CN1524359A - 不要求链路间作电-光转换的光纤链路与自由场空间链路集成的陆上光通信网 - Google Patents

不要求链路间作电-光转换的光纤链路与自由场空间链路集成的陆上光通信网 Download PDF

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Abstract

通过把接收的光引导到多块微透镜再导入各自的单模光纤(SMF)，接收来自自由场空间链路的光信号。在一条SMF中把来自诸SMF的光束合成单光束，该单光束用多波长光纤放大器放大，用可变光学衰减速器衰减，再导入光纤通信系统而不用电－光转换。光信号在光通信网的自由场空间链路与光纤链路之间光学耦合。根据在链路发射与接收端接收的信号，控制发射与接收多波长光纤放大器的光学增益。可在各链路头站之间以光学方法传送控制、状态和管理信息。

Description

不要求链路间作电-光转换的光纤链路与自由场空间链路集成的陆上光通信 网
发明领域
本发明涉及陆上光通信，尤其涉及一种新颖改进的全光学陆上光通信网，它集成了光纤与自由场空间两种链路而无须在光纤链路与自由场空间链路之间作电-光转换，在恶劣气候条件下为可靠的通信实现相对良好的链路功率容限，无缝地集成了远距离光纤主干链路，可对无意识的眼睛损害提供安全性，而且实施相对方便和成本低廉。
发明背景
现代社会要求以相对无差错的方式在用户之间发送大量信息，其中大多数信息作为数字信息传输，主要是因为数字技术能迅速而可靠地传输更多的信息，而且大量信息是在计算机之间传递的。计算机的应用和计算机技术的进化担当了大部分对信息通信增长的需求。过去几年对信息通信的需求剧增，预计这一需求将持续到将来。
携带大量信息的典型媒体是电导体或铜线。多年来已安装的电话系统是用于局部或局部化通信的主要媒体。对电信与高速数据通信应用有线媒体造成若干难题，而这些难题是因电线引起的。电线对能传送信息的物理长度或距离带来了实际限制，冗长的导体把信号衰减到难以或无法识别的程度，通过电线传导的信号对发信频率因而对能携带的信息量有一有限的极限。而且，噪声相对容易被引入电线而劣化电线传送的信号。线状导体媒体在许多场合中也难以或无法安装，有些都市区连在公用设施管道中容纳附加导体的空间也没有，而要进入大楼优先安装导体通常很难或不可能，费用肯定很高。为此，通信的许多发展集中于无线的信息传输媒体。
射频(RF)传输避免了许多与有线媒体有关的物理问题，大气变为RF通信的媒体，因而与入户、空间和优先权有关的物理限制不再是最重要的问题。但由于大气可被所有被允许的用户自由地利用，故总是存在干扰的可能性。已设想出各种尽量减小RF干扰的技术，但实施起来相对昂贵。再者，甚至这些技术不能有效地保证众多信息能通过RF广播可靠地传送，因为被广播的信息不能限制于得到能消除干扰源的通信信道或链路。
光学媒体比有线和RF媒体具有许多优点。大量信息可被编码成光信号，而光信号并不遭遇许多对有线电气通信和RF广播有负面影响的干扰与噪声问题。而且，从理论上讲，光学技术的信息编码能力比实际编码到有线电气或广播RF通信上的信息高出三个量级，具有传送更多信息的优点。
光纤是最为流行的传送光信号的导体型式。虽然光纤导体的缺点在于必须作物理上的安装，但实际上可通过光纤导体发送大量信息，减少了必须安装的光纤导体的数量，这在难以获得附加电缆空间的都市区里避免了某些问题。在长距离传送信息的场合中，光纤导体是用于这类远距离传输的典型媒体。
大气自由场空间链路也被用于以光学方法传送信息。自由场空间链路沿光学发射机与光学接收机之间的一条视线路经延伸。光学自由场空间链路的优点是不必物理安装导体；另一优点是消除干扰源的选择性，因为光学链路直接聚集在光学发射机与接收机之间，这与无方向性广播的RF通信不同，因此任何有害的干扰都不出现在这一直接的视线路径内，即链路不会干扰被传送的光信号。
除了优点，光学自由场空间链路也有若干问题。发射的光信号的质量与功率，在很大程度上依赖于链路两端存在于光学发射机与接收机之间的气候条件。下雨、起雾、下雪、烟雾、大气中的灰尘等会使光束折射或散射，在接收机处减小或衰减了光功率。光学自由场空间链路的长度也会影响功率衰减量，因为较长的自由场空间链路自然比较短的链路包含更多可能使光束散射的大气因素。而且，光束传播距离越大，自然越会发散，最后的束发散度降低了可供检测的功率量。若光束衰减足够大，就会削弱识别以可靠的基础传送的信息的能力，增大通信差错的可能性。大气衰减尤其减小了以较高传输频率作无差错通信的可能性，因为较高光学频率(即较短波长)比较低光学频率在很大程度上更容易出现大气衰减。
减少大气衰减不利影响的一个方法是在自由场空间链路中应用激光束传输，其频率具有更大的穿透能力而很少被大气影响所折射或散射。但更有穿透力的频率有时容易损伤人的眼睛。为了既保持安全又能避免某些大气衰减的问题，就要大大限制以这些更有穿透力的频率以光学方法发射的功率量。由于更有穿透力的频率也遭受束发散性，因而减小功率仍使可靠的信息通信复杂起来。结果，减小的功率传输电平抵消了更有穿透力频率较少大气衰减的优点。由于以更有穿透力频率减小了功率，故光学自由场空间链路的有效长度仍然有限。
再者，更有穿透力的自由场空间光学频率不同于一般用于通过长距离光纤通信系统发射信息的那些频率。把光纤链路产干传输频率转换成自由场空间传输频率，要求作电-光转换。电-光转换涉及把较高频率的光信号转换成电信号，再以更有穿透力的激光频率转换回光信号，反之亦然。转换要求附加设备，增大了陆上光通信网的成本和复杂性。
另外，电-光转换还引入了转换期间产生误差的可能性，在光纤信号以多种不同波长传送信息的一般场合下尤其如此。一般光学检测器对宽频范围或波长带内的信息作出响应，而这种宽带响应损坏了以特定波长传送的信息。为避免这一问题并保持呈现在不同特定波长光信号里的信息，必须先将光信号滤波成它的不同的波长分量，然后必须以电-光方法独立地转换各不同的波长分量，再把所有独立转换的诸分量重新组合成单个光信号。这一过程的复杂性增大了在被传输信息中引入误差的可能性，并增大了用于陆上光通信网的设备的成本。
电-光转换还用于放大通过光纤缆线传导的光信号。通过光缆传导的光信号会衰减，为保持信号强度，必须定期放大这些信号。但近来开发的掺铒光纤放大器(EDFA，有时也称ERDA)，在光信号通过光纤时以光学方法对它放大，无须电-光转换。EDFA让光在相对宽的波长带(约30纳米(nm))内围绕1.55微米(μm)基本波长被放大。EDFA在远距离电信系统中尤其有利，因为这些系统一般工作于1.55μm波长范围。EDFA围绕1.55μm基本频率的宽带放大作用，使得EDFA集成入应用波分复用(WDM)的系统，因而能在同一根光纤中以不同波长同时传输独立的信息。这样，EDFA由于能避免电-光转换，在长距离光纤电信系统中特别重要和有价值。
本发明的开发正是与种种同陆上光通信领域相关的背景信息因素有关。
发明内容
本发明针对上述和其它诸要求，提出一种从自由场空间链路接收光信号的方法。该方法包括步骤：接收来自自由场空间链路的光；把接收的光引导到多块透镜上；把通过每块透镜接收的光导入各自的单模光纤；把各条单模光纤输出的所有光束在一条单模光纤中组合成单条光束；用与一条单模光纤光学耦合的多波长光纤放大器放大该单光束；和把单光束导入与多波长光纤放大器光学耦合的光纤通信系统。
在另一实施例中，本发明提供一种从自由场空间链路接收光信号的光学接收机。该光学接收机包括：多块配置成从自由场空间链路接收光的透镜；多条配置成各自从各自一块透镜接收光的单模光纤；配置成在一条单模光纤中把多条单模光纤输出的光束组合成单光束的组合级；与一条单模光纤光学耦合且配置成放大单光束的多波长光纤放大器；和把多波长光纤放大器光学耦合到外部单模光纤的装置。
