CN1601933A - 拉曼放大中继器 - Google Patents

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Abstract

一种拉曼放大中继器，利用在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，其中借助于多个PD，利用其数量大于泵浦光波长数的监控波长，来监控信号光功率，以控制发射泵浦光的泵浦光LD的输出功率。

Description

拉曼放大中继器
技术领域
本发明涉及一种拉曼放大中继器，利用在将泵浦光LD施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，更具体地，涉及一种实现了对拉曼放大的控制的拉曼放大中继器。
背景技术
为了满足由于因特网的广泛应用而产生的对通信的需求的增长，近来，形成了基础通信网络的光传输系统的传输容量以惊人的速度增加。
为了应对传输容量上的这种快速增长，已经建立了光波分复用技术(WDM技术)，以实现传输数据容量的增加。但是，在长距离传输系统中，中继间隔的延伸以及与传输容量按比例增加是难以实现的目标。
在这样的环境下，为了保证每个波长的信号噪声功率比(光SN比)并减轻由于光纤非线性效应而引起的传输波形失真，提出了一种被称为拉曼放大的传输方法，以抵消传输路径的损耗。在这种方法中，为了实现长距离传输，需要平坦的增益特性，以及光纤非线性效应的减小和噪声的减小。
参照图8，对利用拉曼放大的传统中继器的结构和操作进行描述。
在图8中，泵浦光LD(激光二极管)13a、13b和13c的波长分别为1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm，且信号波段的范围为1574到1609nm。在通过WDM(波分复用)耦合器12a和12b进行复用之后，由泵浦光WDM耦合器11将泵浦光与信号光沿彼此相反的方向耦合在光传输路径上。从泵浦光输出点输出到光传输路径上的泵浦光，在光传输路径中，放大距泵浦光大约13.2THz的信号光频带。
首先，通过使用适当的传输路径光纤，获得具有不同波长的泵浦光LD13a、13b和13c的输出功率，从而使其在如10dB的拉曼放大之后具有平坦的增益谱。
接下来，与实际的传输路径光纤相连，并通过在与传输路径相连以进行拉曼放大之前获得的泵浦光输出功率来操作各个泵浦光LD13a、13b和13c。图9示出了由上述传统的拉曼放大中继器进行拉曼放大时所获得的增益谱。
如图9所示，利用具有如图8所示结构的拉曼放大中继器，即使获得了具有不同波长的泵浦光LD 13a、13b和13c的输出功率，从而使其在拉曼放大之后具有平坦的增益谱时，因为传输路径光纤的差别或局内损耗等，仍然难以保持信号频带内的增益谱平坦。
为了解决此问题，例如，在日本专利未审公开No.2001-7768(参考文献1)中公开的对通过拉曼放大的光传输功率的波长特性控制方法示出了一种通过由两个PD(光电二极管)监控拉曼放大后的光传输功率的波长特性来控制拉曼放大的增益波长特性的技术。使用这种方法的目的在于通过减缓由于传输路径光纤的差别或局内损耗等所引起的效应，使增益谱保持平坦。
如前所述，由于传输路径光纤的差别或局内损耗等，传统的拉曼放大中继器难以保持信号频带内的增益谱平坦。
另一方面，如参考文献1所公开的对通过拉曼放大的光传输功率的波长特性控制方法，只是通过仅监控波长谱的相对侧或仅控制位于波长谱顶部(具有较高功率的部分)的波长来控制波长谱的倾斜，其缺点在于：例如，在施加其光谱具有倾斜的信号光的情况下，不能令人满意地保持输出谱的平坦性。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉曼放大中继器，能够与所施加的信号光的谱结构无关地进行放大，同时始终保持信号频带内的平坦输出谱。
根据本发明的第一方面，一种拉曼放大中继器，利用在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，所述拉曼放大中继器包括：控制单元，通过监控其数量大于泵浦光波长数且等于或小于信号光数量的监控波长的信号光功率，来控制发射泵浦光的泵浦光LD的输出功率。
在优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分或其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较低的信号光谱部分的监控波长处的谱功率达到事先设置的目标值。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个监控波长处的谱功率达到相同的数值。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分或其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个监控波长处的谱功率达到相同的数值。
