谐色散补偿器806通过光环形器804将传输光纤上的光信号引导至线性调频脉冲光纤布拉格光栅803，并且将光信号再次输出至传输光纤。如图11所示，沿线性调频脉冲光纤布拉格光栅803的纵向固定有多个加热器802。而且，通过在纵向上提供温度梯度，传输光纤上因温度改变而产生的色散变化量就可被具有相反特性的色散变化量抵消。通过该方法可以补偿色散斜率的温度相关性。

(第九个实施例)

在如图9所示的结构中，可以利用压电元件代替第八个实施例中的加热器。

如图12所示，在依照本发明第九个实施例的可调谐的色散补偿器中，具有宽带宽的线性调频脉冲光纤布拉格光栅803上固定有沿纵向分开的压电元件1102。而且，通过改变压电元件在纵向上的伸缩量，因温度改变而产生的色散就可被具有相反特性的色散变化量抵消。通过该方法可以补偿色散斜率的温度相关性。

(第十个实施例)

图13示出了本发明的光纤调节(accommodation)设备。本实施例的原理是，通过精确地控制设置在光节点处的色散补偿光纤周围的温度，从而抑制在光节点处的传输光纤与色散补偿光纤的色散斜率温度相关性的总和影响。

本发明的光纤调节设备1202包括温度控制电路1204并且在光节点处包括色散补偿光纤1208。传输光纤具有长度L₁(km)，其色散斜率温度常数为α_T1(ps/nm²/km/deg)，而光纤调节设备中的色散补偿光纤则具有长度L₂(km)，其色散斜率温度常数为α_T2(ps/nm²/km/deg)。当光学传输系统中的光学系统的波长带宽为Δλ(nm)，传输系统可容许的色散值范围是大于或等于-ΔD₀(ps/nm，但是ΔD₀＞0)且小于或等于ΔD₀，传输光纤在一年时间所经受的温度改变量为ΔT₁(deg)时，则可通过利用温度控制电路1204对色散补偿光纤1208进行设定，以使其温度改变量ΔT₂(deg)满足下述公式。

|α_T1·L₁·ΔT₁+α_T2·L₂·ΔT₂|·Δλ≤ΔD₀    (4)

因此，传输光纤1206和色散补偿光纤1208的色散斜率温度相关性的影响就可以得到抑制。

本发明已经结合优选实施例进行了详细说明，并且通过上面的描述本领域普通技术人员将能明白，可以不背离本发明的精神实质而对其进行改变和改进，并且因此，清楚的权利要求书覆盖了所有那些落入本发明实质精神范畴的改变和改进。

Claims (19)

1.一种对波分复用光传输系统中传输光纤上的色散进行监控的方法，所述方法包括如下步骤：

从传输光纤中抽取两个或多个波长信道1至n；以及

对所抽取的波长信道的色散进行监控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对色散进行监控的步骤包括如下步骤：

在一特定温度T₁(℃)下测量所抽取的波长信道1至n中的(波长：λ_mon1至λ_monn)的第一色散值；

在另一特定温度T₂(℃)下测量波长信道1至n中的第二色散值；

通过所测得的第一色散值和第二色散值之间的差值以给出所抽取的波长信道1至n的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_monn；以及

根据给出的色散变化量ΔD_mon1至ΔD_monn求取任意波长(λ)上的色散变化量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述n为2，并且所述求取色散变化量的步骤通过下述公式计算任意波长(λ)中的色散变化量ΔD(λ)： $\mathrm{\&Delta;D}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}2}-{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}}\&CenterDot;\left({\mathrm{\&lambda;}-\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{mon}1}\right)+{\mathrm{\&Delta;D}}_{\mathrm{mon}1}$

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对色散进行监控的步骤包括如下步骤：

在一特定温度T₁(℃)下测量所需波长信道的第一色散值；

在另一特定温度T₂(℃)下测量所需波长信道的第二色散值；以及

通过所测得的第一色散值和第二色散值之间的差值给出所需波长信道中的色散变化量。

5.一种对波分复用光传输系统中的色散斜率的温度相关性进行补偿的方法，所述方法包括如下步骤：

利用根据权利要求2-4所述的任意一个方法求取色散变化量ΔD(λ)；以及

通过利用所求取的色散变化量ΔD(λ)对色散斜率的温度相关性进行补偿。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤包括如下步骤：

将传输光纤上的信号光分为一个或多个波长信道组，所述波长信道组由至少一个波长信道构成；以及

依照分开的一个或多个波长信道组中的每一组进行色散补偿。

7.根据权利要求5的所述的方法，其特征在于，所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤对波分复用光传输系统中所有带宽中色散的温度相关性的波长相关性进行概括性地补偿。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对色散进行补偿的步骤是通过使用一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器得到实现。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对色散进行补偿的步骤是通过使用一个或多个具有滤波器的可调谐色散补偿器得到实现。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤是通过使用一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器得到实现。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对色散斜率的温度相关性进行补偿的步骤包括如下步骤：

为设于光节点处的色散补偿光纤提供温度变化。

12.一种用于对波分复用光传输系统中的传输光纤上的色散进行监控的色散监控设备，所述色散监控设备包括：

抽取装置，用于从传输光纤中抽取两个或多个波长信道；以及

监控装置，用于监控所抽取的波长信道的色散。

13.一种用于对波分复用光传输系统中的色散斜率的温度相关性进行补偿的色散斜率温度相关性补偿设备，所述色散斜率温度相关性补偿设备包括：

监控装置，用于对传输光纤上两个或多个波长信道的色散进行监控；以及

补偿装置，它用于通过利用所监控的色散对任意波长信道中的色散的温度相关性的波长相关性进行补偿。

14.根据权利要求13所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置包括：

用于将传输光纤上信号光分成一个或多个波长信道组的装置，所述波长信道组由至少一个波长信道组成；以及

用于依照所述分开的一个或多个波长信道组中的每一组进行色散补偿的装置。

15.根据权利要求13所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置对波分复用光传输系统中所有带宽中的色散的温度相关性的波长相关性进行概括性地补偿。

16.根据权利要求14所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置包括一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐色散补偿器。

17.根据权利要求14所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置包括一个或多个具有滤波器的可调谐色散补偿器。

18.根据权利要求15所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置包括一个或多个具有光纤布拉格光栅的可调谐补偿器。

19.根据权利要求15所述的色散斜率温度相关性补偿设备，其特征在于，所述补偿装置包括：

安设在光节点处的色散补偿光纤；以及

用于为所述色散补偿光纤提供温度变化的装置。

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