在另一实施例中，本发明提出一种通过自由场空间链路传输光信号的方法。该方法包括步骤：从第一光纤导体接收用于长距离光纤通信系统的具有预定基本波长的第一光信号；用与第一光纤导体直线连接的光纤放大器放大预定基本波长的第一光信号，形成放大的预定基本波长的第一光信号；用与光纤放大器光学耦合的聚束元件引导放大的预定基本波长的第一光信号通过自由场空间链路；和响应于通过自由场空间链路接收的第二光信号，控制光纤放大器的功率增益。
在另一实施例中，本发明提供一种通过自由场空间链路传送光信号的光学收发机。该光学收发机包括：第一光纤导体；与第一光纤导体直线连接的光纤放大器，被配置成从第一光纤导体接收用于长距离光纤通信系统的预定基本波长的第一光信号并放大其光信号功率，形成放大的预定基本波长的第一光信号；与光纤放大器光学耦合的聚束元件，被配置成引导放大的预定基本波长的第一光信号通过自由场空间链路；和配置成响应于通过自由场空间链路接收的第二光信号控制光纤放大器功率增益的控制器。
在另一实施例中，本发明提供一个陆上光通信网，它包括多条光纤链路与自由场空间链路，在链路之间用多波长光纤放大器光学耦合光信号，还包括一控制器，它被配置成响应于通过其中一条自由场空间链路接收的光信号，控制至少一个多波长光纤放大器的光学功率增益。
在另一实施例中，本发明提出一种陆上光通信方法，包括步骤：建立多条在其间传送光信号的光纤链路与自由场空间链路；在光纤链路与自由场空间链路之间以光学方法耦合光信号，不作电-光转换；和响应于通过自由场空间链路接收的光信号，控制通过一条自由场空间链路发射的传输光信号的光学功率。
通过参阅下面概括的附图、本发明目前诸较佳实施例的详述和所附的权项，可以更完整地理解本发明及其范围。
附图说明
图1是表示陆上全光通信网的框图，该网集成了光纤与自由场空间两种链路并结合了本发明。
图2是两个链路头站部分的框图，光学收发机位于图1所示网的自由场空间链路的相对两端。
图3是两个链路头站部分的框图，光学收发机位于图1所示网的光纤链路的相对两端。
图4是用于图1所示网的自由场空间链路的转发器部分的框图。
图5是用于图1所示网的光纤链路的转发器部分的框图。
图6是用于图1所示网的路由转换器框图。
图7简单表示原有技术的掺铒光纤放大器(EDFA)，用于图1所示网中的收发机、转发器与路由转换器。
图8是图7所示EDFA接收的光信号在多个不同波长的示例功率曲线图。
图9是图7所示EDFA放大后提供的光信号在多个不同波长的示例功率曲线图。
图10是光学收发机位于图1所示网的自由场空间链路相对两端的两个链路头站部分的框图，对在其间传送的光信号实行自适应功率控制。
图11是光学收发机位于图1所示网的自由场空间链路相对两端的两个链路头站部分的框图，对在其间传送的光信号实行另一类自适应功率控制。
图12是收发机正视图，带图1所示网中应用的位置调整机构。
图13是以图12的直线13-13平面截取的截面图。
图14是以图12中直线14-14平面截取的截面图。
图15是框图，示出按本发明一实施例制造的另一对自由场空间光学收发机。
图16是框图，示出本发明一实施例在图15所示的一个收发机的示例接收部件RX型式。
图17和18是框图，更详细地示出图16所示的接收部件RX。
图19是等体图，示出本发明一实施例在图15中所示一个收发机的接收部件RX部分的示例型式。
图20-24均为框图，更详细地示出图19所示的接收部件RX。
详细描述
本发明的重大改进之一涉及在陆上通信网内无缝全光学地集成了光纤链路与自由场空间链路，在自由场空间链路与光纤链路之间不作电-光转换。另一改进涉及在陆上光通信网内通过光纤链路上自由场空间链路以不要求频率转换的波长传送信息。另一改进涉及在陆上光通信网内以对人的视力更安全的激光波长用足够的链路功率容限操作光学自由场空间链路，以避免众多大气衰减与发散性的一利影响。又一改进涉及自由场空间链路以某一基本波长操作陆上光通信网，所述波长兼容于或近似等于长距离光通信系统一般使用的基本波长。再一改进涉及在陆上光通信网内建立非视线而且不使用要求电-光转换的光学转发器的自由场空间链路。还有一个改进涉及改变光学接收机和发射机的物理定向，以使光束的链路功率容限最大，由此提高传输可靠性。在这里未特地提及的改进当中，最后要特地提到的改进是通过有效地利用多波长光纤放大器如掺铒光纤放大器(EDFA，有时也称ERDA)，构制一种相对低成本的陆上全光通信网。
运用一种陆上光通信网和陆上光通信方法，可实现种种改进，其中所述网包括多条光纤链路和自由场空间链路，在其间用掺铒光纤放大器(EDFA)等多波长光纤放大器光学耦合光信号；而所述方法包括建立多条光纤链路和自由场空间链路的步骤，并在其间较佳地用EDFA光学耦合光信号而不作电-光转换。EDFA在光纤与自由场空间链路之间光学耦合光信号，因而当光信号在光纤与自由场空间链路之间渡越时，不必作电-光转换。相对廉价的EDFA产生全光学的相对宽带的放大作用，不必作电-光转换。EDFA的基本波长也兼容于长距离和主干通信系统使用的基本波长，因而便于本发明的网与这些通信系统集成。EDFA的基本波长对人的视力也更安全。
其它改进是通过一种陆上光通信网实现的，该网包括多条链路，链路间的光信号通过一发射的EDFA作光学传输。发射的EDFA对光信号作放大，再把它通过链路传输，而与该发射EDFA相接的控制器则控制该发射EDFA的光功率增益。控制器根据通过链路接收的光信号的光功率，调节被发射光信号的光功率。一种相关的陆上光通信方法，涉及检测通过链路接收的光信号的光功率，并根据检测的接收光信号的光功率，调节通过链路发射的光信号的光功率。
其它较佳的功控改进方面，包括根据在发射与接收位置所接收的信号功率控制光功率增益，控制接收放大器的光功率增益，在链路的接收与发射端之间以光学方法发送功控信息，以及控制发射与接收EDFA的光学增益而得到最佳质量信号。
通过按照这些改进来控制发射与接收的功率，可利用光通信有效的较高功率尽量减小EDFA较小穿透力波长的缺点。而且，功控改进可获得较佳质量的光信号来传送信息。
其它改进由一种陆上光通信网实现，该网包括多条链路，链路之间用一收发机以光学方法传送光信号，该收发机发射与接收通过链路传送的光信号，而与收发机相接的控制器根据通过该链路接收的光信号，控制该收发机相对于链路光信号路径的物理位置。一种陆上光通信方法包括步骤：把调整机械接至收发机以调整该收发机的位置，和通过控制该调整机构来调整收发机位置。按这些改进控制调整机构的位置，对传送信息保证了较佳质量的光信号。
本发明的诸种改进被引用于如图1所示的陆上光通信网20。网20包括多个链路头站22，光信号在这些头站之间传送并通过这些头站传送。光信号通过光学自由场空间链路24和光纤导体链路26传导，这些链路在链路头站22之间延伸。根据本发明，自由场空间链路24和光纤链路26在网20中以无缝方式集成在一起，避免了在自由场空间链路24与光纤链路26之间传送的光信号的电-光转换，通过自由场空间链路和光纤链路传送同一频率与波长的光信号。
通过自由场空间链路24和光纤链路26传导的光信号较佳地是激光束，其基本频率或波长用包含待传送信息的其它频率的信号编码。收到用信息编码的激光束后，即将该信息与基本波长分开或译码，并分成各个信息信号。已知多种不同的技术适用于把信息编码到基本波长光信号上并对其译码信息，诸如波分复用法(WDM)。一旦被分成各个含信息信号，通常就将该光学信息转换成电信号信息并为位于和接至各链路头站22的计算机设备应用。接各链路头站22的计算机设备是常规通信设备，如电话设备、数据通信设备、主机架或服务器计算机、有线或光学局域网节点等。
网20的某些链路头站22和链路24与26的特征与功能，在下面更具体地描述。为便于描述，图1中用附加字母或其它标号指示某些站和链路。网20可接光纤导体26’，后者构成广域、都市区或远距离主干光纤通信网或系统的一部分，因而网20可以包括在地域上延伸相当长距离的光纤主干链路26’。鉴于有些链路26’的长度，把转发站28a在链路26’中以物理上预定分开的间隔定位。各转发站28a的作用是提升通过链路26’传送的信号的光功率，较佳地各转发站28a应用掺铒的光纤放大器(EDFA)。EDFA纯粹是以直线安装在链路26’中用于增大光信号强度而不要求电-光转换的光功率放大器。