在另一优选的结构中，将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个监控波长处的谱功率达到相同的数值，并对发射对监控波长的信号光进行放大的泵浦光的泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使多个监控波长处的谱在功率上没有差别。
根据本发明的另一方面，一种拉曼放大中继器中的拉曼放大控制方法，所述拉曼放大中继器利用在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，所述方法包括以下步骤：通过利用其数量大于泵浦光波长数且等于或小于信号光数量的监控波长，监控信号光功率，来控制发射泵浦光的泵浦光LD的输出功率。
在优选的结构中，所述拉曼放大控制方法还包括以下步骤：将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长。
在另一优选的结构中，所述拉曼放大控制方法还包括以下步骤：将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
在另一优选的结构中，所述拉曼放大控制方法还包括以下步骤：将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较低的信号光谱部分的监控波长处的谱功率达到事先设置的目标值。
在另一优选的结构中，所述拉曼放大控制方法还包括以下步骤：将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个监控波长处的谱功率达到相同的数值。
在另一优选的结构中，所述拉曼放大控制方法还包括以下步骤：将至少一个监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，并对泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个监控波长处的谱功率达到相同的数值，并对发射对监控波长的信号光进行放大的泵浦光的泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使多个监控波长处的谱在功率上没有差别。
通过以下所给出的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
通过以下所给出的详细描述和本发明优选实施例的附图，本发明将得到更为全面的理解，但是，以下的描述和附图不应当作为对本发明的限制，而只是用于解释和理解。
在附图中：
图1是示出了根据本发明优选实施例的拉曼放大中继器的结构的方框图；
图2是示出了进入光传输路径的信号输入点的信号光的光谱的示意图；
图3是示出了在具有如图2所示的光谱的信号光输入的情况下，通过根据本发明实施例的拉曼放大中继器进行增益控制时所得到的输出谱的示意图；
图4是示出了通过光传输路径的信号输入点输入的具有倾斜的信号光的光谱的示意图；
图5是示出了在具有如图4所示的光谱的信号光输入的情况下，在信号输出点发射的信号光的光谱的示意图；
图6是示出了在具有如图4所示的光谱的信号光输入的情况下，通过根据本发明实施例的拉曼放大中继器进行增益控制时所得到的输出谱的示意图；
图7是示出了在具有如图4所示的光谱的信号光输入的情况下，未进行监控控制时所得到的输出谱的示意图；
图8是示出了传统拉曼放大中继器的结构的一个示例的方框图；以及
图9是示出了在通过传统拉曼放大中继器进行拉曼放大时所得到的增益谱的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的讨论。在下面的描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量的特定细节。但是，对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以不具有这些特定细节地实现本发明。在其他场合，并未详细示出公知的结构，以免对本发明造成不必要的模糊。
以下，将参照附图，对本发明的优选实施例进行描述。
图1是示出了根据本发明优选实施例的、利用在将泵浦光LD施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能的拉曼放大中继器的结构的方框图。