另外，若站22a与22b的地域距离长得足以要求放大光信号，在网20的站22a与22b之间延伸的光纤链路26中还可包括转发站28b，其作用类似于主干转发站28a。
在站22c与22d之间延伸的自由场空间链路24a中包含转发器28c，除了在自由场空间链路24a中放大光信号外，它还允许自由场空间链路24a围绕自然的或人造的障碍物如图1所示的山29转向，所以自由场空间链路24a在链路头站22c与22d之间不是一条视线光路。
有些链路头站22也可对通过链路24与26传送的信息起到路由转换器的作用，例如链路头站22b具有把接收自光纤链路26的光信号传到一个或多个链路头站22i。这样，只为一个链路头站22i指定的光信号可以从站22b传送到站22i，不必向不指定该信号的其它站22i发送同一光信号。同样地，链路头站22a对为站22h指定的信息起着路由转换器的作用，而链路头站22d则将光信号传给通过自由场空间链路24和光纤链路26与之相接的两个站22。
近来，链路头站22c对光纤主干链路26’中的信号起着路由转换器与转发器的双重作用，对其路由功能，站22c把光信号导向站22a、22d与22f；对其转发器功能，站22c在光纤主干链路26’上放大通过它传导的光信号。
站22h与22a通过光纤链路26以普通星形或总线结构连接，站22b同样通过自由场空间链路24以普通星形或总线结构连接站22i，站22j与22f连接成普通环形结构，而站22f则起着该环形结构和网20的站22的节点的作用。环形、总线和星形结构是通信网普通的连接构形，网20显然可以包括任一种或全部这些结构。
每个站22包括一个通过自由场空间链路24或光纤链路26传送光信号的光收发机。一例光收发机30示于图2，它位于光学自由场空间链路24的各链路头站22。各光收光机30包括一只接收的聚束元件32，用于接收来自自由场空间链路24的光信号并把它聚入光纤34。聚束元件32可以是透镜、抛物面小镜等，在光通信系统里很普通。光纤34与EDFA36直线连接，后者放大接收自链路24的光信号强度，并在光纤38上提供该光信号。光纤38接普通波分复用(WDM)装置或分路器40，分路器40把光信号分成其各种分量并在42提供这些分离的信号。若链路头站22里的设备(图1)接收且要求电信号，则把42处提供电光信号送光学转换器(未示出)，后者将光信号转换为电信号。
以类似方法，收发机30还包括一普通的发射聚束元件44，它将出射光束聚集并引导通过光学链路24。包括发射束的信号在46来自位于链路头站的设备。信号46是原生的或在链路头站由电-光转换派生的光信号。信号46供给WDM装置或复用器48，后者在46把分离的信号复用成单个光信号并供给光纤导体50。EDFA52与光纤导体50直线连接，它接收来自光纤导体50的信号，放大其光信号强度或功率，并把放大的信号供给光纤导体54。光纤导体54把放大的光信号供给发射聚束元件44，后者通过自由场空间链路24发射该光信号。
自由场空间链路24相对端的链路头站22，结构相似，如图2所示。由于自由场空间链路24两端收发机30的物理位置或角度定向可以移动，所以较佳地对各聚束元件32与44接一个位置调整机构56。调整机构56以水平与垂直参照系调整元件32与44的角位置，以跟踪接收束的任何角位置变化。
由于发射站接至例如在风力影响下会前后摆动的高层窗务楼，所以接收束的角位置会变化。另举一例，若云雾通过自由场空间链路24移动，其中的水汽会稍稍折射光束，位置调整机构56则响应于控制信号移动聚束元件32与44的位置。
由于各收发机30的EDFA36和52通过光纤34与54分别接聚束元件32和44，所以EDFA36和52不必在物理上处于聚束元件32与44的位置，可以位于大楼或其它掩蔽所内部，在热学上更稳定的环境内实现增强的性能。
图3的58示出一例应用于光纤链路26两端链路头站22(图1)的收发机。与图2的自由场空间链路收发机30相比，由于光纤导体26a与26b载送并约束着光信号，所以光纤链路收发机58不用聚束元件32与44(图2)。接收EDFA36从光纤导体26b直接接收光信号，并在送给分路器40之前先作放大。同样地，发射EDFA52接收来自复用器48的信号，对它放大后再供给光纤链路导体26a。
图4示出一例自由场空间转发器(如图1的28c)应用的收发机60。自由场空间转发器收发机60也包括两个用于放大被接收与发射的光信号的EDFA62和64，例如EDFA62接收通过光缆66传导的来自图4右侧所示接收聚束元件32的光信号，并对这些光信号作放大而无须电-光转换，再在光缆68上将放大的光信号供给图4左侧所示的发射聚束元件44。同样地，图4左侧所示的接收聚束元件32接收光信号，这些信号通过光纤导体70传导到EDFA64，而后者放大这些信号，并通过光纤导体72将放大的信号供给图4右侧所示的发射聚束元件44。还把位置调整机构56接至转发器放大器收发机60的每个聚束元件32和44。收发机60的EDFA62和64在自由场空间链路24中放大双向通过该转发器的光信号，无须电-光转换。
图5在74处示出一例光纤转发器(如图1的28a或28b)的收发机。该收发机74包括两个EDFA76与78。EDFA76接在光纤链路26的光纤导体26c内，操作时放大通过光纤导体26c传导的在通过EDFA76时的光信号。同样地，EDFA78接在光纤导体26d内，操作时放大通过该导体传导的光信号。这样，就放大了双向通过转发器收发机74的光信号。EDFA76和78在光纤链路26的光信号通路里直接直线连接，放大通过光纤链路26传导的光信号的功率，不用电-光转换。
诸站的路由转换功能以站22b为例，它包括一个图6所示已知的市售光学路由转换器80。该路由转换器80能响应包含在接收自光纤链路26e与26f的光信号里的信息。根据包含在通过光纤链路收发机74接收自光纤链路26的光信号里的路由信息，路由转换器80激发一个有关自由场空间收发机30向选择的一个站22i发送光信息。源自一个站22i的信息通过自由场空间链路24像光信号一样由该站22i的收发机3发射，并被路由转换器80的收发机30接收。每当发射站22i有该信息时，就以这种方式发射光信号。收到来自发射站22i的光信号后，若该信息为另一站22i指定，路由转换器80就立即把光信号里的该信息向该站发送，或者通过光纤链路收发机74在光纤链路26上发送该光信号。
从前面的讨论可知，所有的链路头站22和转发站28都用EDFA放大接收和发射的光信号。为得到可靠地传送光信号所携带的信息所需的功率电平，EDFA不要求电-光转换。
通过参阅图示EDFA功率放大作用的图7-9，能更好地理解普通EFDA的功能特性。EDFA包括一掺铒的光纤纤芯82，泵激光器84对掺铒纤芯82提供附加的光能，较佳地泵激光器84是一种受供给它电信号控制的激光二极管。由于掺杂的铒与泵激光器84所供附加光能的互作用，导致无须-光转换而放大信号的能力。EDFA的铒与泵激光器84所加附加光能发生互作用，放大被发射光信号的强度或光能。
准备放大的光信号86在掺杂纤芯82的左端被接收(如图7所示)，该接收的信号在四个载信息波长都具有如功率图88(图8)所示的功率。信号通过掺杂纤芯82时，通过铒与泵激光器84所加光能的互作用，来自泵激光器84的能量被加到信号86的能量里，增加的能量增大了四个波长各自的功率量，如功率图90所示(图9)。这样，与被接收信号86相比，发射的信号92在所有四个波长的光功率明显增大，而功率增大完全靠铒与来自泵运激光器84的光能的光学作用实现的，不用电-光转换。因此，EDFA就是一例多波长光纤放大器。虽然在这里提供的实例中使用了EDFA，但应明白，可按本发明诸实施例对EDFA构成能支持多波长的任一类光纤放大器(即多波长光纤放大器)。
在应用中，普通EDFA应用作为泵光源的单空间模激光二极管和分割复用耦合器，把来自激光二极管的泵激光学耦合入掺铒光纤纤芯。该方法由于单空间模激光二极管可提供的功率很小，即约0.1mW，无法使功率标度超出50毫瓦(mW)，故通常要用多只二极管。
通过使用包覆光纤可以回避多只二极管的要求。在双包覆光纤中，光在直径约100μm～400μm的相对大的内包层中传播并被掺杂的单模纤芯吸收。内包层直径大得足以能有效地耦合来自大功率宽区激光二极管非衍射限制的放射。这种泵激光器到处有售，价格极为低廉，100μm条宽可产生约1.0瓦输出功率。因此，应用双包覆光纤的EDFA尤其有利于获得相当高的功率输出。
而且还知道，对纤芯一起掺以铒与钇，可进一步提高双包覆EDFA的性能。在靠近975nm钇吸收峰的泵运波长处，具有这一特征的一起掺杂的纤芯实现了短的泵运吸收长度。泵激的钇原子以非辐射方式将其能量转移到铒原子，在1.55μm波长得到更高的光学增益。
EDFA技术能有利地应用于本发明的另一已知的方面是V槽侧面泵运技术。V槽直接形成为掺杂纤芯的侧壁，光纤侧壁上直射的泵运光撞击V槽在光学上平滑的小平面，再被发射耦入纤芯内包层。由于在玻璃与空气小平面界面出现全内发射，能实现极有效的耦合，使用100μm宽带条形激光器和短形内包层为50×120μm的双包覆光纤，二极管-光纤耦合效率可达80％。V槽侧面泵运技术使纤芯端部无障碍，能与其它光纤直接拼接。为在多点注射功率，可在纤芯中形成多条V槽，这些V槽对纤芯里的信号并不引入反射或损失。与其它大功率光学放大器相比，这些优点能以较低成本建造密死难者而有效的EDFA。
EDFA原先被开发成光纤链路转发器放大器。光纤掺铒可在以1.55μm基本波长为中心的约30nm的宽波长带内实现光放大作用。1.55μm波长通常用于长距离光通信系统，故EDFA在这些长距离光纤应用中尤其有利。在带自由场空间链路的光通信网中，以前并否认为1.55μm波长很重要，因为1.55μm波长易于经受大气衰减引起的大量折射。虽然该波长在出现大气衰减条件时不能有效地穿透大气，但是能安全地应用较高功率的1.55μm光信号抵消1.55μm波长差的穿透特性。
再者，本发明应用若干技术确保自由场空间链路中有效的优化功率量而不管出现的大气衰减条件。这些技术包括为补偿和克服大气衰减条件而在链路头站控制被接收和被发射的功率电平的自适应功控技术，和在物理上将收发机移入接收光束较佳位置的束跟踪技术。
本发明的自适应功控技术的认识基础是两种链路头站的收发机都通过同样的大气媒体发射光信号。两收发机之间的自由场空间链路呈现同样的衰减特性，与光信号传播方向无关。根据被接收信号强度与事先对自由场空间链路所建立的优化信号强度的比较，在各链路头站建立功控。若接收的信号强度小于优化值，则基于接收链路头站同样在接收其低于优化功率量的被接收光信号这一假设，功控器就增大发射EDFA的放大功率。为增大接收后提供的信号的光功率，控制器同样增大EDFA的放大功率。若接收的信号强度大于优化值，则功控器仍基于同样的假设降低发射和接收EDFA的功率。另一链路头站同样采纳该功控技术，直到这两个站通过连接它们的自由场空间链路对大气条件建立了优化功率电平。
图10示出的两个链路头站22都具备这种自适应功控形式的能力，各站22配用先前结合图2描述的收发机30。在接收的信号42中，其中一个42’加给控制器100。控制器100包含微处理器或微控制器、存储器和其它有关设备，全都编程为起这里所述的作用。在其它功能当中，控制器100判断接收信号42’的强度，并据此向与发射和接收EDFA52与36相关的泵激光器84分别提供102和104的控制信号。控制信号102控制泵激光器84向EDFA52的掺杂纤芯提供的光能量和发射EDFA52实现的功率放大程度，而控制信号104控制泵激光器84向EDFA36的掺杂纤芯提供的光能量和EDFA36实现的功率放大程度。
控制器100含有记录在存储器里较佳地记录在查表里的信息，该信息规定了在晴朗无妨碍气候条件下实现良好通信的预定的光功率优化值。一旦确定接收信号42’的功率与该优化值不同，就用差值求出控制信号102和104。把控制信号102加到泵激光器84，使发射EDFA52提供的光功率量，应让接收链路头站22经受相当于在优化条件的功率电平或功率容限。同样地，控制信号104使接收信号38达到该链路头站实现良好识别与通信的优化功率电平。另一链路头站22也具备同样的功率自适应技术。
这些自适应功控作用为收发机30之间的良好通信建立了功率电平。在优化条件下，发射与接收EDFA的功率放大量基本上一样，这种同一性包含对噪声的最大光信号增益。可变放大器功率电平保证了各收发机有合适的功率或链路容限。由于各链路头站22根据接收信号的功率量来修正其功率输出而不用另一链路头站的反馈，所以控制器100还较佳地以阻尼时延或步进方式对发射EDFA建立功率增益，避免信号强度在链路头站之间的不稳定摆动或振荡。利用合适的阻尼作用，各链路相对两端的收发机的发射与接收EDFA都能实现优化的通信工作条件。
另一种自适应功控技术利用了来自另一链路头站的反馈信息，该技术示于图11。在自适应功控的这种反馈形式中，在链路头站22m与22n之间传送的信号之一用于在这两个链路头路之间传送状态与控制信息。为作图示，链路头站22m接收信号42x，它含有自由场空间链路24另一端发射链路头站22n的控制器100被断定对接收从站22m发射的信号为优化的功率电平。信号42x里包含的该功控信息，是站22n根据过去从站22m接收的信号强度而求出的。根据信号42x所含的该信息，站22m的控制器100向发射与接收EDFA52与36的泵激光器84分别提供控制信号102与104，而以后从站22m发射的信号包含了站22n被事先确定为对接收这些信号优化的功率电平。
同样地，站22m的控制器100向复用器48提供控制信号46y。信号46y由站22m的控制器100根据站22m事先从站22n接收的信号强度而求出。控制信号46y与其它含信息信号46一起被复用器48复用，并通过自由场空间链路24被站22m的EDFA52发射到另一站22m。站22n将来自发射信号46y的该信息接收为接收信号42y。包含在信号42y里的该信息由站22n的控制器100译出，而提供的控制信号102和104用于控制站22n的EDFA52与36的发射与接收功率。控制信号102会发射站22n的EDFA52向站22m提供信号，其功率电平被站22m事先确定为通过自由场空间链路24作接收已优化。控制信号104会站22n的EDFA36向站22n的分路器40提供优化电平信号。为实现最大放大作用而引入最小噪声，较佳地使EDFA52和36的发射与接收增益接近相等。
站22n的控制器100还向复用器48提供包含在对站22m下一次传输里的信号46x，该信号含有站22n希望在其从站22n接收的传输中的信号强度信息。信号46x里的该信息出现在站22m的控制器100所接收的信号42x中。
通信网20(图1)内为控制与状态信号所保留的一独立波长，可用于使各站对每个与之通信的站建立优化功率传输电平。根据各站提供的控制信号，在各站控制器100的存储器里建立该功控信息表。当信号准备用于与发射站通信的一个站时，就查询各站的专用信息，并把它用于控制发射与接收EDFA52与36的光功率。而且因接收信号的强度被不断更新与评估，故可连续调节功率调整以适应变化的大气与其它条件。
自适应功控技术能提供重要的链路功率容限或放大作用，如发射与接收EDFA的增益能达到约50dB的组合增益，使光通信链路的联接容限增大同一量。结合自适应功控用雪崩光检测器增强接收光信号的强度，可实现比以前在激光束光通信网中可达到的高得多的链路功率容限。