如图1所示的根据本实施例的拉曼放大中继器包括泵浦光WDM(波分复用)耦合器1、WDM耦合器2a和2b、泵浦光LD(激光二极管)3a、3b和3c、分路耦合器4、光环行器5a、5b、5c和5d、FBG(光纤布拉格光栅)6a、6b、6c和6d、PD(光电二极管)7a、7b、7c和7d、LD驱动电路30a、30b和30c、I/V转换器70a、70b、70c和70d、非反射端8和控制单元10。
如图1所示，根据本实施例的拉曼放大中继器具有其中用于监控的PD 7a、7b、7c和7d的数量大于泵浦光LD 3a、3b和3c的数量的结构，即监控波长数大于泵浦光波长数的结构。
通过对具有不同波长的光进行复用的WDM耦合器2a和2b，对作为输出其波长不同以便放大信号光的泵浦光的光源的泵浦光LD 3a、3b和3c进行复用。
泵浦光WDM耦合器1是对光传输路径100上的信号光与泵浦光进行复用的单元，并且将泵浦光与信号光沿彼此相反的方向复用，并从泵浦光输出点输出到光传输路径100。
分路耦合器4按照特定的比例分路通过信号输入点所施加的信号光。
光环行器5a、5b、5c和5d中的每一个均具有三个光输入/输出端口，其中利用法拉第效应，根据光行进方向对光进行耦合，并通过不同的端口输出，而FBG 6a、6b、6c和6d只反射特定波长的光。
PD 7a、7b、7c和7d将光信号转换为电信号，并接收光信号，而非反射端8使所施加的光进入非反射状态，而并不反射所施加的光。
I/V转换器70a、70b、70c和70d将已经由PD 7a、7b、7c和7d转换过的电流信号转换为电压信号。
控制单元10接收从PD 7a、7b、7c和7d通过I/V转换器70a、70b、70c和70d输出的电信号的输入。并且，控制单元10根据接收到的电信号的值，控制泵浦光LD 3a、3b和3c的LD驱动电路30a、30b和30c，从而获得平坦的信号输出，如稍后所述。
通过程控CPU等实现此控制单元10。
接下来，将参照附图，对如此结构的根据本实施例的拉曼放大中继器的操作进行描述。
在图1中，泵浦光LD 3a、3b和3c的波长为1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm，其信号波段的范围为1574到1609nm。在FBG 6a、6b、6c和6d反射以及由PD 7a、7b、7c和7d接收的信号光波长分别为1576.4nm、1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm，分路耦合器4的分路比为13dB。
此外，泵浦光WDM耦合器1、光环行器5a、5b、5c和5d以及FBG6a、6b、6c和6d的插入损耗为0.5dB。
首先，将考虑从信号输入点施加其光谱如图2所示的信号光时，不进行拉曼放大的情况。
从光传输路径100上的信号输入点进入的波长为1576.4nm的信号光通过泵浦光WDM耦合器1、分路耦合器4、光环行器5a、FBG 6a并再次通过光环行器5a，并由PD 7a接收，作为其功率为-44dBm的信号光。
类似地，由PD 7b、PD 7c和PD 7d分别接收波长为1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm的信号光，作为-45dBm、-46dBm和-47dBm的信号光。
接下来，将考虑驱动泵浦光LD 3a、3b和3c以获得10dB的拉曼增益的情况。此时，假设信号频带内增益的最大值为10dB，并且增益偏差在增益的5％以内。假设从泵浦光输出端发射到光传输路径100上的泵浦光，在光传输路径中，放大距泵浦光大约13.2THz的信号光频带。
由PD 7a接收被放大并通过信号输入点施加的波长为1576.4nm的信号光。类似地，分别放大波长为1583.7nm、1590.8nm和1598.5nm的信号光，并由PD 7b、PD 7c和PD 7d接收。
由于本实施例采用了三波长的泵浦光，可以控制信号频带内的增益，使其比使用四波长信号光数值的情况平坦。
由于由PD 7b和PD 7d所监控的1583.7nm和1598.5nm是获得了增益的最小值的波长，控制目标值将分别为-45dBm+10dB＝-35dBm和-47dBm+10dB＝-37dBm。
此时，通过由控制单元10控制LD驱动电路30b和30d，改变泵浦光LD 3b的输出功率，以便设置要由PD 7b获得的检测值，并改变泵浦光LD 3c的输出功率，以便设置要由PD 7d获得的检测值。
另一方面，尽管由PD 7a和PD 7c所监控的1576.4nm和1590.8nm是获得了增益的最大值的波长，但因为这两个波长并不是增益的绝对值，并且通过进行使两个波长处的增益彼此相一致的控制，在信号频带内获得平坦增益，进行这种控制，以获得控制目标值，当PD 7a和PD 7c之间的差值为(-44dBm+G[dB])-(-46dBm+G[dBm])＝2dB，如果PD 7a和PD 7c的数值保持为(PD 7a＜PD 7c+2)，则增加泵浦光LD 3a的输出功率，而如果(PD 7a＞PD 7c+2)，则减小泵浦光LD 3a的输出功率。