除了控制发射和接收的光功率，各链路头站的控制器还可参与通过在诸控制器之间以一个独立的波长信号传送网状态与管理信息所实行的网管理操作。例如，可将网管理信息包含在已结合自适应功控描述的信号42x与42y里(图11)。各链路头站有一独特标识，利用这一标识，可对各链路头站分别寻址各链路头站控制器所建立的响应与操作特性。通过在各特定链路头站与管理中心之间传送状态请求信息，该独特标识可从远地网管理中心逐一查询诸链路头站。在该独立波长信号上传输该控制、状态与管理信息并不妨碍一般信息通信，因为该专用波长信号是为状态、控制与管理信息通信保留的。
较佳地，各站22还通过在物理上调整其发射与接收聚束元件32与44的位置与角度定向，提高了其发射与接收光信号的质量。物理上调整聚束元件32与44的位置由图2、4、10与11所示的位置调整机构56实施。
造成束位置物理偏移状况的例子包括发射或接收链路头站移动和大气条件引起的光束折射。若发射或接收链路头站装在多层商务楼的顶层，而且商务楼在风力影响下略微摆动，光束将射在接收聚束元件上的不同位置。包括空气内含潮气的大气条件会使大气折射率随大气中的潮湿度而变化，站间自由场空间可变的折射率会使光束弯曲。其它一些已知因素也可参与使最初对发射与接收聚束元件之间优化视线位置建立的物理位置发生偏移。
为了适应这些物理变化合理的量同时保持优质的光束，各接收站的控制器100评估被接收束的强度和接收束撞在接收聚束元件32上的位置，如图10和11所示。各接收站的控制器100评估接收信号42’(图10)和42x与42y(图11)，若评估表明信号强度变小，或者光束撞在聚束元件上的位置有偏移，控制器100就产生向位置调整机构56提供的控制信号106。调整机构56响应于控制信号106，移动接收聚束元件32或发射聚束元件44中的至少一个，直到实现优化的功率或撞击位置。
由于光信号通过其传播的大气媒体是同一媒体，与光束传送方向无关，因此发射聚束元件44与接收聚束元件32一起移动，通常将这两种元件定位于有效通信的优化位置。不过希望的话，可在适当位置分开调整发射与接收聚束元件。控制器100根据接收的信号对控制信号106独立地确定位置控制信息，或者该位置控制信息由接收站建立，再传回通过把控制与状态信号同其它传送的信息信号合在一起作位置调整的站，方法与结合图11讨论的传送自适应功控信号的方法相同。
聚束元件32与44和位置调整机构56的一较佳实施例示于图12-14。把多个光学接收机110和多个光学发射机112装在载体114上。各光学接收机110包括一块将入射光聚集到管子118内一焦点上的透镜116，管子118连到载体114。光纤导体120的一端位于该焦点接收来自透镜116的光。从光学接收机110进入光纤导体120的光在普通合束器121中组合，组合的光在34形成接收的光信号(图2、10和11)。同样地，各光学发射机112包括一块装在管子124里的透镜122，管子124也接到载体114，透镜122把接收自光纤导体126的光聚集成窄发射束128，各光学发射机112有其自己导向它的光纤导体126。EDFA52(图2、10和11)在54处产生的光信号由普通分束器127分成若干独立的信号，并将这些独立信号之一供给每个光纤导体126。
光学接收机110和发射机112装在载体114上，它们的光轴相互平行，光轴一般平行于分别容纳接收机110和发射机112的柱形管118与124的轴线。载体114上还装有一台对准望远镜130，望远镜130由透镜134位于管子132每一端的管子132构成。望远镜130的光轴和管子132的轴线也平行于光学接收机110与光学发射机112的光轴。对准望远镜130用来将光学接收机和发射机的初始定向瞄准到自由场空间链路另一端链路头站的光学接收机和发射机位置上。管子118、124和132都用支承结构136连接在一起，使光学接收机110、光学发射机112和对准望远镜130在物理上保持平行的光学排列并牢固地接至载体114。
载体114用万向接头140接外壳138。万向接头140由环142构成，环142在环142和载体114上经向相对的位置上的框轴连接件144连接载体114。这样，载体114和附接的接收机110与发射机112以及对准望远镜130能在与通过框轴连接件144的轴线垂直的平面内的框轴上转动。万向接头140还包括另两个与框轴连接件144位置偏移90度的框轴连接件146，用于把环142接至外壳138，因而环142能在与通过框轴连接件146的轴线垂直的平面内在框轴上转动。这样，万向接头140的框轴连接件144与146连接着光学接收机110与发射机112，使它们可在水平与垂直两个平面内自由地在框轴上转动。
在载体114与外壳138之间连接两台伺服电机，其中一台示于148。伺服电机在通过框轴144与146延伸的两个相互垂直的平面内，相互以90度位置连接。各伺服电机经向相对的是接在载体114与外壳138之间的弹簧轴承150，它对载体114施加偏置力，迫使载体114移向伺服电机148。这样在通过伺服电机148和弹簧轴承150延伸的平面内，伺服电机148的位置建立了接收机110、发射机112和对准望远镜130诸光轴的角度。该角度是通过绕框轴连接件144转动得到的(图12)。另一伺服电机及其相对的弹簧轴承(都未示出)以同样方式操作，在与第一平面垂直的平面内调整接收机110、发射机112和对准望远镜130的角度定向。该角度是通过绕框轴连接件146实现的(图12)。
运用万向接头140和伺服电机利用来自控制器100(图10与11)的控制信号106所建立的位置控制，能调整接收机110和发射机112的角度位置，以适应自由场空间链路相对端另一链路头站的小小移动。该调整功能提高了在链路头站之间发射的光束的质量。以提高在链路头站之间传送的信息的质量与可靠性。为避免链路头站收发机位置不稳定的摆动或振荡，控制器100较佳地以阻尼、时延和/或步进方式建立位置控制。
伺服电机也可用提供可靠而精密的位置控制的任何其它类装置替代，如压电装置。多个接收机110和多个发射机112具有增大发射和接收光信号总面积的作用。发射与接收面积越大，光能的传递越佳。多个发射机与接收机还减小了闪烁的影响，提高传送的光信号质量。
本发明描述的诸改进说明可用EDFA有效地建立一种陆上光通信网，它包含混合组合的用全光学EDFA无缝连接的自由场空间链路链路与光纤链路。通过用相对廉价的EDFA直接集成自由场空间链路和光纤链路，避免了电-光转换及其有关的困难和成本。根据EDFA的要求，虽然光信号通过该集成型混合陆上网传导的波长并不优化成穿透不利的气候条件，但是可以传递的功率量相当大，因而增强了通信能力。EDFA的波长因而也是自由场空间传输不大会损伤人的眼睛。在变化的大气条件下，各链路头站的自适应功控对优化通信有效地控制了被发射与接收的信号的功率。对各链路头站光学收发机位置的控制能力，也有助于光信息通过网的自由场空间链路作更可靠和有效的通信。在完全理解和明白了本发明的全部细节之后，许多其它改进和优点也是显而易见的。
参照图15，图示为另一对按本发明一实施例制造的自由场空间光学收发机200与202，它们是通过光学自由场空间链路204传送数据的理想收发机。与上述装置相似，收发机200、202能接收来自光学自由场空间链路204的光学数据并将该数据提供给光纤系统，不用电-光转换。反过来说，收发机200、202能接收来自光纤系统的光学数据并通过光学自由场空间链路204发送该数据，也不用电-光转换。由于收发机200、202中不出现电-光转换，故把它们称作“全光学收发机”或“全光学系统”。
在该图示例中，收发机200、202各自包括发射部TX与接收部RX。各发射部TX包括直接接单模光纤(SMP)光缆的连接器206，例如光缆载送1.55μm(即1550纳米(nm))基本波长(也称1550nm带)的数据。接收发机200的发射SMF光缆标为208，接收发机202的发射SMF光缆标为210，二者一般光学耦合至长距离光纤通信系统。这里用“光学耦合”表示无电-光转换的耦合。因此，长距离光纤通信系统载送的光学数据可光学耦合入SMF光缆208、210，再从这里将光学数据通过自由场空间链路204发射，完全不用电-光转换。
连接器206经光缆214耦接多波长光纤放大器212。可用于本发明的一例多波长光纤放大器就是上述的掺铒光纤放大器(EDFA)。但应明白，除了上述的EDFA外，多波长光纤放大器212可包括任一类能支持多个波长的光纤放大器。换言之，能放大特定波段内所有不同波长的任一类光纤放大器，都可用作多波长光纤放大器212。如利用这类多波长光纤放大器，可选择1550nm空间内的一特定波段，诸如C、S或L波段，该多波长光纤放大器将放所有该波段内的从多波长，这类多波长光纤放大器通常也能处理粗略的波分复用(CWDM)和密集的波分复用(DWDM)。
而且，尽管EDFA有足够的放大作用，但是多波长光纤放大器212也可掺以让它们工作于宽温度范围的材料，诸如能在户外操作的碲(Te)。
多波长光纤放大器212经光缆218耦接可变光学衰减器(VOA)216，后者对多波长光纤放大器212的功率增益作平滑和/或提供阻尼。例如可能具有30-40dB动态范围的VOA21 6包括一个由控制器220控制的电气接口。控制器220包括用于按系统要求灵活地控制VOA216的逻辑电路。举例说，这种智能控制基于通过自由场空间链路204接收的光信号的测得功率或包括在其内的控制信息，类似于上述的自适应功控技术。按照这种智能控制方案，控制器220把期望的衰减电平传给VOA216。这样，控制器220控制着多波长光纤放大器212的功率增益和VOA216提供的衰减，对外接的装置和/或系统实现要求的接口功率指标。
VOA216经光缆224耦接分束器222，分束器222耦接一个或多个发射元件226，后者通过自由场空间链路204引导光学数据。发射元件226通常包括准直镜。
收发机200、202的各接收部RX包括一个或多个接收元件230，用来接收来自自由场空间链路204的光学数据。各接收元件230耦接定制的聚焦元件232，后接光纤组合器234。定制聚焦元件232包括例如一根据锥形光纤或一个微镜阵列。下面详述接收元件230、定制聚焦元件232和光纤组合器234。
光纤组合器234经光缆238耦接多波长光纤放大器236。与上述相似，应明白多波长光纤放大器236包括任一类能支持多个波长的光纤放大器，EDFA是一例这样的多波长光纤放大器。
多波长光纤放大器236经光缆240耦接VOA238。与VOA216相似，VOA238对多波长光纤放大器236的功率增益作平滑和/或提供阻尼。控制器242控制VOA238和多波长光纤放大器236，它包括用来按系统要求对装置作智能控制的逻辑电路。如上所述，这种智能控制基于对通过自由场空间链路204接收的光信号所测量的功率或包含在其中的控制信息。而且，VOA238与控制器242一起产生光学自动增益控制(光学AGC)。通过应用该光学AGC，功率控制不必通过独立的波长或波段装置外传送功控数据。
最后，VOA238经光缆246耦接连接器244。连接器244直接接SMF光缆，如上所述，后者以1550nm基本波长载送数据。接收发机200的接收SMF光缆标为248，接收发机202的接收SMF光缆标为250。与SMF光缆208、210相似，SMF光缆248、250通常光学耦合至长距离光纤通信系统，即不耦接电-光转换。虽然可将SMF光缆248、250载送的光学数据光学耦合入长距离光纤通信系统，但应明白，当然还可将SMF光缆248、250载送的光学数据分裂转换成电信号供计算机、处理设备、电话等使用。
对于接连接器244的装置和/或系统，控制器242控制着多波长光纤放大器236的功率增益和VOA238提供的衰减，对这种外接的装置和/或系统实现要求的接口功率指标。
上面已对图12-14提到，各光学接收器110包括一块把入射光聚集到管子118内焦点的透镜116，而光纤导体120一端在该焦点接收来自透镜116的光。再者，从光学接收机110进入光纤导体120的光在普通合束器121中组合，组合光在34形成接收的光信号(图2、10和11)。下面的讨论提供另一些可在本发明中用于接收来自自由场空间链路的光并把接收的光导入单模光纤而不用电-光转换的技术。
参照图16，图示为收发机202示例型式的接收部RX。在该型式中，一个或多个接收元件230包括把接收的光导入定制聚焦元件232的SchmidtCassegraiin望远镜结构300。这是一种众所周知的结构，利用组合的小镜与透镜折叠光学元件并形成图像，有若干优点。具体地说，Schmidt Cassegrain设计是一优良的通过宽场提供剃刀清晰图像的光学系统，组合了小镜与透镜二者的光学优点，同时抵消了它们的缺点。其焦点比一般在f110范围内。最后，Schmidt-Cassegrain结构具有任一类望远镜设计的最佳近聚焦能力之一，并且有一采集更多光的大孔径。虽然在本发明中使用Schmidt-Cassegrain望远镜是有利的，但应明白，可按本发明替代使用各种其它设计的望远镜或其它聚焦装置。图17更详细地示出了Schmidt-Cassegrain结构300。从左侧接收来自自由场空间链路204的入射光，该入射光通过一薄块Schmidt非球面校正镜(或校正器)306进入，然后撞击球面一次小镜302反射用管子。接着光被将光反射出仪器后面开口308的小型二次镜304截取，在焦面310形成图像。参照图18，图示为本发明一实施例的一种技术，用于把接收自自由场空间链路204的光学耦合入接收部RX的0.9μm纤芯SMF。具体而言，根据该技术，Schmidt-Cassegrain结构300接收来自自由场空间链路204的光。定制聚焦元件232的远端320包括微镜带/阵列322和光学组合级324。
操作时，把来自Schmidt-Cassegrain结构300输出的光引导到微镜阵列322上。将微镜阵列322输出的光束导入相应的SMF326，然后由光学组合级324合成单光束。光学组合级324把光组合到像光纤一样的单波导，直到所有接收的光在SMF中与连接器206、244(图15)的光纤接口配合。举例来说，光学组合级324可以包括一种多级组合器(或同类装置)，如二级或三级(2/3级)组合器。在图示例中，光学组合级324包括一个三级组合器，具有光纤组合级328、330、332，这样将接收自自由场空间链路204的光学耦合接到1550nm的SMF而不用电-光转换。接着多波长光纤放大器236放大该光。
参照图19，图示为本发明另一实施例的另一种收发机结构400，它提供Schmidt-Cassegrain接收机的替代物，特征在于可用于接收与发射的单一跟踪器和密致的50nm接收机路长。结构400包括密致的光学组件402、红外(IR)窗404和安装电子线路与万向接头驱动器的隔间406。
IR窗404提供一滤波窗，用于遮盖保护光学组件402并减小诸如阳光的热效应。应用IR窗404避免了在每一块透镜上装滤波器的要求。IR窗404较佳地包括850/1550nm的带通滤波窗。尽管IR窗404被图示成方形，但应明白，IR窗404可以包括多种不同的形状。
图20-24更详细示出密致光学组件402。本例中，密致光学组件402包括16个接收机阵列410、5个数据发射机(DT)412、跟踪器(Tr)414和信标(B)416。接收机阵列410、数据发射机412、跟踪器414和信标416都装在万向架上(未示出)。
对数据接收机目标，各接收机阵列410较佳地包括19块9mm透镜418(也称微镜)，形成图21所示的4×4透镜子阵列418。这样，16个接收机阵列410形成16×16的9mm透镜阵列418。举例说，透镜418的各种选项包括：锥形单线，CC＝-0.58；和Gradium GPX-10-45，衍射，双线。透镜418的示例指标包括：EFL＝45mm；直径＝9mm，CA F/5匹配光纤；光点尺寸＜9μm.