通过进行上述增益控制以将PD 7a、7b、7c和7d处的接收光功率对准到控制目标值，获得如图3所示的平坦输出谱，其也是在拉曼放大中继器的信号输出点处的输出谱。
接下来，将考虑当具有如图2所示的光盘的信号光进入信号输入点时，在拉曼放大以10dB的增益进行操作时，传输路径中的信号谱由于某种原因而倾斜，从而如图4所示的具有倾斜光谱的信号光进入信号输入点的情况。
首先，在具有如图4所示的光谱的信号光进入信号输入点时，为了通过信号频带内的平坦增益放大施加到光传输路径100上的信号光，在根据本实施例的拉曼放大中继器中的信号输出点处发射具有如图5所示的光谱的信号光。
此时，接收波长为1583.7nm的信号光的PD 7b的值达到-36.27dBm，而由接收波长为1598.5nm的信号光的PD 7d所检测到的数值达到-37.59dBm，偏离了控制目标值。此时，调整泵浦光LD 3b和LD 3c的输出功率，从而使得由PD 7b接收的波长为1583.7nm的信号光功率达到-35dBm，而由PD 7d接收的波长为1598.5nm的信号光功率达到-37dBm。
此外，由于由PD 7a和PD 7c接收到的信号光功率满足(PD 7a＜PD 7c+2)，通过调整泵浦光LD 3a的输出功率，以便返回作为PD 7a和PD 7c之间的差值的2dB的控制目标值，在信号输出点处的波长为1583.7nm和1598.5nm的信号光功率将为-19dBm，而波长为1576.4nm和1590.8nm的信号光功率将为-18.47dBm。
图6示出了在具有如图4所示的光谱的信号光输入时进行通过PD7a、7b、7c和7d的监控控制的情况下而获得的拉曼放大中继器的信号输出点处的输出谱。这里，可以发现将PD 7a、7b、7c和7d处的接收光功率调整到控制目标值获得了具有-19dBm的最低输出信号功率和在信号波段内的0.56dB的平坦度的输出谱。
另一方面，当具有如图4所示的光谱的信号光输入时，如果不进行通过PD 7a、7b、7c和7d的监控控制，则不能确定泵浦光LD 3a、3b和3c的控制目标值，导致了平坦度的极大退化。在图7中示出了在这种情况下获得的输出谱的一个示例。由于每个泵浦光LD 3a、3b和3c的控制目标值是未知的，输出谱具有-19.76dBm的最低输出功率和在信号频带内的1.72dB的平坦度，从而可以发现：与如图6所示地进行通过PD 7a、7b、7c和7d的监控控制的情况相比较，平坦度较大地退化。
根据本发明，通过四个PD 7a、7b、7c和7d进行监控，对通过拉曼放大形成的波长谱的顶部和底部进行控制，可以限定信号波段中的信号的最大和最小输出功率，从而可以获得具有尽可能地被减小了的纹波的更平坦输出谱。
利用上述根据本实施例的拉曼放大中继器，与输入信号光的谱结构无关地对信号光进行放大，同时，始终保持信号频带内的平坦输出谱，从而获得了更平坦的输出谱。其原因在于：增加了要在信号波段中进行监控的信号光的数量，并对具有不同波长的泵浦光LD的输出功率进行调整，以使输出谱平坦，从而控制频带内的信号光的增益。
尽管已经参照前述优选实施例，对本发明进行了描述，本发明并不总是局限于上述实施例，而在其技术思想的范围内，能够以多种形式具体实现。
尽管上述实施例采用了1462.4nm、1475.0nm和1503.1nm的三个不同泵浦光波长，通过改变泵浦光波长和泵浦光波长的数量也可以实现本发明。
尽管PD监控四个波长的信号光，以控制三个具有不同波长的泵浦光LD，但本发明并不局限于波长的数量，根据本发明，只要由PD监控的信号光的数量不少于泵浦光波长数，且不多于信号光的数目。
尽管本发明采用了信号光来控制泵浦光LD，但使用与信号光分离的监控信号也可以实现本发明。
此外，尽管在本实施例中，在泵浦光WDM耦合器1之后，由PD监控信号光以控制具有不同波长的泵浦光LD，但通过改变监控信号光的PD所处的位置也可以实现本发明。
尽管在本实施例中，将信号波段设置为从1574到1609nm的范围，本发明并不局限于本实施例的信号波段，而通过改变波段也可以实现本发明。
此外，尽管在本实施例中，将分路信号光的耦合器的分路比设置为13dB，本发明并不局限于分路耦合器的分路比。
根据本发明的拉曼放大中继器实现了如下所述的优异效果。
拉曼放大中继器与输入信号光的谱结构无关地对信号光进行放大，同时始终保持信号频带内的平坦输出谱，从而获得了更平坦的输出谱。原因在于：增加要在信号波段内监控的信号光的数量，并调整具有不同波长的泵浦光LD的输出功率，从而使输出谱平坦，由此控制频带内的信号光的增益。
尽管已经参照本发明的典型实施例，对本发明进行了图示和描述，本领域的技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对其进行前述和多种其他改变、删减和添加。因此，本发明不应当被理解为局限于上述特定实施例，而应当被理解为包括能够在由所附权利要求中所描述的特征及其等价物所包括的范围内具体实现的所有可能实施例。