操作时，接收自自由场空间链路204的光通过IR窗404引导到透镜阵列418上。图22和23示出了接收自自由场空间链路204的光通过透镜418耦入0.9μm纤芯SMF420的方式。具体而言，阵列410中16块透镜418各自把光导入16个SMF420的各自一个，而SMF420由16个光纤安装架中各自一个紧固(只示出4块透镜418、4个SMF420和4个光纤安装架422)。9mm(45mmEFL)F/5透镜418匹配0.9μm纤芯SMF420。举个例说，SMF420可能具有0.20mr的瞬时视场(IFOV)。
由16个光纤安装架422固定的16个SMF420组合成16∶1组合器424。由于16个接收机阵列410的每一个有一独立的16∶1组合器424，所以用另一个16∶1组合器(未示出)组合16个16∶1组合器424的输出，这样就把密致光学组件402接收的光学耦合接到单一SMF，不用电-光转换。
图24示出跟踪器414的一示例实施例。如上所述，跟踪器414与密致光学组件402里的其它元件一起装在万向架(未示出)上。跟踪器414和万向架旋转光学组件402，只需要一个跟踪器。通过跟踪器透镜428接收的光被引导通过850nm滤波器430和场阑432，然后光撞击用于检测束位置的四心位置传感器434。举例说，四心位置传感器430可以包括一个3-80mr全视场(FFOV)的850nm传感器。
本发明目前较佳的诸实施例及其改进已作了详细描述，描述举出了较佳的实例。本发明的范围由下述诸权项限定，不必限于以上对该较佳实施例的详述。

Claims (61)

1.一种接收来自自由场空间链路的光信号的方法，其特征在于，包括步骤：
接收来自自由场空间链路的光；
把接收的光引导到多块透镜上；
把通过每块透镜接收的光导入各单模光纤；
在一条单模光纤中把所有各别单模光纤输出的光束组合成单光束；
用光学耦合至一条单模光纤的多波长光纤放大器放大所述单光束；和
把所述单光束导入光学耦合至多波长光纤放大器的光纤通信系统。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，还包括步骤：用光学耦合至多波长光纤放大器的可变光学衰减器衰减所述单光束。
3.如权利要求2的方法，其特征在于，还包括步骤：控制多波长光纤放大器的功率增益和可变光学衰减器提供的衰减量。
4.如权利要求1的方法，其中接收步骤包括用聚焦装置接收来自自由场空间链路的光的步骤。
5.如权利要求4的方法，其中聚焦装置包括望远镜。
6.如权利要求1的方法，其中接收步骤包括用红外窗接收来自自由场空间链路的光的步骤。
7.如权利要求6的方法，其中红外窗包括850/1550纳米(nm)的带通滤波窗。
8.如权利要求1的方法，其中在光纤通信系统中传送的光包括落在1550纳米(nm)段内的基本波长。
9.如权利要求8的方法，其中接收自自由场空间链路的光和单光束都包括落在1550纳米(nm)段内的基本波长。
10.一种接收来自自由场空间链路的光信号的光学接收机，其特征在于，包括：
多块配置成接收来自自由场空间链路的光的透镜；
多条配置成分别接收来自各自一块透镜的光的单模光纤；
组合级，配置成在一条单模光纤中将多条单模光纤输出的光束组合成单光束；
多波长光纤放大器，光学耦合至一条单模光纤并配置成放大所述单光束；和
把多波长光纤放大器光学耦合至外部单模光纤的装置。
11.如权利要求10的光学接收机，其特征在于，还包括一光学耦合至所述多波长光纤放大器并配置成衰减所述单光束的可变光学衰减器。
12.如权利要求11的光学接收机，其特征在于，还包括一控制器，所述控制器配置成控制多波长光纤放大器的功率增益和可变光学衰减器提供的衰减量。
13.如权利要求10的光学接收机，其特征在于，还包括一聚焦装置，所述聚焦装置配置成接收来自自由场空间链路的光并对多块微透镜提供所述接收的光。
14.如权利要求13的光学接收机，其中所述聚焦装置包括望远镜。
15.如权利要求10的光学接收机，其特征在于，还包括一红外窗，所述红外窗配置成接收来自自由场空间链路的光并对多块微透镜提供接收的光。
16.如权利要求15的光学接收机，其中所述红外窗包括850/1550纳米(nm)的带通滤波窗。
17.如权利要求10的光学接收机，其中在单模光纤中传送的光包括落在1550纳米(nm)段内的基本波长。
18.如权利要求17的光学接收机，其中接收自自由场空间链路的光包括落在1550纳米(nm)段内的基本波长。
19.一种通过自由场空间链路传送光信号的方法，其特征在于，包括步骤：
从第一光纤导体接收用于长距离光纤通信系统的预定基本波长的第一光信号；
用与第一光纤导体直线连接的光纤放大器放大预定基本波长的第一光信号，形成放大的预定基本波长的第一光信号；
用光学耦合至所述光纤放大器的聚束元件引导所述放大的预定基本波长的第一光信号通过自由场空间链路；和
根据通过自由场空间链路接收的第二光信号，控制所述光纤放大器的功率增益。
20.如权利要求19的方法，其中控制光纤放大器的功率增益的步骤，还包括确定的第二光信号强度控制所述光纤放大器的功率增益的步骤。
21.如权利要求19的方法，其中控制光纤放大器的功率增益的步骤，还包括按包含在第二光信号里的控制信息控制光纤放大器的功率增益的步骤。
22.如权利要求19的方法，其中所述聚束元件用第二光纤导体光学耦合至光纤放大器。
23.如权利要求19的方法，其中预定基本波长约为1.55微米(μm)。
24.一种通过自由场空间链路传送光信号的光学收发机，其特征在于，包括：
第一光纤导体；
与第一光纤导体直线连接的光纤放大器，配置成从第一光纤导体接收用于长距离光纤通信系统的预定基本波长的第一光信号，并放大其光信号功率，以形成放大的预定基本波长的第一光信号；
光学耦合至光纤放大器的聚束元件，配置成引导所述放大的预定基本波长的第一光信号通过自由场空间链路；和
控制器，配置成根据通过自由场空间链路接收的第二光信号控制所述光纤放大器的功率增益。
25.如权利要求24的光学收发机，其中所述控制器还配置在根据确定的第二光信号强度控制所述光纤放大器的功率增益。
26.如权利要求24的光学收发机，其中所述控制器还配置成根据包含在第二光信号里的控制信息控制所述光纤放大器的功率增益。
27.如权利要求24的光学收机，其中所述聚束元件用第二光纤导体光学耦合至所述光纤放大器。
28.如权利要求24的光学收发机，其中预定基本波长约为1.55微米(μm)。
29.一种陆上光通信网，其特征在于，包括多条多波长光纤放大器在其间光学耦合诸光信号的光纤链路和自由场空间链路，还包括一控制器，所述控制器配置成根据通过自由场空间链路之一接收的光信号控制至少一个所述多波长光纤放大器的光功率增益。
30.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中发射多波长光纤放大器放大一传输光信号，再通过至少一条自由场空间链路进行传输，而且把控制器接至所述发射多波长光纤放大器，以控制所述发射多波长光纤放大器的光功率增益，所述发射多波长光纤放大器的光功率增益控制调节了通过一条自由场空间链路发射的所述传输光信号的光功率。
31.如权利要求30所述的陆上光通信网，其中所述控制器根据通过所述一条自由场空间链路接收的光信号所确定的光功率，控制所述发射多波长光纤放大器的光功率增益。
32.如权利要求30所述的陆上光通信网，其中所述控制器根据在一条自由场空间链路发射所述传输光信号的相对端接收的光信号所确定的光功率，控制所述发射多波长光纤放大器的光功率增益。
33.如权利要求30所述的陆上光通信网，其中所述控制器根据包含在接收的光信号里的控制信息，控制所述发射多波长光纤放大器的光功率增益。
34.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中接收多波长光纤放大器在通过一条自由场空间链路接收光信号后对接收的光信号作放大，而所述控制器被接至所述接收多波长光纤放大器以控制其光功率增益，所述接收多波长光纤放大器的光功率增益控制调节了所述接收多波长光纤放大器所提供的光信号的光功率。
35.如权利要求34所述的陆上光通信网，其中控制器根据在所述接收多波长光纤放大器位置通过一条自由场空间链路接收的光信号所确定的光功率，控制所述接收多波长光纤放大器的光功率增益。
36.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中发射多波长光纤放大器在传输光信号通过至少一条自由场空间链路传输之前对它作放大，而接收多波长光纤放大器放大通过所述一条自由场空间链路接收之后的接收光信号，所述控制器则被接在发射多波长光纤放大器以控制其光功率增益，并且被接在接收多波长光纤放大器以控制其光功率增益，控制发射多波长光纤放大器的光功率增益可调节所述发射多波长光纤放大器通过所述一条自由场空间链路发射的传输光信号的光功率，控制接收多波长光纤放大器的光功率增益可调节所述接收多波长光纤放大器提供的接收光信号的光功率。
37.如权利要求36所述的陆上光通信网，其中控制器根据通过所述一条自由场空间链路接收的已确定的接收光信号的光功率，控制每个发射与接收多波长光纤放大器的光功率增益。
38.如权利要求36所述的陆上光通信网，其中控制器根据包含在接收光信号里的控制信息，控制发射多波长光纤放大器的光功率增益。
39.如权利要求29所述的陆上光通信网，其特征在于，还包括通过自由场空间链路发射和接收光信号的收发机和一连接至少一条自由场空间链路的收发机的位置调整机构，所述调整机构用于调整所述收发机相对于通过所述一条自由场空间链路发射的光信号的物理位置。
40.如权利要求39所述的陆上光通信网，其中所述物理位置由所述收发机通过一条自由场空间链路接收的接收光信号已确定的功率确定。
41.如权利要求39所述的陆上光通信网，其中所述物理位置根据位于自由场空间链路相对端的收发机通过所述一条自由场空间链路以光学方法发射的位置控制信息确定。
42.如权利要求39所述的陆上光通信网，其中收发机包括一发射多波长光纤放大器，对通过至少一条自由场空间链路传输之前的传输光信号作放大，而连接发射多波长光纤放大器的控制器根据通过所述一条自由场空间链路接收的接收光信号已确定的光功率，控制发射多波长光纤放大器的光功率增益，并调节发射多波长光纤放大器通过所述一条自由场空间链路发射的传输光信号的光功率。
43.如权利要求39所述的陆上光通信网，其中收发机包括对传输光信号在通过至少一条自由场空间链路传输之前作放大的发射多波长光纤放大器和对接收光信号在其通过所述一条自由场空间链路接收之后作放大的接收多波长光纤放大器，控制器接至所述发射与接收多波长光纤放大器，控制器控制发射多波长光纤放大器的光功率增益以调节其通过一条自由场空间链路所发射的传输光信号的光功率，控制器控制接收多波长光纤放大器的光功率增益以调节其提供的接收光信号的光功率增益，控制器根据通过一条自由场空间链路接收的接收光信号已确定的光功率，控制发射和接收多波长光纤放大器中至少一个的光功率增益。
44.如权利要求29所述的陆上光通信网，其特征在于，还包括一位于至少一条自由场空间链路里的转发器，所述转发器包括若干多波长光纤放大器，用于放大通过自由场空间链路传导的光信号的功率。
45.如权利要求29所述的陆上通信网，其特征在于，还包括至少一个连接多条链路的路由转换器，所述路由转换器包括若干多波长光纤放大器，用于把来自与路由转换器相接的链路之一的光信号光学耦合至另一条接路由转换的链路。
46.如权利要求29所述的陆上光通信网，其特征在于，每条链路的终端还包括一发射多波长光纤放大器和一接收多波长光纤放大器，而接至所述发射或接收多波长光纤放大器中至少一个的控制器控制所述被连接的多波长光纤放大器，而且其中通过链路传送的光信号含有被控制器接收并用来管理被连接多波长光纤放大器的操作的信息。
47.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中多波长光纤放大器通过光纤链路和自由场空间链路传送同一预定基本波长的光信号，而所述预定基本波长就是多波长光纤放大器的基本工作波长。
48.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中至少一条光纤链路还包括一部分长距离光纤通信系统。
49.如权利要求29所述的陆上光通信网，其中所述多波长光纤放大器包括掺铒光纤放大器(EDFA)。
50.如权利要求49所述的陆上光通信网，其中EDFA还掺碲(Te)。
51.一种陆上光通信方法，其特征在于，包括步骤：
建立多条在其间传送光信号的光纤链路和自由场空间链路；
在光纤链路与自由场空间链路之间光学耦合光信号，不作电-光转换；和
根据通过自由场空间链路接收的接收光信号，控制通过自由场空间链路之一发射的传输光信号的光功率。
52.如权利要求51所述的陆上光通信方法，其中光学耦合光信号而不作电-光转换的步骤，包括在光纤链路与自由场空间链路之间用多波长光纤放大器光学耦合光信号。
53.如权利要求51所述的陆上光通信方法，其特征在于，还包括用发射多波长光纤放大器放大通过自由场空间链路传输之前的传输信号的步骤，而且其中的控制步骤还包括控制发射多波长光纤放大器的光功率增益以调节通过自由场空间链路发射的传输光信号的光功率的步骤。
54.如权利要求53所述的陆上光通信方法，其中控制步骤还包括根据接收光信号已确定的光功率控制发射多波长光纤放大器的光功率增益的步骤。
55.如权利要求53所述的陆上光通信方法，其中控制步骤还包括根据包含在接收光信号里的控制信息控制发射多波长光纤放大器的光功率增益的步骤。
56.如权利要求51所述的陆上光通信方法，其特征在于，还包括用接收多波长光纤放大器放大通过自由场空间链路接收后的接收光信号的步骤，其中控制步骤还包括控制所述接收多波长光纤放大器的光功率增益以调节接收光信号的光功率的步骤。
57.如权利要求51所述的陆上光通信方法，其中控制步骤还包括步骤：
放大通过自由场空间链路传输之前的传输光信号；
检测通过自由场空间链路接收的接收光信号的光功率；
根据检测的接收光信号的光功率，调节传输光信号的光功率。
58.如权利要求57所述的陆上光通信方法，其中控制步骤还包括步骤：
放大通过自由场空间链路接收的被提供使用之前的接收光信号。
59.如权利要求51所述的陆上光通信方法，其特征在于，还包括步骤：
定位自由场空间链路一端的收发机；和
根据所述收发机通过所述自由场空间链路接收的接收光信号控制调整机构，调整所述收发机相对于自由场空间链路的光信号通路的物理位置，以便用多波长光纤放大器优化所述自由场空间链路所提供的功率量。
60.如权利要求52所述的陆上光通信方法，其中多波长光纤放大器包括掺铒包括放大器(EDFA)。
61.如权利要求60所述的陆上光通信方法，其中EDFA还掺有碲(Te)。
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