Claims (14)

1.一种拉曼放大中继器，利用在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，所述拉曼放大中继器包括：
控制单元，通过监控其数量大于泵浦光波长数且等于或小于信号光数量的监控波长的信号光功率，来控制发射所述泵浦光的泵浦光LD的输出功率。
2.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长。
3.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
4.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分或其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
5.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长，以及
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较低的信号光谱部分的所述监控波长处的谱功率达到事先设置的目标值。
6.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，以及
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个所述监控波长处的谱功率达到相同的数值。
7.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分或其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，以及
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个所述监控波长处的谱功率达到相同的数值。
8.根据权利要求1所述的拉曼放大中继器，其特征在于
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个所述监控波长处的谱功率达到相同的数值，以及
对发射对所述监控波长的所述信号光进行放大的泵浦光的所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使所述多个监控波长处的谱在功率上没有差别。
9.一种拉曼放大中继器中的拉曼放大控制方法，所述拉曼放大中继器利用在将泵浦光施加到传输路径光纤上时出现的拉曼散射所引起的信号光的放大功能，所述方法包括以下步骤：
通过利用其数量大于所述泵浦光波长数且等于或小于信号光数量的监控波长，监控信号光功率，来控制发射所述泵浦光的泵浦光LD的输出功率。
10.根据权利要求9所述的拉曼放大控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长。
11.根据权利要求9所述的拉曼放大控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长。
12.根据权利要求9所述的拉曼放大控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较低的信号光谱部分的波长，以及
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较低的信号光谱部分的所述监控波长处的谱功率达到事先设置的目标值。
13.根据权利要求9所述的拉曼放大控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，以及
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个所述监控波长处的谱功率达到相同的数值。
14.根据权利要求9所述的拉曼放大控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
将至少一个所述监控波长设置为其功率在拉曼放大后较高的信号光谱部分的波长，
对所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使位于被设置在其功率较高的信号光谱部分的多个所述监控波长处的谱功率达到相同的数值，以及
对发射对所述监控波长的所述信号光进行放大的泵浦光的所述泵浦光LD的输出功率进行控制，从而使所述多个监控波长处的谱在功率上没有差别。
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